大型建筑内部5G信号的覆盖研究

尹军祖

关键词：5G信号;室内覆盖;数字化室分

1绪论

随着5G系统的快速部署，万物互联的5G时代已经来临。自从2019年10月5G商用开始，截至2021年上半年，我国已经建成全球最大的5G SA网络，累计开通了5G基站96.1万个，共享基站40万个，中国移动5G套餐用户达到2.51亿户，中国电信也达到了1.31亿户。5G时代个人新业务对体验的要求远超4G，大量应用发生在室内，对室内网络要求更高，尤其是对于人员密集的大型建筑物内的信号覆盖，所以5G移动信号的室内覆盖方案及效果尤为重要。5G引入了更高的频段来获取带宽，更高的频率往往也伴随着更多的传输和穿透损耗，随着5G技术的发展，其所服务的对象也更加包罗万象、无处不在，这种情况下传统的移动通信网络架构已经难以满足覆盖的需求，在5G时代网络构架下将逐渐演变为宏基站小基站相互协同、室内外互相融合的构架，随着室内覆盖的重要性逐渐显现出来，室内覆盖方案也会越来越多样。为此，对建筑物内的覆盖方案进行研究分析具有积极的意义。

2 5G信号室内覆盖方式

3GPP把5G频段分为450MHZ一6GHZ的SUB-6GHZ频段和24.25GHZ一52.6GHZ的毫米波频段。因此，全球5G的部署频段只分为SUB-6GHZ和毫米波。对于5G室内覆盖目前只需要对SUB-6GHZ频段进行分析。

移动信号室内覆盖主要通过以下两种方式来实现：

（1）外部穿透：外部穿透就是通过室外基站对室内进行覆盖，无线信号有一定的穿透性，室外基站信号衰减一些后到室内，当室外基站足够多且信号足够强时就可以实现一定程度的室内覆盖。

（2）内部覆盖：将移动信号直接引入室内，然后利用分布式天線进行室内覆盖，内部覆盖避免了穿透损耗，以比较低的功率均匀对室内各处进行覆盖。

由于基站发射功率以及信号穿透建筑物时所产生的穿透损耗，导致一些大型建筑物、多隔断式室内、隧道等场景存在大量的信号覆盖盲区，并且部分建筑内部的业务需求量以及需求密度都较大，仅仅依靠室外基站难以满足室内覆盖的需求。信号的内部覆盖可以有效解决室外基站不能解决的容量不足、信号差、信号紊乱等问题。但是室内单位面积覆盖成本较高，对宏基站、微基站和室内分布系统而言，我们需要综合考虑其覆盖场景、建设规模、建设顺序，而5G室内覆盖的建设方案也是当前各大运营商及科技公司的主要研究内容。

3 5G信号室内覆盖方案分析

在3G、4G时代，室内覆盖主要依靠宏基站、小基站和无源室分三种方式协同完成。而有源室分因其造价较高，主要应用于高容量高业务建设，在楼房内主要部署在高业务区域，而楼内低业务区域主要依靠微基站和无源室分系统解决。5G时代数字化室分则起到了重要的作用，数字化室分系统主要由瓦级/毫瓦级一体化小基站+有源室分系统协同解决。

对于宏基站、小基站、无源室分、有源室分在4G、5G中的作用变化总结如下表：

5G室内覆盖主流方案有：室外宏基站覆盖室内、数字化室分、对4G的DAS重复利用、数字化室分融合组网（有源室分+无源室分），这几种方案可以相互协调、相互配合对室内场景进行覆盖，以达到最好效果。

3.1由室外覆盖室内：采用室外宏站、室外微站对室内进行覆盖

室外覆盖室内主要是依靠室外宏基站、微站对室内场景进行范围性覆盖，对于网络需求不高的室内场景，可采用室外宏站对其进行网络信号覆盖，减少资源的浪费，同时也满足了这些室内场景的网络需求，但此方案局限性较大，对于业务量较高的室内场景，单靠室外宏站进行覆盖远远不够。

3.2数字化室分：小基站、有源室分

数字化室分是5G覆盖中重要的一部分，但是当前数字化室分的技术都尚未完全成熟。目前数字化室分主要依靠小基站和有源室分两者进行室内覆盖。

3.2.1小基站（瓦级/毫瓦级一体化小基站）

小基站的覆盖场景有：（1）宏基站所覆盖不到且没有室内部署的场景：比如密集的街道、商铺和小型房屋等。（2）有源室分覆盖不完全且建筑物单层面积不大的场景：比如已经装修完成的办公楼、酒店、住院楼、居民楼等。（3）不适合有源室分的场景：网络需求业务较低的办公区、学校宿舍等。

在街道、小区可以使用现有资源如街道灯杆塔、自建美化灯杆塔等用来部署小基站，在室内则可以选择楼角、墙角、房间吊顶或墙壁等进行部署。小基站支持交流电供电、以太网供电、光电复合缆供电，外观都普遍小型隐蔽化，小基站的天线角度可以调节功率大小可以选择，能满足不同场景和业务需求。

3.2.2有源室分系统，也称为毫瓦级分布式基站、分布式皮站

有源室分系统主要由三部分组成，基带控制单元（BBU）、通用公共无线电汇聚单元（RHUB）和微型射频拉远单元（PRRU）。各部分的连接方式为：BBU通过光纤连接RHUB，RHUB通过网线连接PRRU。有源室分适用于任何室内场景。

