试论5G室内分布低成本融合组网方案

2020-07-22李光健

通信电源技术 2020年9期

李光健

（广西通信规划设计咨询有限公司，广西南宁 530007）

0 引言

随着5G标准逐渐趋于固定化，5G投入商业使用正在推行。5G时代，DAS的无源器件与馈线无法适配高频段，因此无法监督管控旗下器件。如果对其进行适应化改造，则需要较高的成本投入，同时大规模地对其进行容量扩展十分困难。因此，只能将其应用于对容量需求不高的低频段场景，如地下通道、火车隧道、电梯等位置。新型数字化室分系统相较而言具有更多优点，一方面较易部署推行，另一方面能够实现运行与维护的可视化，并能够满足大规模MIMO的需要。因此，这种系统更适应5G的生存与发展，将会成为未来5G室内分布体系中的重要组成部分[1-2]。

1 5G室内分布系统现状分析

我国的运营商为了实现室内覆盖的最大化，借助传统的DAS方式解决有关问题。传统的DAS一般以无源器件为主，由于发展年限较长，因此DAS产业链已经十分成熟。不仅投资成本低，而且出现故障的概率较小，整体系统运维简单易上手，还能够实现系统容量的扩增。但是，由于移动业务的迅速扩张，传统DAS的缺陷也日益凸显。

1.1 工程建设存在较高的难度系数，很难优化改造现有工程

传统室分系统往往配备较多的无源器件，极大程度上增加了工程建设的挑战性。加上安设过程中会设置许多节点，为日后的安全问题埋下了隐患。建设过程中安设辅助设备需要和物业进行多次协调，整体的建设过程十分具有挑战性。此外，在双路改造LTE室分系统时，往往需要新设较多节点，而在需要新设节点的位置可能并不能提供足够的空间来满足改造。加上器件的老化速度往往有所差异，建造的工艺参差不齐，无法确保改造后的LTE双路保持平衡。要确保改造后的成果能够满足大规模MIMO的要求，则是难上加难。

1.2 故障的排除与检查存在较大难度

室内分布系统无论是在最开始安装时还是后期维修养护过程中，都不可避免地要与物业进行协调和沟通。而传统室分器件往往数量多、品种杂，无法很好地实现对无源器件的实时监督与管控。要想发现问题，只能依靠用户的投诉和定期的巡查检验。针对大型室分系统而言，即使定期巡检也无法确保检查到每一个位置，使得部分隐藏的问题很难被及时发现。此外，部分楼栋会不适当改造等外界因素，排查故障位置时一般耗费大量的人力与物力，甚至可能仍然一无所获。这种局面直接大幅提升了网络运行与维护的成本。

1.3 传统DAS的大部分器件并不能够适配高频段

有关数据显示，传统DAS的无源器件能够适配的频段最高不超过2.7 GHz。一旦频段超过这个限制，有关器件往往处于无法使用的状态。同时，同轴电缆的传输损耗和频段呈正比，意味着频段越高，传输损耗越高。对于超过3.5 GHz的频段而言，传输损耗过于巨大，甚至产生亏损。因此，工程中鲜少会使用3.5 GHz及以上的频段。

2 有源和无源混合组网方案

在5G混合组网中，基本架构主要有蓝牙信标、基带单元、智慧室内分布、路由单元以及远端信源等。实际应用过程中，可以使用皮基站实现远端信源，在其内部集成蓝牙网关。一般而言，智慧室内分布天线是蓝牙信标的室内分布天线，基于射频馈线和远端信源进行连接处理。为了提高室内定位精度，使用蓝牙信标进行增补处理，采取网络和远端信源进行连接。

图1描述的是无源和有源混合方案的实际组网示意图，具有5G室内覆盖网络的主要特点。

（1）智能运维。图1中，远端信源内部集成蓝牙网关，智慧室内分布天线内部集成蓝牙信标。基于无源网络，蓝牙信标发射的广播信号发送至蓝牙网关，若蓝牙网关成功接收到广播信号，则表明这个无源网络运行正常。基于无源网络的作用，蓝牙网关还可以对蓝牙信标的参数进行配置处理，为运营商维护蓝牙信标状态提供便利条件。针对蓝牙信标的供电问题，因为外接无源器件支持通直流，方案中远端信源通过无源网络向智慧室内分布天线提供直流电源。

