5G时代传统室内覆盖方式的适用性分析

2020-02-20黄善兰

通信电源技术 2020年1期

黄善兰

（北京中网华通设计咨询有限公司，北京 100070）

0 引言

5G大规模建设的序幕即将开启。日前，中国联通发布“5G+视频”推进计划，将在5G产业链上开拓更多场景应用。中国电信也与中兴通讯开展合作，完成电信在雄安和苏州地区的5G试验网阶段测试，探索多个行业应用。而在此之前，三大运营商已经披露了在全国几十个城市进行的试点工作计划。

5G建设由于使用了中高频的3.5G甚至是毫米波频段，穿透损耗较现有4G（1.8G）要高10 dB左右，极大地影响了室内覆盖效果[1]。所以，室内覆盖是5G覆盖的重点也是难点。目前，业界公认的5G室内覆盖解决手段是主设备厂家推出的数字化室分。

4G时代室内覆盖的主要手段包括室外站覆盖室内、传统室内覆盖以及微站设备覆盖等。这些方式在5G时代是否还有用武之地，现有大量已建室分是否有改造支持5G的可行性及必要性，是本文分析的重点。

1 室外站覆盖室内方式

一直以来，常说70%的数据业务来源于室内。但是，从现有实际覆盖方式来说，室内覆盖主要依靠室外站完成。现阶段，网络室内覆盖方式中，室外站覆盖室内方式最常用。它简单、实施快捷，但普遍存在覆盖效果不稳定、纵深覆盖不足以及频繁切换等一系列问题，对用户而言感知较差，对网络而言影响整体质量。

近几年，部分直放站厂家推出了“微分布”或“微室分”类型的设备，如图1所示。从技术上讲，无线直放站的组网架构增加了数字调制技术和线缆直流供电技术，并没有从根本上解决设备对上行站底噪的影响。这一类设备在下一步的5G室内覆盖中应用很少，建议仅作为底层承载的3/4G网络使用。

图1 微分布系统示意图

5G网络启用后，由于信号频段较高、纵深覆盖能力较弱，室外站直接覆盖室内的模式将极大受限，仅适用于距离室外站距离较近、楼宇规模相对简单或小型楼宇，场景类似于厂房、6层以下的砖机构墙体等穿透损耗较低的楼宇。对于办公楼双排一字型、大型商场等复杂的楼宇，它的覆盖能力降低明显，已经不再适用。

因此，通过室外站解决室内覆盖在5G室内覆盖上仍然会使用，但适用场景受限，越来越多的室内环境将由微站等覆盖方式代替。

覆盖能力的直观变化如图2所示。在目前网络条件下，这种结构的6层及以下楼宇基本都依靠室外站进行覆盖。但是，5G网络模式下，覆盖能力降低了楼宇两侧部分的穿透覆盖，楼道及其他公共区域覆盖水平降低。类似于图2右侧结构的楼宇，在5G网络模式下仍然可以由室外站进行覆盖，但电梯等偏僻区域需要有室分作为补充覆盖。

图2 覆盖能力的直观变化图

2 传统室内覆盖方式

传统室内覆盖主要指的是以同轴电缆为信号传输介质，经由功分器或耦合器将信号均匀分配至每一天线点位的分布信号覆盖系统。从2G时代开始兴起到3G时代的大发展，再到现在4G网络后期的模式受限，传统室分贯穿了整个室内分布系统的全阶段历程。到目前，传统室分仍然承担着现网超过95%以上的室内区域覆盖需求。

随着5G网络的来临，由于传统室内覆盖系统中器件普遍的支持频段为800～2 500 MHz（2014年后铁塔公司要求分布系统支持频段提升至高频2 700 MHz），对高频网络以及4×4 MIMO技术力不从心，应用受到了限制。但是，通过多年的积累，存量室内覆盖积淀的资产及覆盖区域的网络升级不容忽视。另外，传统室分系统的深度覆盖能力仍然值得继续发挥效果，值得研究。

现有室分系统支持频段受限和新型覆盖方式的引入，注定了传统室分在5G中已经不是一个最好的选项，5G网络热点区域必然不会考虑。对于非热点区域，新建5G室分投资过大，对现有室分改造支持5G也是一种可行方式。由于频段不支持、存量室分线缆布放改造难度大，现阶段末端信源馈入是唯一可行的改造方式。改造思路为将原有的传统室分系统化整为零，分为若干个小的覆盖区域，替换原有系统中的器件及天线，后端接入5G设备升级为新的网络覆盖系统，覆盖示意图如图3所示（本覆盖思路适用于新建及改造室分系统）。

考虑到5G工作频段较高、穿透能力的问题，它对室内多隔断区域覆盖根本无法达到效果。这种场景可以考虑引入小区域的传统室分作为信号分流点进行纵深覆盖，从而弥补这一问题，覆盖示意图如图4所示。

2018年12月6 日，工信部对运营商的5G试验网频段进行了明确分配，中国移动获得2 515～2 675 MHz频段，无疑是传统室分继续发展的一个利好消息。现网传统室分的线缆和部分支持800～2 700 MHz的器件将不需要替换，移动的5G网络可以直接接入，完成在传统室分的网络布局。

图3 覆盖示意图

图4 传统室分覆盖部分新技术信号馈入点位图

在现阶段传统室分中，如果计划预留5G合路条件，有如下建议[2]：

（1）分布系统内的器件及天线支持频段为800～2 700 MHz，如此可接入移动频段；

（2）不建议采用大分布系统方案，更好的覆盖方案是末端合路方案，即将分布系统化整为零，分为若干个小的覆盖区域，前端现有网络直接接入，后端预留5G设备接入条件，为升级为新的网络做准备，如图5所示。

图5 5G设备后端合路示意图

3 微站覆盖方式

通过在建筑物内部安装SmallCell，使无线信号在建筑物内得以覆盖，并可吸收更多的热点数流量。对于室内较大面积的空旷区域，如地下停车场、仓储超市等，利用微站进行覆盖能达到较好的覆盖效果。如图6所示，为利用微站覆盖地下停车场的场景。

图6 典型的空旷场景微站设备覆盖示意图

与室外站覆盖、室内分布系统两种方案相比，SmallCell是更好的解决室内覆盖的方案。它不需机房等配套设施，且设备集成度高、站址及场景选择灵活，能有效满足室内网络覆盖和容量需求。但是，基于造价因素，目前该方式应用规模受限。

5G时代，由于频段及穿透能力受限，限制了室外覆盖室内、传统室分的应用，而采用SmallCell解决室内覆盖方案是更灵活、更有效、成本更低的方案。目前，它的建设成本约为传统室内分布系统的1.25～1.30倍[3]，但随着网络覆盖和容量需求的不断增加，SmallCell设备会有大量需求，设备价格也会随着规模的增长而下降。因此，微站覆盖方式在5G时代的应用规模将得到极大提升。