通过错层MIMO挖掘存量DAS系统在5G中的应用价值

冯建武，罗 京，陈国雄

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

5G网络能大幅度提升用户体验，在用户体验速率、连接数、时延等方面得到了大幅度提升。目前，中国移动、中国电信和中国联通的存量室分设备约有100万套，其中80%为DAS系统，而DAS系统中90%为单路。面临庞大的存量网络，如何在5G室分建设中发挥存量优势，保护已有投资，是5G室分建设需要重点考虑的问题。现网大部分室内分布系统器件支持800 MHz至2.7 GHz。对于拥有2.6 GHz频段的中国移动，可以利用原有DAS系统快速进行5G覆盖建设。但是，现网大部分的DAS系统是单流系统，直接进行合路速率低，无法发挥5G优势。若新增一路天馈，不仅费用高，而且工期长、难度大。从2019年开始，运营商大力实行降本增效。为了降本增效实现MIMO双流效果，提升体验速率，在原有单路DAS基础上，提出5G错层MIMO的室内覆盖方法。

1 错层MIMO覆盖原理

现有DAS系统中的天线主要是全向吸顶天线。在垂直面上，全向吸顶天线的主瓣无线信号通过穿透地板辐射至下一楼层。同时，由于全向吸顶天线前后比较小，全向吸顶天线的无线信号通过穿透天花板辐射至上一楼层。对于原有的单流分布系统，通过改造原有的主干，使之形成两路平行的主干。其中，主干1与RRU端口1和奇数层楼层天馈连接，主干2与RRU端口2和偶数层楼层天馈连接，如图1所示。改造后，每一楼层的终端用户可以同时收到本层及上下两层的无线信号，形成“双流”效果。

图1 改造前及改造后的主干图

2 功率不平衡

从RRU设备发出功率到终端的总损耗为[1]：

改造后的“双流系统”由于其中一路需要穿透楼板，加上天线不在同一点位且到达分布系统天线的功率不同，可能存在到达接收端两路信号强度相差太大的问题。此外，室内环境复杂，到达接收端的差异可能更大，需要实际进行测试，分析两路功率不平衡的双流效果。

3 方案实施

为了验证错层覆盖实现5G双流效果，专门对某市的一个金融中心大楼进行试验，分别抽取高中低层进行试验。改造试验5G前，先对原有4G信号进行测试，且断开本层天馈支路，分别测试断开本层支路前后的信号和平均下载速度，数据如表1所示。可见，分别断开各层天馈支路前后的信号相差10～20 dB。受装修等影响，各层信号差存在一定差别。

对该站点进行主干改造并接入5G信号进行覆盖，首先测试地下车库单流的平均速度为310 Mb/s，最高速率约为350 Mb/s。然后，进行错层区域的测试，测试结果如图2和表2所示。改造后的5G平均速率约为540 Mb/s，对比原来单流系统有约70%的速率提升。同样的，4G网络也有约70%的速率提升。

本次试验中发现下层提供的信号要优于上层提供的信号。

7层及以下设为1个小区，7层以上设为1个小区，这样8层的第二流信号只能靠9层提供。但是，由于8层用户加装了加厚的天花，9层信号在穿透天花板及地板后，信号基本在-100 dBm以下，相当一部分区域无法使用双流，平均速率只有332 Mb/s，最好位置速率只有374 Mb/s，与改造前速率相当，如图3所示。

图2 改造后5G测试情况

图3 8层5G测试情况

同时，虽然7层的第二流信号只能靠6层提供，但由于吸顶天线只需穿透楼板（无需穿透装饰天花吊顶），信号相对要强（如图4所示），大部分区域仍能使用双流，平均速率能达523 Mb/s，最好位置速率能达612 Mb/s。

表1 4G信号情况

表2 改造后4G、5G下载速率

所以，对于存在有天花板的场景，下层提供的第二流信号要优于上层。

图4 7层5G测试情况

另外，在测试中还发现另外一个问题，双流信号强度相差太大，无法使用双流。

由于2层部分区域隔墙较多，且该区域是重要客户，原有信号强度较大，故导致各层穿透至2层的信号与原2层的信号相差较大，部分区域超过20 dB。图5所示为关闭2层信号前测试图，从图中可以发现单流区域平均速率只有约290 Mb/s，在双流区域，最好的位置速率只有475 Mb/s。

图5 关闭2层前5G测试情况

图6为关闭2层信号，剩下隔层穿透到2层信号的测试图，从图中可以发现隔层是有信号辐射至2层的。

通过在2层支路增加1个6 dB的衰减器，重新测试发现全区域均能使用双流信号，平均速率达455 Mb/s，最好位置速率达523 Mb/s，如图7所示。

图6 关闭2层后5G测试情况

图7 增加衰减器后2层5G测试情况

由于在2层增加衰减器后，缩小了两流信号强度差，全区域均能使用双流，故说明两流信号强度差太多，无法使用双流，当信号差超过20 dB，无法启动双流。

同样的原理，如果原来DAS系统是双流系统，可以通过改造主干使双流系统变成“四流”系统。

图8和图9为对原有双流系统改造后的测试图，改造前平均速率约为640 Mb/s，改造后平均速率提升至约880 Mb/s。

综上所述：（1）受不同装修影响，各层信号差存在一定差别，可以利用原有4G E频信号测试结果作为5G错层改造的评估依据；（2）对于存在较厚的天花吊顶，下层提供的信号优于上层；（3）双流信号强度相差太多（超过20 dB左右）无法使用双流，需调整功率（如增加衰减器）。

图8 双流速率

图9 四流速率

4 投资及工期对比

DAS分布系统投资主要集中在支路平层的天馈部分，本次方案基本只涉及改造主干，改造后的总投资约2.2万元，对比新建一路天馈系统43万元只占5.1%。新建一路DAS分布系统和改造原有主干所需的主要物料见表3。

表3 新建及改造DAS主要物料表

工期方面，本方案原新建单路DAS系统约需要7天时间，而本次改造只需1天时间便可以完成。如果是改造新增多一路天馈，周期则远远大于原新建的7天时间。

5 结 论

DAS分布系统能实现快速部署2.6 GHz 5G，利用错层覆盖方法能实现MIMO覆盖，具有投资小、建站速度快的优点，适合对容量需求不高、重点在覆盖的场景，可实现用少的投资获得较大速率的提升，建议在适合改造的场景使用。对于人流密集、价值高、容量需求高、需具备室内精准定位能力等要求的场景，建议使用其他新型室分系统。