5G网络室分性能与建设策略

杨 诚

（中国电信股份有限公司石家庄分公司，河北 石家庄 050000）

1 5G网络室分设计原则

总体而言，尽管传统的室内分布天线具有良好的信号覆盖性能，但是其建设部署困难，扩容能力有限。因此，研究和开发一种新颖的室内分布天线，对于改善室内信号覆盖范围是有十分重要的意义。5G设计要符合“成本”与“需求”两大要素。在实际的运行过程中，必须遵守下列规定：一是简易部署原理。5G在室内的布局要简易，不能受传统4G网络的限制，要敢于大胆地进行，要能灵活地进行高品质的部署。二是涵盖范围广泛。5G在小区划分中，不仅要确保基站分区的覆盖质量，还要兼顾将来的升级改造。三是有效沟通的原则。在对5G信号进行分类时，技术人员要充分考虑其通信品质，以充分发挥5G技术的高传输效能[1]。

2 5G DAS

DAS是2G时代后的主要室内覆盖技术，拥有成熟的产业链、稳定的性能和合理的价格。在2G/3G时代，用户的业务以语音为主，但也有少量的数据业务，数据通信量很低。单通道DAS能够很好地满足用户的需要[2]。

在4G时代，用户业务向数据业务演进。在国内市场竞争日益加剧的情况下，运营商纷纷终止了“流量红利”，推出了无限流量套餐，这就导致了网络容量的激增。在拥挤的大楼里，单通道DAS看起来很难满足容量要求。从单通道到双通道DAS的转换是一个复杂的过程，由于链路不均衡，MIMO的性能很难得到保障。所以，在交通拥挤地区（机场，火车站，学校，医院等），通信公司往往会使用新的机房。

2.1 5G DAS的难点

（1）不能使用目前的4G DAS被动装置。电信运营商已有的DAS被动器件（功率分路器、耦合器、合路器、天线等）均能在800 MHz～2.7 GHz。电信运营商的5G带宽是3.5 GHz，如果电信运营商想要用DAS来部署5G，就必须建立一个新的DAS系统，并且要用新的被动元件来支持3.5 GHz[3]。

（2）工程实施困难。5G业务超过半数的室内场景都需要4T4R。在其他情况下，2T2R主要采用双向DAS，很少有区域采用单向DAS来实现1T1R。4路DAS工程的实施十分复杂，4T4R MIMO很难保证，实际仍是以双向DAS为基础。

（3）成本不具有竞争性。5G DAS的建造费用增加了一倍。主要原因有：首先，3.5 GHz的被动器件比4G的被动器件要贵一倍。国内还没有生产大量的设备，设备的批量制造依赖于市场占有率。其次，3.5 GHz馈线的损耗比较大，因此需要在室内增加一些天线。第三，5G DAS实际上是两个DAS，而且两个DAS也会提高成本。

2.2 5G DAS试点

中国电信已经开始尝试5G网络的室内覆盖。实验环境是大型宴会场所，采用半开放的双向DAS系统，可同时支持2.1G LTE+3.5G NR。试验结果是：

（1）在同样的输出功率下，3.5 GHz的平均接收场强是-81.5 dBm，而2.1 GHz平均接收场强是-76.9 dBm，3.5 GHz和2.1 GHz间的平均接收场强差异是5 dB。

（2）3.5 GHz的覆盖范围超过-105 dBm，达到90%覆盖率，满足覆盖要求。

（3）双信道Das3.5 GHznr小区，其峰值下载率可达600 Mbps或更高，其平均下载速率为300～400 Mbps，下行RI值较低，表明DAS双通道不均衡，到达双流的下行点很少。

（4）3.5 GNR双路DAS单元的平均上传速率为65～80 Mbps，性能较好。从试验结果来看，DAS是一种可行的5G室内分支系统，可以在满足网络容量和建造费用要求下，实现5G室内分支系统的构建[4]。

3 5G网络室内覆盖系统面临的主要问题

3.1 室内外同频干扰对室内网络覆盖性能的影响

在2.6 GHz的情况下，构建了5G网络的室内外网络。同频网络的干扰，尤其是在户外宏基站负载的情况下，5G网络室内深度覆盖的前期，必须充分考虑其对室内环境的影响。

