5G室内分布系统建设方案研究

2020-06-17

广东通信技术 2020年5期

1 引言

随着工信部2019年6月6日发布5G商用牌照，5G网络的建设再次加速，进入到规模部署阶段。5G无线网络的建设可以分为室外站和室内分布系统两部分，对电信和联通而言，由于5G基站的频率在3.4～3.6 GHz，要比现有4G网络频率高，导致其在建筑物穿透时损耗也比较大，通过室外照射覆盖室内会更加困难。在这种情况下，一些大型的楼宇建筑需要通过新建室内分布系统的方式进行覆盖。

2 传统DAS分布系统演进存在的问题

根据工信部对5G频段的划分：3.3～3.6 GHz和4.8～5 GHz频段作为5G系统的工作频段，其中3.3～3.4 GHz频段原则上限室内使用。现有分布系统在向5G演进时碰到以下问题。

2.1 现有传统DAS室内分布系统不支持3.5 GHz频段，难以利旧

在现有室内分布系统基础上进行信源合路或新建的方式进行可大大节省建设成本、加快建设进度。但到了5G阶段，这种建设方式难以为继，主要原因包括以下三个方面：

（1）现网DAS室内分布系统的器件及天线最高只支持到2.7 GHz频段，不支持3.5 GHz频段，器件改造难度非常大；

（2）现网DAS室内分布系统的馈线虽然支持3.5 GHz频段，但3.5 GHz频段馈线损耗大，为实现与4G相当的覆盖电平需要大幅提升信源功率；

（3）现网DAS室内分布系统90%以上只支持单通道，不支持4T4R或以上的多通道。如果部署四通道，馈线和器件质量、工艺质量难以保证各链路性能的平衡。

2.2 5G穿透损耗更大，室外信号难以实现室内深度覆盖

以4G通用的1.8 GHz频段进行对比，根据链路预算，3.5 GHz频段的综合损耗比1.8 GHz高约14 dB，室外基站难以实现5G室内深度覆盖。

综上所述，如新建5G多通道无源室分，将面临馈线损耗大、建设成本高、施工难度大、器件不成熟、工艺质量要求高等问题，因此，5G室内覆盖将向有源化、数字化方向发展。

3 5G室分分布系统建设方案

针对上述室内分布系统存在的问题，在进行5G室分建设时可以考虑以下建设方案：

3.1 新增5G有源室内分布系统，实现对室内高价值热点区域的覆盖

有源室分系统一般由基带单元（BBU）、扩展单元（HUB）和远端单元（pRRU）组成，基带单元与扩展单元通过光纤连接，扩展单元与远端单元通过网线或光电复合缆连接。

有源室内分布系统具有容量高、可扩展性强、更容易施工等优势，但相对于传统的DAS分布系统，其建设成本明显增加。以4G为例，有源室分建设成本约为传统无源室分成本的1.5～2倍，所以目前4G有源室分优先部署于业务量需求高的重点楼宇，其它大部分室内场景对容量需求不高，以满足覆盖为主，仍然依靠传统DAS分布系统覆盖。

5G与4G类似，同样面临建设成本高，能耗高的问题，因此宜针对高价值热点区域进行有源室分的建设。在进行5G室分建设时，如建筑物已有4G有源室分系统，可考虑在原有室分系统上叠加5G有源室分系统或者将原有4G室分系统替换为4G/5G有源室分系统，如图1所示。

图1 4G有源室分向5G演进示意

3.2 重耕现有的2G/3G/4G频段，利用低频实现室内5G信号覆盖

采用这种方案的前提是要将2G/3G/4G用户迁移到5G网络，将现有低频释放出来才能进行重耕。在5G网络建设初期，用户的迁移比例还比较低，频率释放缓慢，可操作性较差，建议在网络建设中后期进行低频重耕。

在现网室内分布系统中，传统DAS系统的占比很高，约占60～80%左右。低频重耕可以很好地解决现有传统DAS系统不支持3.5 GHz频段，5G信号无法合路到现有分布系统中的问题。

在对室分进行低频重耕时，可同时考虑频谱动态共享技术，同时满足4G和5G用户的接入，如图2所示。

在5G建网初期，当5G用户比较少的情况下，系统可以将频谱多分配给4G用户；当5G用户逐渐增加时，系统会根据网络负荷情况对频谱资源进行调整，逐渐向5G用户倾斜。

图2 4G/5G动态时隙分配示意

对重耕现有低频网络而言，如果带宽有限，如只有10～20 M带宽，则重耕后的上下行速率将会受带宽的影响较大，用户体验和4G相当或略高，无法体现出5G的高速率优势。

3.3 采用“有源室分+无源天线”的方式降低建设成本，对中低容量场景进行覆盖

在不能进行低频重耕的情况下，在中低容量场景下可采用“有源室分+无源天线”的方案，通过在有源设备上外接无源天线的方式扩大有源室分远端单元的覆盖范围，减少远端单元的使用量，从而降低室分整体建设成本，如图3所示。

图3 “有源室分+无源天线”组网示意

以某楼宇某层为例，5G采用“有源室分+无源天线”的方式进行室内覆盖，采用3个PRRU+12面单极化天线的方案，如图4所示。

图4 某楼宇的5G“有源室分+无源天线”室内覆盖示意

通过测试：上述覆盖方案下5G网络覆盖良好，RSRP≥-110 dbm的比例约为95%，平均场强为-86 dBm，DT测试下行平均速率400 Mbps以上，DT测试上行平均速率100 Mbps以上。

一般来说，每个pRRU带的无源天线越多，则建设成本下降越多，同时速率下降也越多，下降幅度在20～40%左右。

3.4 开发支持3.5G的无源器件，新建DAS系统对中低容量场景区域进行覆盖

目前业界已经有了支持3.5 GHz频段的无源器件，可进行5G无源室分系统的建设，但新器件造价较高，还未规模商用。后续还需运营商继续推动无源产业链，实现无源器件量产并降低价格，以实现5G无源室分系统的规模建设。

3.5 特殊场景可采用泄露电缆或者“微RRU+定向天线”的方式进行覆盖

针对一些特殊场景，如营业厅、地铁/高铁隧道等场景可采取其他方式进行覆盖：

（1）营业厅：对营业厅而言，由于其间隔较少，比较空旷，可采用一体化微RRU或“微RRU+定向天线”的方式进行覆盖；

（2）地铁隧道：对地铁隧道而言，由于地铁列车车速一般不超过80 km/h，隧道壁可安装设备，可以考虑采用“RRU+5/4漏缆”或“微RRU+定向天线”覆盖的方案，如图5所示。

图5 隧道采用八木天线覆盖示意

在进行漏缆增加时，可考虑增加1根、2根或4根的方式，使用不同的漏缆带来的覆盖效果也不一样，如表1所示。

（3）高铁隧道：由于高铁列车车速特别大，不能在隧道壁上安装设备，所以只能考虑采用“RRU+5/4漏缆”的覆盖方式。高铁隧道避车洞间距500 M，设备安装与取电必须在避车洞内，墙面有足够空间余量新增漏缆。从目前5G测试来看，RRU在间距500 M场景的场景下，漏缆还无法实现3.5 GHz的5G网络连续覆盖，需同步采用其他增强方式。