基于5G数字室内分布覆盖模式研究

朱朝晖

（中国电信股份有限公司昆明分公司，云南 昆明 650051）

1 研究背景

近年来，信息技术飞速发展。传统的数字信息化技术已经难以满足人们的日常生活要求，4K高清视屏、AR等运用的出现也让数据流量有了爆炸式的增长。根据流量数据分析，较多的用户分布在室内。为了解决住宅、楼宇、商业楼等场景，信号弱覆盖的问题，运营商提出了室内分布系统。目前运营商主要使用的是4G室内分布系统，随着我国5G技术及相关运用的大规模商用，传统的4G室内分布系统已经难以满足用户需求。根据目前数字化技术的发展形势，5G的发展过程中很有必要研究室内移动网络速度。针对以上问题，本体提出了基于5G数字室内分布覆盖研究，通过5G数字室内分布覆盖研究，能够在室内场景中满足众多人群对流量数据、信号强度等需求。并能降低延时程度进行精准的GPS定位，满足各行业针对5G技术衍生运用的需求。

4G大规模运用期间，用户业务主要集中在室内区域。随着5G网络逐渐成熟及应用的推广，智慧家庭、智能工厂等超过70%的5G衍生应用运用于室内，随着用户需求的急剧增长，室内信号覆盖将成为提高运营商竞争力的着重关注点。目前，5G室外信号的覆盖采用64T64R大规模天线进行覆盖，相对于4G宏站室外信号覆盖能力有了进一步的提升，由于5G室内外覆盖采用同一频率进行组网，解决室外宏站对室内信号的同频干扰就变成5G室内覆盖需要解决的问题。5G室内深度覆盖需采用什么方式进行建设，已建成的大量存量室内分布系统如何向5G数字数室内分布演进，室内外同频建设组网的干扰问题如何解决等问题，都成为5G室内覆盖需要解决的关键问题。

2 5G室内分布系统必要性

随着现代信息技术的快速发展，传统的移动通信技术在面对大带宽、低时延的移动通信需求时难以满足，在此背景下5G通信技术大力发展，为数字化室内分布系统发展带来了建设指导和优化方案。长期以来，5G室内分布系统的应用与创新成为国家相关部门的主要侧重点。国家相关部门针对工程标准化建设、技术过程控制、覆盖效果等方面提出了一些指导政策，为高效的推进数字化室内分布系统提出了指导意见和发展方向，为室内分布系统在通信领域取得的成就奠定了基础。同时，各企业机构、科研单位也在对数字化室内分布系统模式创新研究，对5G技术应用流程、发展思路进行大量的探索和研究，效果显著，促进数字化室内分布系统朝着效果更好、范围更广的方向前进。尽管如此，当前5G数字化室内分布系统仍然面临着一些挑战何困难。比如，网络的运行速度和质量不足以满足市场上现有的5G运用，系统出现故障问题整体维护效率不高，用户侧单元设备功耗相对较高等。

上述列举的一些问题，已经逐渐影响5G数字化室内分布系统发展，需尽快解决。在上述5G数字化室内分布系统发展的背景中，进一步的讨论面向5G数字化室内分布系统具有重要的现实意义。

3 存量室内分布及5G室分主流模式

3.1 存量室内分布模式

（1）传统室内分布系统：运用于商业楼宇、酒店、高校、医院等场景。目前的传统室分建设主要是通过使用功分器、室内全向或板状天线、耦合器等元器件进行室内分布系统的搭建，通过对末端天线功率进行配平，实现对建设楼宇的室内进行信号覆盖。该建设模式是目前运营商使用较为广泛的室内信号覆盖方式。

（2）楼顶射灯互补：在楼宇栋数校对的楼宇高层安装射灯板状天线对楼宇进行覆盖。对于楼宇较密集的楼宇用户间公共区域较小，室内信号覆盖效果不能满足用户要求。所以采用在楼宇较高的楼层安装射灯板状天线进行信号覆盖。

（3）光纤分布系统：光纤分布系统主要以光纤作为传输流量数据介质，将电磁信号转为光信号进行数据传输，在末端天线通过光信号转换电磁信号从而达到室内信号覆盖。相较于传统室内分布系统，光纤分布系统能够极大地节约信源的投入，从而降低建设成本。

（4）室分微级联系统：适用于范围较大的场景，例如广场，大型商业楼等。室分微级联通过使用直放站的方式进行信号覆盖。相较于传统室内信号覆盖具有成本低、建设速度快、布放线缆周期短。通常作为传统室内信号覆盖的补充方式。

（5）室外微站：该覆盖方式主要针对有条件建设室外微站的楼面或灯杆等场景。这种覆盖方式与射灯类似，但相对于射灯覆盖方式效果更佳，深度覆盖范围广。

（6）5G新型数字化室内分布系统：我国目前主流厂商都具有新型的数字化室内分布设备，如中兴、爱立信、华为。5G新型数字化室分能够满足市场上针对5G的运用，相较于传统数字室内分布系统具有低时延、大容量、高带宽等优点。投入成本相对较高。

