5G室内深度覆盖分析与探讨

林椿皓

(广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东 汕头 515000)

0 引言

无线通信网络为人们提供随时随地接入的服务，已成为人们生活、工作中重要的组成部分。当前国内5G移动通信网络建设正在大规模开展。未来5G的很多应用发生在室内场景，如大型场馆、机场、火车站等；5G的新型应用如AR/VR、远程医疗、工业智能制造等等，也将发生在室内。因此，在5G网络建设过程中，需要加强5G网络室内深度覆盖的分析和研究。

1 5G网络

第五代移动通信(简称5G)，应用了新一代移动通信网络各项关键技术，主要包括大规模MIMO技术、同时同频全双工技术、D2D、高频段传输、网络功能虚拟化(NFV)、软件定义网络(SDN)、网络切片和多接入边缘计算(MEC)等等。5G网络有3个典型的应用场景[1]。

1)eMBB(Enhanced Mobile Broadband)增强移动宽带业务。主要特点是高速率、大带宽：在现有的4G移动宽带业务场景的基础上网速提升10倍，下行速率达到1Gbps；用户体验感大幅提升，eMBB可应用到高清直播、高清视频、AR、VR体验等。

2) mMTC(Massive Machine Type Communication)大规模物联网业务。5G最主要的价值之一，就是突破了人与人之间的通信，使得人与机器/机器与机器的通信成为可能。据据最新5G协议版本，mMTC在每平方公里须提供100万个设备接入能力。mMTC海量接入能力，实现万物互联，将使物联网蓬勃发展。

3)uRLLC(Ultra-Reliable Low-Latency Communication)低延时/高可靠连接业务。网络稳定可靠，时延低至10ms内，使5G网络在无人驾驶、无人机、工业自动化、智能电网等领域有广泛应用。

当前运营商获得的5G频段集中在FR1(俗称SUB 6GHz)，分别为：移动和广电获得700 MHz、2.6 GHz和4.9 GHz频段；电信和联通获得3.4～3.5 GHz频段。另外电信和联通对4G的2.1G频段重耕，可获得50 M 2.1G带宽用于5G网络。未来随着网络的发展，FR2频段也有可能分配给运营商。在不同的应用场景中，选择不同的频段和基站建设方式，进行差异化覆盖。

2 5G室内深度覆盖存在的问题

1)使用高频段导致网络性能下降，室内深度覆盖不足。5G网络在更高的频段上部署，面临更高的链路损耗问题。相对于4G网络，高频室外5G信号穿透混凝土墙壁时会额外产生10 dB左右的链路损耗，更高的毫米波基本丧失穿墙能力，导致室内深度覆盖不足，室内覆盖效果极差。如果用低频段进行5G室内覆盖，在eMBB场景下，网络带宽达不到5G要求。

2)当前4G网络室内深度覆盖存在大量的无源DAS系统，系统器件工作频段一般为800 MHz～2.7 GHz，器件难于支持高频5G信号且更换难度极大。其中大部分是单路系统，少部分是双路系统，网络容量低。如果采用2TR 5G RRU进行5G升级，其网络速率和4G相当，并不能满足5G eMBB场景需求。

3)近几年来4G网络为满足高容量场景需求，建设了部分有源室内分布系统。有源室内分布系统网络容量高，且具备可视化运维和室内定位能力，但是其建网成本偏高。有源PRRU主设备占网络建设绝大部分成本。升级5G仍需要替换PRRU主设备，成本高昂。

4)室内深度覆盖存在差异化需求。5G大部分应用发生在室内环境，根据业务应用的不同，对网络速率、时延和可靠性、海量接入有差异化要求，对于室分设备、网络频段选择、组网方式等都提出了全新要求。

3 5G网络室内深度覆盖策略分析

5G室内eMBB、mMTC、uRLLC三大场景，对应于不同的业务需求。有必要针对不同的场景采取差异化覆盖方式。

1)传统无源室内分布系统覆盖方式。如前述，当前4G深度覆盖存在大量无源DAS系统，频段一般从800 MHz～2.7 GHz。利用现有无源DAS系统是运营商建设5G网络深度覆盖的高效手段，仅需在无源室分系统信源处增加5G NR信源即可，建设成本和建设周期最低。该方式主要应用于对流量(eMBB)需求较低的场景，如停车场、普通写字楼、办公楼等。对于新建场景和具备升级改造条件的利旧场景，可以采用5G无源室分系统+有源室分天线的覆盖方案，有源室分天线解决了无源室分长期存在的故障不可监控问题，同时提供室内定位能力，保留了低成本、低功耗、易于扩展等优势。对于有高流量需求的站点，可以新建高容量有源室分系统。

2)新型有源室内分布系统覆盖方式。其架构通常为分布式的BBU(基带处理单元)+交换机+PRRU(射频单元)三级架构。一般将BBU部署于建筑物中心机房或运营商BBU集中机房，交换设备置于各层弱电配电间，远端单元PRRU内置4TR天线，通过光电混合电缆或网线分布到建筑物目标区域，实现无线覆盖。BBU侧可以通过小区合并和分裂，将多个PRRU分裂为不同小区，或将多个PRRU合并为同一小区，满足不同的场景容量需求。新型有源室内分布系统有利于实现精准定位、故障监控等无源室分无法处理的新功能。目前华为Lampsite、中兴Qcell、爱立信Dot为代表的有源室分系统已成为5G室内深度覆盖的主流方案。新型有源室内分布系统覆盖方式适应于机场、火车站、大型商场、会展中心等对速率、容量要求高的场景。

在高频无源室分馈线、器件成熟后，还可以采用5G融合组网覆盖方式[2]。即信源采用有源4TR PRRU，外接有源室分天线。结合了无源室分的低成本、低功耗、易于扩展等优势，以及有源室分弹性扩容能力优势，同时提供人流量分析、弱覆盖分析、室内定位和可视化运维能力[3]。随着技术进步，依托现有室分网络资源优势开展智能化技术演进是一个研究方向，包括AaaS(天线即服务)和Smart Box等。

4 结语

5G业务大部分发生于室内，5G室内深度覆盖面临挑战。本文对5G网络室内深度覆盖存在问题进行了总结和分析。根据工程经验总结了5G室内深度建设方案，提出了针对5G不同场景差异化覆盖建设思路，并讨论了未来5G室内深度覆盖的研究方向，对5G室内深度覆盖工程建设具有一定的指导意义。