选取4T4R分布接收机所布置的室内环境进行室内外干扰的检测与分析。室内覆盖装置开启，户外宏站点拆除，室内下行链路的平均速率为609 Mbps。在户外宏站的干扰达到50%的情况下，室内的平均下行速率下降到438 Mbps，平均损耗是28.1%。据有关数据显示，室内外信号电平差超过-5 dB，在户外负荷50%的情况下，传输率损失可达44%；当室内外信号水平差在0～5 dB时，室内用户的能力损耗达到30%；在室内外信号水平差5～10 dB的情况下，对室内环境的影响可以小于20%。室内外同频网络对室内性能的影响较大，尤其是在室外信号比室内强的情况下，其性能损耗在40%以上。室内网络的信号强度要比户外信号电平高6 dB，以保证室内使用者的性能损耗不超过20%[5]。

3.2 传统室分升级可行性分析

2.6 GHz的频率在5G网络室内使用，在2.6 GHz波段时，功率分路器、耦合器直路、天线的插入损失与2.3 GHz波段的传输损失基本一致，误差在0.01 dB左右。耦合器的耦合端损失为1.41 dB，而1/2馈线100 m损耗2.6 dB，高于2.3 GHz 的1.4 dB。2.6 GHz与2.3 GHz相比，7/8馈线的100 m损耗高0.9 dB。同时，由于壁面损失和空间损失不同，2.6 GHz与2.3 GHz之间的理论损失相差在4.2 dB左右。对空中界面的覆盖能力进行了比较，结果表明，在实际测试中，各界面的平均误差在4.6 dB左右。

在此基础上，比较分析4G/5G网络的性能。在4 gmr覆盖范围内，估算RSRP在-110 dBm以上的采样点数超过90%。为了保证5G网络覆盖超过4G网络，采用常规的室内划分和组合线路，4G网络覆盖必须符合RSRP>105 dBm的采样点，采样点数大于90%。

3.3 双通道不平衡对5G性能影响

在LTE中部署双信道间的系统，5G NR可以被直接更新。这部分重点分析了5G NR系统中的双信道失衡。在5 dB的信道差别下，性能损耗率在20%左右，在10 dB时，性能损耗率在30%左右。所以，在采用双DAS的情况下，为了保证5G网络的性能，两信道间的电平差应该在5 dB以上。

在LTE网络中，两个通道的差值为0 dB时，Rank2为76%；在两个通道的差值为5 dB时，Rank2约为60%。随着两个频道的差别进一步扩大，Rank2的比率会进一步下降，这会对网络产生很大的影响，所以Rank2比率可以被用来评价双通道的均衡[6]。

4 5G网络室内覆盖规划组网测试分析

4.1 RSRP性能

通过对现有5G网络室内覆盖特性点的测试结果分析，5G、4G的平均RSRP指数均具有很好的一致性；边缘RSRP指数5G比4G稍好，都在-105 dBm以上。从试验结果来看，单侧带RSRP的性能指标基本达到了预期，5G网络与4G网络的性能基本一致。由于传统DAS在2.6 GHz波段存在着更换合路器、部分器件性能较差等问题，因此在实际应用中必须先保证DAS对2.6 GHz的支持。在试验中，相同的建设方案与NSA的情况会有差异，所以NSA与SA的RSRP结果也会有所不同。实际上应用中，NSA和SA对RSRP的作用微乎其微。

4.2 SINR性能

在某些测点处，5G网络边沿SINR值比4G网络的低，这是因为频谱消除的原因，4G网络户外信号的干扰会对测试场景造成一定的影响。当前5G网络室内的测试属性点距离较远，所以SINR索引只会对部分地区受影响。在此基础上，随着整个网络的建设，SINR的性能指标将会低于实际的测试指标。