3.2 5G新型数字化室分

在传统信息化时代，移动通信覆盖的频率较低、带宽低。目前室内信号覆盖主要是通过传统数字室分覆盖及室外宏站进行信号补充覆盖，难以平滑过渡到5G系统。5G新型数字化室分系统建设方便、支持多信道数据收发、容量大、时延低等优点，过渡到5G网络投入成本较低，建设周期短，可作为5G新型数字化室分系统主要建设模式。各种设备制造商都推出了新型数字化室分系统。与传统的DAS相比，新型数字化室分系统具有工程实现方便、可视化运维、多通道MIMO、易于扩展演化等优点。三大运营商及设备厂商在大中型场景信号覆盖中均有新型数字化室内分布系统运用。

5G时代室内数字化网络将成为移动网络的高价值核心，数字化已成为产业发展的必然选择。为了满足最佳用户体验、高效运维、智能运营的要求，通过数字化产品、数字化集成、数字化运维，打造一张室内数字化网络。

4 5G新型数字化室分建设模式

为了解决5G在复杂室内场景中的运用，使用5G+数字智能的室分方案，满足多频多模的复杂组合，大带宽满足共建共享需求，实现快速部署、更大容量，解决各种室内场景中5G覆盖的问题。数字智能的室分方案经过大规模的4G商用积累和5G商用实践，相比传统的DAS系统，能为客户带来远优于传统方案的更大容量、灵活扩容和透明可见、提高室内定位的精准性。

4.1 5G数字室内分布建网选址原则

5G网络给运营商运营模式带来两个重要的变化：其一，商业上将价值重构，网络架构上做垂直延伸。其二，未来室内5G网络将成为与“水、电、气”同等重要的物业基础设施，成为运营商5G网络商业变现的“引擎”之一。可以把5G室内覆盖原则分为以下四个原则：

（1）高价值：作为国际口岸、城市窗口的地区，VIP用户占比较高的区域，党政军国家机关可以作为优先覆盖区域。

（2）高流量、高潜力：对于流量高于全网的企业，不限量套餐用户占比高的场景优先覆盖。

（3）投诉重保：对有大型商务和赛事活动的区域以及高层领导、高端人士频繁活动的区域优先覆盖。

（4）5G商业能力ready：对于VR/AR、超高清视频、室内定位、无线医疗、智能制造等业务以及具备基础的场景优先覆盖。

4.2 5G数字室内分布建网标准

4G室内建网分为单通道和双通道两种标准，5G数字室内分布建网根据目前设备性能及网络能力可以分为双通道和四通道两种标准模式。

5G数字室内分布建设按照新业务诉求和4/5G同点位同覆盖的模式，提出5G数字室内建网标准建议如表1所示：

表1 5G数字室内分布建设标准

高标准适用于高价值高话务场景比如：体育场馆、交通枢纽、校园、地铁、大型购物中心商场、五星酒店、高档写字楼等商业楼宇。一般标准适用于医院、普通办公楼、普通酒店、普通商场、宿舍等话务量一般的楼宇。

对于5G数字室内覆盖的覆盖半径，NR链路预算原理与LTE/UMTS的测算模型基本一致。通过对链路进行分析可以得到路径上的传播损耗，通过3GPP38.901定义的室内统计传播模型可以计算出数字室内覆盖的半径。

表2

路径损耗计算公式：路径损耗（dB）=基站发射功率（dBm）-10×log10（子载波数）-基站馈线损耗（dB）+基站天线增益（dBi）-穿透损耗（dB）-植被损耗（dB）-人体遮挡损耗（dB）-慢衰落余量（dB）-干扰余量（dB）-人体吸收（dB）+UE天线增益（dB）-热噪声功率（dBm）-UE噪声系数（dB）-解调门限SINR（dB）。

4.3 5G数字室内分布新建模式

5G数字室内分布建设模式采用三级架构。PRU由基带单元、汇聚单元和远端射频单元构成。BBU能够实现多模基带及多模协议栈功能；PB对PRRU供电，同时通过对多路PRRUIQ（IQ指通信调制的I路数据和Q路数据）数据求和来实现小区合并功能；PRRU实现RRU功能，且发射功率为毫瓦级。

对于数字室内分布系统内小区逻辑划分可以灵活的对小区进行合并，一条光链路下最大4级PB所连接的天线可以合并成一个逻辑小区，可根据话务情况弹性改变小区数：在用户话务量低、用户数量少时，可以将最大的32个PRRU合并成一个逻辑小区；当用户话务量高时，可以灵活的把室内分布系统内PRRU划分为一个逻辑小区。

