面向5G的新型室分建设方案研究

1 概述

传统通信室内分布系统是对无线信号覆盖的有效补充，以满足建筑物内用户对移动通信网络的需求。近些年随着移动通信技术的快速发展，通信业务呈指数级增长，其中室内通信业务已占有很高的比例。随着5G时代的来临，更多的业务种类与智能应用会发生在室内，预计未来将有85%以上的移动通信业务发生在室内。室内分布系统将成为未来移动通信网络中至关重要的内容，是运营商新的核心竞争领域。

在3G/4G时代，通过室外宏站与室内分布式天线系统（DAS）相结合，可以有效解决网络室内覆盖的问题。但是采用高频段的5G网络面临更大的无线链路损耗，室外宏站信号因较高的穿透损耗不能满足室内覆盖，同时传统DAS系统难以支持高频段信号传输。面对室内海量数据的场景，数字化室分系统成为5G时代首选方案。但数字化有源室分系统具有成本高、部署困难、难以共享等劣势，本文就目前5G室分建设面临的问题，根据具体场景研究讨论了一种解决方案，为后期5G网络部署带来一定的参考。

2 室分现状分析

传统DAS室分系统起源于2/3G时代，通过射频馈线、功分器/耦合器和无源室分天线等无源器件将信源RRU的射频信号拉远到室内各个角落，成本低、可靠性高。但随着室内环境流量需求的增长，DAS系统因容量受限已显得力不从心，同时5G网络已开始部署，面对室内数据业务，建设一张优质的室内分布网络尤为重要。

2.1 发展趋势

未来5G网络不仅是通信的网络，更是作为物联社会的底层网络，连接各行各业。5G的三大应用场景为增强型移动宽带、低时延高可靠通信、海量物联网通信，根据ITU要求，支撑三大场景的网络应满足峰值速率10 Gbps、时延1 ms、每平方公里内1百万连接数。5G网络与4G相比业务场景更加丰富，仅通过对4G网络的升级扩容，难以满足未来5G业务的要求。

针对室内场景覆盖，目前运营商仍主要采用传统DAS系统解决。虽然传统DAS系统具有产业链成熟、投资小、故障率低、可多系统扩容等优势，但随着未来移动数据的剧烈增长，传统DAS系统难以演进至5G，面临挑战如下：

（1）因数据量增长而需要新增大量节点和无源器件，但传统DAS系统器件故障隐患较多，且部分区域已无改造空间。难以针对传统DAS进行大规模建设或升级改造。

（2）传统DAS系统采用无源器件，数量多且无法进行监控。当大规模部署网络节点时，将增大系统运维成本，且隐蔽部分更难以检测故障。

（3）我国5G首发频段包括2.6 GHz、3.5 GHz、4.9 GHz。传统DAS系统中无源器件支持的最高频段为2.7 GHz左右，无法处理3.5 GHz及以上的5G信号。同时，高频信号在电缆中的传输损耗也随着频率的升高而大增加，使其在实际工程中难以实现。

针对上述传统DAS系统的瓶颈，5G室分将采用有源数字化系统（如图1所示）。受高频段的影响，5G数字化室分系统采用简单的三级架构，即基站侧（BBU）、Hub、远端射频发射单元，减少了连接点和故障隐患。同时，面对大量末端部署，室分设备趋于小体积、轻重量。

数字化室分中采用有源器件，传输使用网线/光纤，在容量演进、可视管理、易部署等方面更容易支持5G演进。4×4MIMO是5G室内建网的标准，4个发射通道较2TR将获得3 dB的功率增益。传统DAS系统中由于器件、工艺等原因，难以保证LTE双路平衡，更无法支持大规模MIMO。数字化室分单位面积流量将是传统DAS的4～10倍。传统DAS室分系统将会在容量需求不高的场景或区域作为低成本、快速部署的补充方案。

图1 数字化室分系统示意

2.2 数字化室分面临问题

随着5G网络的部署及移动业务的需求，数字化室分的特点也工程建设带来了难点与挑战。

（1）规模大，部署困难。伴随着大带宽、高速率、4x4MIMO功能，以及室内隔断的影响，数字室分系统的末端天线（pRRU）数量将大幅度提升，为工程施工带来困难，同时大量的有源设备也增加了系统维护的复杂程度。

（2）成本高，投资大。无源室分与有源室分在空旷场景投资相差约2倍，在隔断场景投资相差约5倍。分布式微站单“天线”约1.2万元，无源室分单天线约0.24万元（含信源）。5G频段更宽、通道数更多，5G微站室分造价会更高，导致5G室分投资巨大。

（3）能耗高，运维压力大。5G信号损耗较高，为提升覆盖能力，pRRU需提供更大的功耗。因此，有源化室分的大量建设会大幅增加电费、维护费等运行成本和后期系统运行压力。