有源室分室内部署时可以安装室内的吊顶或者墙壁上，也可以安装在室内一些装饰物如落地灯、橱柜等地方。

根据目前的5G发展阶段，有源室分系统的建设应当首先针对EMBB业务，在商务办公区域、医院、学校、大型商场等高流量场所进行5G容量型建设，同时对场所的其他区域进行延伸覆盖，确保移动带宽;当EMTC和URLLC业务成熟之后，再保证信号覆盖的连续性、可靠性和容量需求。

皮基站分布方式是5G移动通信的室内覆盖中较为关键的技术。这种技术部署起来十分简单，设备运行及维护可视化，管理更加智能化，最重要的是维护起来十分方便，而且管理人员可以根据布设目标的变化，进行比较灵活的方案选择。皮基站能够跟随国际标准，支持4G、5G各个阶段的业务、容量，也能够满足用户体验等需求。当前华为LAMPSITE就是以BBU+RHUB+PRRU为组网结构的有源室分室内覆盖方案。

但是，数字化室分的成本较高、投资收益低，数字化室分的成本一般由BBU、PICO、RHUB的造价组成。当部署面积较小时，远端的设备数量较少，BBU成本占比较高，所以在小面积部署场景可以适当降低BBU设备成本，提高信源的利用。大型面积场景则随着部署面积的增大，远端设备数量增多，成本占比逐渐增多，因此大面积部署场景可以适当降低远端设备成本。

针对数字化室分的高成本现状，可以通過对中低容量场景进行降成本分覆盖：降低BBU成本（根据场景和用户需求适当降低BBU支持的载波数、用户数、远端单元数）、降低RHUB成本（适当降低支持远端单元数目）、降低PICO成本（减少通道、降低发射功率、降低供应链成本——主要包括：物料成本、劳动成本、运输成本、设备成本和其他变动成本等）、外接DAS系统（通过外接天线进行扩展覆盖）。

3.3无源分布系统：对4G的旧DAS进行重耕、新建DAS

4G时代，网络业务约80%发生在室内场景，但室分站点仅承担了是室内业务量的30%左右，其还是主要靠室外站吸收，因此4G存量的DAS十分大，有几十万个资源点，所以在进行5G信号的覆盖时可以对DAS进行复用，减少资源浪费。但可复用的旧DAS也仅限于支持2.6G频段的DAS。

新建可以满足5G频段的DAS，使用DAS对室内进行覆盖，相比于有源室分高容量、高业务的特点，无源室分具有成本低但也满足覆盖的特点，不过施工较为复杂。在DAS可满足该室内场景覆盖的前提下，DAS以其低成本的优点更加受到关注。

3.4数字化室分融合组网：有源室分无源室分融合组网

数字化室分融合组网就是利用有源室分和无源室分同时对场景进行覆盖，数字化室分融合组网是对于当前阶段而出现的在满足各种场景需求的情况下的低成本覆盖方式，是根据用户需求和场景业务需求进行分析，融合有源室分和无源室分对场景进行最优方案的覆盖。在大区域覆盖用无源室分DAS，对业务需求较大或者高容量需求场景使用有源室分PICO进行室内覆盖。从而在保证客户需求和业务需求的前提下使成本降到最低，这对目前5G室内覆盖成本较高且并不成熟的情况是一种不错的方案。

PICO+DAS融合组网方案：一般采用分布式皮站外露射频口的方式，利用馈线外接天线，实现单PICO覆盖面积增大，节约成本;或者采用外接天线方式，多隔断区域通过天线入室，降低室内穿透损耗对覆盖能力的影响。

4不同场景下5G室内覆盖方案分析

在5G时代由于业务需求更高、部署频段更高、投资成本更高、产业成熟不够。因此应该科学规划，精细化建设5G室内覆盖。

一般而言对于不同场景的特点及大致方案如下：

（1）高业务重点场景：大型交通枢纽、大型场馆、大型购物中心、校园、医院。

特点：地标性建筑，品牌窗口，高人流密度、高容量需求热点场景。

方案：以室内的一体化小基站为主，再根据不同场景的差异化需求配置室外微站和数字化室分融合方案。

（2）一般的隔断场景：商务办公楼、酒店、政企大楼。

特点：高端用户聚集、整体容量需求一般，但存在部分高业务区域，建筑隔断较多，建网成本偏高。

方案：根据容量需求选择一体化基站、分布式小基站，同时可以采用数字化室分融合方案降低成本。

（3）中低流量场景：居民区、小型公共场所、地下停车场、电梯。

特点：整体的容量需求不高，居民楼使用室内产品部署成本较高，而且外部玻璃较多，具备室外照射条件，场景面积小，总用户有限，容量需求低。

方案：具备室外照射条件的场景选择利用室外宏站/微站照射，对于不具备室外照射条件的使用分布式小基站、数字化室分融合方案。小型公共场所可以采用对无源DAS重耕的方案。

5总结

5G网络会逐渐融入社会各行各业，成为信息化社会的重要支撑。基于目前的5G发展情况，室外宏站的覆盖和安装是当前5G覆盖的主要部分，同时一些主要场所的室内覆盖及试验点正在逐步进行，5G成本问题仍是当前5G实现全覆盖的重中之重，根据场景及客户需求选择无源室分、有源室分的融合建设是目前比较好的选择。每个移动信号覆盖方案都要根据场景进行分析，选择合适的覆盖方式，并对整个网络的类型进行优化，才能实现真正全面覆盖。