图2 5G数字室内分布新建方案

4.4 存量DIS室分向5G数字室内分布演进

以下主要针对三种存量DIS室分演进进行说明：

（1）存量双网线室分，长度100m内。通过对原有室分系统叠加NRonly设备，在BBU侧增加5G基带板。

图3 存量双网线（<100m）演进模式

（2）存量单网线室分，长度100m内。对于这种情况下的室分系统，可以更换支持5G的RHUB或者叠加NRonly设备，在BBU侧增加5G基带板。

图4 存量单网线（<100m）演进模式

（3）存量单网线室分，长度超过100m。对原有室分系统使用网线级联NRonly设备，在BBU侧增加5G基带板。

图5 存量单网线（>100m）演进模式

4.5 原有无源室分向5G数字室内分布演进

（1）在POI处增加移频管理单元把5GMIMO信号变频并入无源室分网络。保持原拓扑结构不变，无源器件及馈线充分利旧，减少新增覆盖天线点位。

（2）更换末端覆盖天线，把5GMIMO信号变频还原，并把上行信号回传。

（3）原有2/3/4G信号直通，通过天线设计提升，维持或接近原有覆盖水平。

（4）用单根1/2馈线线缆传输5GMIMO信号，多路信号幅度自动调整，保证MIMO覆盖质量。

（5）远端天线全监控，实时监控5G/4G信号覆盖质量。

（6）POE网线馈电、微波赋能等多种远端供电方式。

图6 原有无源室分演进方案

5 5G数字化室内分布系统展望

5.1 提升网络升级效率

在5G技术运用中，数字化室内分布系统的主要载体为特定频率的频段，在这种网络下，终端结构在室内分布系统中的数量得以显著改变，这就需要不断提升网络升级效率来满足不同类型与功能设备的实际需求。在数字化室内分布系统构建过程中，应将基站侧、集线器单元、射频发射的远端单元作为关键与重点，提升彼此之间的衔接性，实现网络运行与维护效率的最大化。同时，在数字化室内分布系统建设过程中，随着施工技术水平的不断提升，相应的施工难度将会进一步缩小，有助于改善用户实际体验。

5.2 强化运维可视化发展

组网结构是运维可视化的关键与基础所在，从当前现状来看，部分情况下的组网结构愈发冗杂，数据冗余问题相对突出，在网络运维强度不断提高的背景下，需要提高末端射频单元量。在数字化室内布局系统设计网络、设计末端发射等工作环节，需要在保障特定元器件数量的基础上，对全面监控设备的性能进行改进，及时辨识与发现潜在的系统性故障等难题，精准对故障点位进行定位，推动运维可视化始终朝着更高效率、更高质量的方向发展。此外，在运维可视化的支持下，相关技术人员可立足用户密度，及时掌握信道通信运行状况。

5.3 降低升级改造难度

5G技术作为目前先进且成熟的通信技术。在现代通信研发领域，随着通信需求的持续强化，相应的通信技术拓展升级也将不断加快，所涉及的数字信号量将会呈指数式上升状态。对此，数字化室内分布系统应具备良好的兼容性与可拓展性，为后期升级改造提供良好前提条件，可科学合理地对MIMO进行设计，通过计算机技术与软件技术的支持，使大规模天线技术成为未来通信的基础保障。在降低数字化室内分布系统升级难度的同时，运维效率、网络转型、管理智能化等也将同步推进。

6 结束语

新型的数字化室分系统设计思路更加快捷，不需要改造分布系统，也不需要增加数字天线，便于人们能更加快速的体验到5G网络带来的便利性。由于受技术方法、过程控制、效果评价等方面要素的影响，当前面向5G演进的数字化室内分布系统依旧存在诸多不容忽视的薄弱环节与不足之处，阻碍着其整体效的优化提升。因此，技术人员应该从数字化室内分布系统的客观实际需求出发，充分遵循5G技术的基本应用原理与规律，创新技术应用理念，强化技术过程控制，为提升数字化室内分布系统的整体应用效能奠定基础，推动现代经济和社会向更高水平发展。

附录

MIMO：multiple-in multipleout-多进多出技术：为极大地提高信道容量，在发送端和接收端都使用多根天线，在收发之间构成多个信道的天线系统。

DAS：Distributed Antenna System-室内分布式天线系统

DIS：Digital Information System-数字化室分系统

LTE/UMTS：4G/3G系统

SS-RSRP：SS reference signal received power- SS参考信号接收功率：携带二次同步信号（SS）的资源元素的功率的线性平均值

CSI-RSRP：CSI reference signal received power-CSI参考信号功率：配置的

CSI- rs场景中，在考虑的测量频率带宽内，携带为RSRP测量配置的CSI参考信号的资源元素的功率的线性平均值。

POE：Power Over Ethernet-有源以太网