（2）弱覆盖分析。根据低功耗蓝牙（BLE）具有的室内定位功能，终端用户可以基于信令层或应用层同时上报ELE数据（MAC和RSSI）和网络覆盖数据（SINR和RSPP）。基于蓝牙信标RSSI信号的强度，对网络覆盖数据的归属问题进行综合判断，确定其属于哪一个室内分布天线覆盖区域，以此获取室内精细化强弱覆盖对比分析的结果，辅助运营商对网络性能进行综合优化。

（3）室内定位。此方案具有多兼容、自动定位和低成本等诸多优点。在蓝牙定位功能中，定位精度非常高，达到了蓝牙信标布放间距的1/2以内。由于智慧室内分布天线的布放间距往往设置成15 m，因此它的定位精度可以达到7 m。若需要进一步提升定位精度，那么需要升级该方案，增设一定数量的蓝牙信标，进一步提升定位精度。通过增加独立的蓝牙信标，控制蓝牙信标之间的距离为7 m，将定位的进度提升至3 m。

（4）人流量分析。由于远端信源具有基站通信的功能，可以辅助分析室内人流量的分布情形，运营商可以借助其进行大数据分析工作。

（5）易于扩展。远端信源外接的智慧室内分布天线、射频馈缆和功分器等具有宽带特性，当前已经成功开发出支持0.8～3.8 GHz频段的相关产品，天然支持4G/3G/2G以及C-Band l00 MHz等相关频段，也可以快速兼容未来市场上出现的制代系统。

图1 有源和无源混合方案实际组网示意

（6）弹性扩容。在网络扩容前，该方案可以合并4个远端信源为一个小区，指导网络容过需求后，基于小区分裂功能，4个远端信源的速率提升4倍。

（7）nTnR。在5G网络的远端信源中，可以实现4T4R的功能。它外接的智慧分布天线是双级化天线，可以实现2T2R的功能。所以，这个方案兼具2T2R和4T4R的功能。

（8）低成本。该方案中，有效控制远端信源使用量，增多智慧室内分布天线使用量，有效控制整体建网的成本。基于四功分器的作用，4个远端信源连接有8根智慧分布天线，形成了1:8混合组网的方案。

3 现网实际应用效果

本文提出了无源和有源混合组网的方式。首先，对4G网络现网应用进行相应的测试研究，表明其结论也适用于5G网络。因为现网4G皮基站是2T2R设备，在此次试点研究中外接单极化指挥室内分布天线，未来5G皮基站是4T4R设备，将外接双极化智慧室内分布天线。4G皮基站的主要内容有扩展型皮基站或分布式皮基站，两者存在一定的区别，主要表现为基带单元可以独立支撑的小区数量。在本次试点过程中，选择扩展型皮基站，选取一栋写字楼的各个楼层评估建网测试方案，各方案描述如下：方案1采取纯扩展型皮基站，实际建网的方式；方案2采取纯扩展型皮基站，预估可以达到5～7 m的定位精度水平；方案3采取智慧室内分布天线和扩展型皮基站的方式，以1:4进行组网，实际建网的方式；方案4采取智慧室内分布天线+扩展型皮基站的方式，以1:8进行组网，实际建网的方式；方案5采取智慧室内分布天线+扩展型皮基站的方式，以1:8组网和独立蓝牙信标；方案6采取单一路DAS进行预估分析。在这些方案中，第1、3、4、5是现网建设，第2、6方案没有采取现网建设方式，只是用来进行分析。

3.1 建网成本对比

如图2所示，对6种建网方案进行归一化处理，进行成本对比分析的结果。建筑面积设置为20 000 m2，将单路DAS作为比较基准，纯扩展性皮基站的建网成本大约增加22%。若将室内的定位精度设置为5 m，则要考虑加密纯扩展型皮基站，此时的建网成本增加138%。针对混合组网方案，采取1:4组网和组网的建网成本分别是单路DAS的93%和83%。

3.2 覆盖性能对比

如表1所示，在对覆盖性能进行打点测试中，测试结果显示：几种测试方案得出的RSRP均值不小于-85 dBm，SINR均值小于20 dB；方案3和方案5的下行平均速率都是50 Mb/s，与单流系统的理论速率55 Mb/s非常接近；方案1是纯扩展型皮基站方案，下行平均速率90 Mb/s，和双流系统的理论速率值（110 b/s）比较接近；因为4G终端是单发系统，这两种方案的上行平均速率是一样的；通过覆盖性能的定点测试，结果显示在测试终端位于距离信号源7m+l堵墙、近点和距离信号源3m+l堵墙时，这几种方案的上行与下行的平均速率和理论速率比较接近。