4.3 下行速率性能

在常规DAS中，5G网络的单通道DAS可以达到110 Mbps，而在常规的双通道DAS中，下行边界率在200 Mbps左右。5G网络的下行率和峰值速率比4G网络快5倍。下行链路的边沿率在160～270 Mbps之间，而5G网络的下行链路平均速率和峰值速率则要高出10多倍。由于5G网络室内覆盖测试特征点通常距离宏站很远，因此对整个系统的同频干扰影响不大。到了后期，由于整个网络的建成，传输速率将会出现很大的损失，预计将会降低30%到50%。另外，由于传统DAS特征点中存在着少量的测试样点，不能很好地体现DAS的特性，因此必须在以后的研究中添加更多的样本点[7]。

4.4 上行速率性能

在常规DA S中，5 G单通道传统的5 G单通道DAS的上行边界速率是7.4 Mbps，而双通道DAS则是14.4 Mbps。5G网络的平均速率比4G网络快4倍，最高速率比4G快8倍。5G网络的平均速率和峰值速率是4G网络的10倍左右。上行链路的峰值速率和平均速率在NSA和SA两种情况下，都能从一定程度上反映出上行链路的单次传输效应。

4.5 5G网络室内覆盖建设方式小结

总体而言，5G网络室内覆盖的下行速率与RSRP、SINR基本成正比，而下行速率则随着RSRP和SINR的下降而下降。在5G网络室内运用不同施工方式的RSRP指数时，下行速率由高到低依次为分布式微微基站、双DAS、单DAS。在相同的RSRP条件下，对MCS序列进行了分析。与之对应的是，下行链路MCS的数值呈现出与之相反的规则。常规单路DAS具有较高的平均MCS和较好的覆盖率（RSRP在-105 dBm以上）。为达到同样的业务速率，必须对较高MCS值分配一个常规的单信道DAS。

4.6 5G网络室内外同频组网性能测试

试验地点为办公大楼，在50%的扰动情况下，相对干扰的损耗为-13.5%；当干扰达到50%时，在宏基站的中心和远端，干扰损失率为-5.31%。但是，在50%的干扰情况下，5G网络用户的平均下行速率要比常驻宏站点高2倍。结果表明：5G网络室内外同频网络在5G网络室内覆盖方面存在着一定的性能损耗，宏站能够覆盖到室内的所有区域。但是，在有高容量需求的情况下，为了保证服务的质量，5G网络室内覆盖仍是必要的。同时，在5G网络室外无线通信系统中，要考虑到5G网络对室外通信的影响，并对其进行优化[8]。

4.7 电联共享

中国电信与中国联通已经明确表示，将在5G网络上进行合作。目前5G网络支持3300～3600 MHz，IBW是100 MHz。如果想要在3300～3400 MHz上进行分享，那么可选择中国电信50 MHz NR+中国联通50 MHz NR的独立运营商共享或者中国电信+中国联通100 MHz NR共享，目前5G prru都能支持。我们可以在不改变硬件设备的情况下进行软件更新，从而实现共享。若要建立共享，要求中国电信100 MHz NR+中国联通100 MHz NR采用独立的运营商模式，那么目前5G prru的硬件性能将不受支持，必须按照运营商的要求来发展。

5 5G网络室分建设思路

一是保证内部分配的寿命，保证整个系统的品质，使之达到最佳状态，并改善整个网络。二是制订一系列相互操作的战略，反映出所提供的服务和认识，建立一个统一的参数设定方案。三是根据施工需要，制定出有针对性的施工方案。建设规划要科学、合理、严格的建设周期、适度的类型。目前5G网络的信号带宽将会持续得到改进。在过去，目前的DAS只支持2.7 GHz，而工信部发布的5G网络中，5G的频率范围在3300～3400 MHz、3400～3600 MHz以及4800～5000 MHz。在4G时代，DAS的信号传输容量严重不足，已不能满足当前5G信号波段的需要。在小型基站的室内布线系统中，采用光纤、网线进行数据传送，可以临时满足5G网络中的信号传输要求。

6 结束语

总之，中国互联网数据传输的需求将会以指数级的速度增长。5G网络是网络通信技术发展的主要方向，5G网络的速率和效率都高于目前的任何通信技术。5G技术为用户提供个性化的、特定的网络链接，以满足用户的通信需求，降低网络的网络延迟。5G网络的峰值速率和终端连接密度将得到极大的改善。