（4）不易共建共享。因器件性能对频率的限制，以及多信号间的互条干扰，目前无法实现全频段5G室分的共建共享，同时也增加了建设成本。

由上述可知，5G室分建设全面有源化、数字化，在实施中会有很大困难，也使运营商在投资、运维等方面存在巨大压力。传统DSA室分与5G数字化室分将在很长一段时间内并存。

3 新型室分建设方案

3.1 5G室分平滑升级

传统DAS室分具有投资少、现有存量与工程建设经验较多的优势。针对上述数字化室分面临的问题和弊端，在5G时代前期采取传统DAS室分与数字化室分扬长避短、优势互补的方式，使5G室分在传统DAS系统上平滑演进，对运营商而言是一个合理可取的方案。

3.1.1 无源器件平滑升级

在中低容量场景中，将传统DAS系统的无源器件进行升级，以使5G信号能与2/3/4G信号进行合路。传统室分无源器件支持的频段范围为800-2 700 MHz，可将其适用频段扩展至3.5 GHz，即包含运营商移动的2.6 GHz、联通和电信的3.5 GHz。

针对上述要求，采用新技术对无源器件的适用频段进行拓展。其中，功分器的适用频段可采用多级阻抗变换级联推进技术进行拓展；耦合器和电桥的适用频段可采用三节导带复用技术进行拓展。无源器件的频段拓展技术可满足5G低频段的要求，但器件的体积与成本也会随之增大。

1/2馈线与7/8馈线在5 GHz频段的损耗会增大，但通过提高信号发射功率，可以满足5G信号的传输要求，同时增加天线点位可以满足5G信号的覆盖要求。针对部分容量要求较高的场景，在成本允许的前提下，可采用4×4MIMO建设。

3.1.2 共建共享

对多系统接入平台（POI）进行升级，将其适用频段拓展至3.5 GHz，并增加合路端口。目前，已研发出支持三家运营商2/3/4/5G，共12套系统共享接入的POI产品。结合传统DAS系统中无源器件的升级，无源室分系统可通过升级POI来加载5G信号，以实现室分的共建共享（如图2所示）。

图2 5G室分平滑升级示意图

3.2 广角漏缆建设方案

3.2.1 广角漏缆

在无线传播环境受限的地铁、隧道等场景中，传统室分方案主要采用泄漏同轴电缆（泄漏电缆），并获得了较多的成功案例。采用泄漏电缆可以得到更均匀的信号辐射强度，同时降低施工难度和维护成本。针对狭长型的场景，泄漏电缆与POI组合可以实现多系统接入，并使信号均匀覆盖。在国外，泄漏电缆也应用在了室内场景的覆盖。

当采用DAS系统加载5G信号时，传统室分覆盖技术中天线、接头和器件使用量大，施工工艺复杂，接入频段较多，如果产品性能或施工工艺达不到规范要求，就会引起系统间互调干扰，影响信号的覆盖效果。传统方案互调干扰难以控制，现有解决手段效果不明显。使用广角漏缆覆盖室内，可大幅减少天线、接头和器件使用量，减少系统连接点，从而有效规避系统间互调干扰影响，同时，还能达到降低建设成本、降低维护成本、优化覆盖效果的目的。

常规泄漏电缆适用于隧道等狭长环境，辐射张角一般不超过120°，广角漏缆应用于室内覆盖，需增大辐射张角。根据一般室内场景测算，漏缆作为辐射源位于顶部正中，挂高2.5 m，辐射宽度20 m，覆盖高度1.6 m，则广角漏缆辐射张角为170度（如图3所示）。

图3 室内广角漏缆张角示意

3.2.2 建设方案

在建筑物内狭长区域引入广角漏缆覆盖。对POI及无源器件进行升级，将其支持频段扩展至3.5GHz。三家运营商5G信号与2/3/4G信号通过POI合路后，采用双路广角漏电缆对楼层进行覆盖。建设方案如图4所示。

广角漏缆方案针对一些特殊场景如走廊、电梯井等，实施效果将更加明显。本方案在使5G室分平滑升级的同时，实现了运营商的共建共享，降低了建设成本。与原有室分天线覆盖方式相比，本方案中信号覆盖更加均匀稳定，工程实施周期短，易于维护。同时，漏缆布放较隐蔽，减少了对原有室内布局的影响。

图4 广角漏缆建设方案示意图

4 结束语

5G时代已经到来，传统DAS室分系统无法满足5G网络的室内覆盖要求，数字化室分是未来的发展方向。但数字室分存在投资高、部署难、维护复杂等问题，致使运营商在近期内无法快速部署，因此5G室分建设只能在传统DSA室分基础上平滑演进。本方案将原覆盖隧道等场景的泄漏电缆引入至室内覆盖，同时升级无源器件，将各运营商的2/3/4/5G信号合路至POI，实现了5G室分的平滑演进，对后期5G室分建设具有一定的参考和启发性。本方案中因无源器件升级限制，未能载入移动4.9 GHz频段的信号，随着技术的发展，有待于进一步研究。