5G有源室分链路预算覆盖模型的分析研究

钟萃亮 江西省邮电规划设计院有限公司无线研究院 南昌市 330002

1 引言

室内分布系统是将信号源功率通过线缆传输和器件的合理功率分配后，再经室内天线将无线信号发射给用户终端。与室外宏站不同的是室内分布系统的天馈系统比室外宏基站更复杂，因此，室内覆盖的链路预算可以分成有线传播段、无线传播段两个部分。

有线传播段是指从信号源到室分天线口之间的有线传输段落，可以是馈线，也可以是光纤；信号源发射信号经过各种无源器件（功分器、耦合器）和线缆传输损耗后，到达天线口。

无线传播段是指从室分天线口到终端之间的空间传播段落，天线口功率经过空间传播损耗（含天线增益、阴影衰落、穿透损耗等），到达用户终端。

链路预算是覆盖预测的主要工具，其最终目的是计算单天线（或单pRRU）的覆盖半径，即评估无线信号经过上述的有线传播段、无线传播段后到达终端的接收信号是否能满足运营商对最低覆盖边缘场强的要求。根据室内覆盖方式的不同，可以将无线室内覆盖预测模型分为传统DAS无源室分、新型有源室分两类，本文重点分析研究有源室分链路预算覆盖模型。

2 有源室分链路预算覆盖模型

该模型适用于新型有源室分类，包括有源室分、移频MIMO、分布型小微站、放装式小微站等。与传统无源室分相比，因为没有分布系统，该模型下的最大允许的路径损耗MAPL＝发射端EIRP＋增益－损耗－工程余量－接收端接收灵敏度。上下行路径损耗的详细计算方法过程如下：

2.1 下行链路预算方法

图1 无线室内覆盖预测模型图

式中，MAPLDL下行链路最大充许的传播损耗，PoutBS基站信号源的发射功率，LfBS发射端的馈线损耗，GaBS基站天线增益，GaUE移动台天线增益，Mf阴影衰落余量（与传播环境相关），MI干扰余量（与系统容量相关），Lp穿透损耗（室内覆盖考虑），Lb人体损耗，SUE终端的接收机灵敏度。

室内覆盖的下行链路路径损耗分析计算示意图，如下图所示：

图2 室内覆盖下行链路MAPL分析计算示意图

2.2 上行链路预算方法

式中，MAPLUL上行链路最大允许传播损耗，PoutUE移动终端发射功率，SBS基站接收机的灵敏度。

室内覆盖的上行链路路径损耗分析计算示意图，如下图所示：

图3 室内覆盖上行链路MAPL分析计算示意图

2.3 链路预算主要参数

（1）5G信号源发射功率

5G取消了CRS，也没有了逻辑天线端口的概念，是以RE子载波的功率作为其他信道功率的基准，所以在链路预算时，应以RE子载波发射功率作为信号源的发射功率。与4G相比，计算方式比较简单，可以直接用信号源的单通道总功率除以频率带宽内总的子载波数得到；比如：pRRU的发射功率一般为4×250mW，则RE子载波功率＝10log（250mW/（273×12））＝10log（250mW） - 10log （273 × 12） ＝23.98 - 35.15＝-11.17dBm；RE子载波功率与带宽有关系，与nTnR通道数没有关系。5G的UE终端在FR1频段默认的单流最大发射功率为200mW，即23dBm，双流最大发射功率为400mW，即26dBm；在FR2 频段UE 最大发射功率为23~35dBm。

（2）等效全向辐射功率（EIRP）

上下行EIRP计算公式如下：

EIRPDL= 基站发射功率+ 发射天线增益-发射系统馈线损耗

EIRPUL= 终端最大发射功率+ 终端天线增益

对于有源室分系统，基站发射端馈线损耗主要是指跳线或馈线损耗，一般认为终端的馈线损耗为0dB；pRRU设备自带天线的增益一般取为3dBi。

（3）穿透损耗

参考协议3GPPTS38.901 中的相关描述，各种物体穿透损耗可以用以下计算公式进行估计：

建筑材料类别普通玻璃镀膜玻璃混凝土墙木头穿透损耗［dB］PL=2+0.2f，注：频率f单位是GHz PL=23+0.3f PL=5+4f PL=4.85+0.12f

3 结束语

据统计，当前约70%的移动数据业务发生在室内场景，5G室内覆盖将更加重要，5G室内网络将成为2C/2B等行业应用的重要新型基础设施。通过研究有源室分覆盖链路预算模型，基于室内无线传播模型就可以更加精确地计算出天线覆盖半径、更科学规划设计pRRU点位，从而有助于制定技术可行、经济合理的最优室内覆盖设计方案。