5G室分系统多通道联合收发技术应用研究

2022-12-06胡煜华王群青王振华沈文超中国联通浙江分公司浙江杭州3005中国联通研究院北京00048

邮电设计技术 2022年10期

胡煜华，王群青，李贝，王振华，沈文超（.中国联通浙江分公司，浙江杭州 3005；.中国联通研究院，北京 00048）

1 概述

随着5G 网络建设稳步推进，视频电话、高清视频流、互动游戏等大量应用发生在室内环境中，这些业务对网络质量要求较高，良好的室内覆盖成为5G网络建设的重点。而现网存量DAS 室分大部分是单路系统，仅能支持单流，容量性能受限，难以满足5G业务需求。由于楼宇已经投入使用，增加分布系统困难较大。3.5 GHz NR 在现网中大量应用，而随着工信部发放2.1 GHz NR 频率重耕许可，2.1 GHz NR 产业链也已成熟，对于室内覆盖，通过多频段协同的多通道联合收发技术可充分发挥不同频段的特性和优势，以满足5G赋能千行百业的需求。

2 5G室分建设现状

在3.5 GHz 频段，中国电信和中国联通各有100 MHz 带宽，在2.1 GHz 频段中国电信和中国联通各有40 MHz 带宽可以用于5G 重耕。目前5G 室分建设方案主要有数字化室分和无源分布式天线系统（Distributed Antenna System，DAS）等，各方案特点如表1所示，业务承载方案需业务特性与网络能力匹配，建议结合场景特点，综合考虑容量、覆盖面积等多个维度，选择适合的解决方案。

表1 2种方案对比

无源DAS作为2G至4G时代室内覆盖的主要解决方案，在现网中被规模应用，是低话务场景室内覆盖的重要手段。DAS 方案分为新建和改造2 类场景，存量DAS 室分无源器件和室分天线支持的频段为800～2 700 MHz，不支持3.5 GHz频段。充分利用2.1 GHz中频段的优势，改造存量DAS 方案能低成本快速部署扩大5G覆盖。

3 多通道联合收发技术原理

存量DAS 室分大部分是单路系统，将射频拉远单元（radio remote unit，RRU）作为信源，在建筑物的每层布置若干个单通道天线，RRU 与建筑物每层的天线通过馈线连接，实现单通道室内分布系统信号覆盖，仅能支持单流，不能实现多输入多输出（multiple input multiple output，MIMO）技术以提升用户上下行吞吐量，容量性能受限，难以满足5G 业务需求。由于楼宇已经投入使用，增加分布系统困难较大。

5G 多通道联合收发方案通过自适应码本择优、自适应多流、相位预设补偿等创新技术，在多个通道链路不平衡的情况下实现较好的性能，对楼层间的多通道不平衡差异容忍最高可达30 dB。此时5G系统仅需考虑各路场强达到系统的上行解调场强，不需考虑各路功率差异性问题，在不改变传统室分网络结构的情况下，实现5G 室分快速开启，极大提升传统室分改造后的5G网络系统性能，性价比高。

如图1所示，以跨楼层单通道为例，把相邻上下层天线视为一套双路分布系统，采用双通道RRU，每个楼层的终端设备可以通过双通道RRU 的2 个通道与该RRU 传输信号，使得每个楼层的终端设备除了可以接收到本层单通道天线的信号外，还可以接到相邻上层和相邻下层的天线的穿透信号，从而达到通过对单通道室内分布系统进行改进以实现双通道室内分布系统的目的。支持5G多流，进一步提升5G用户感知。

图1 多通道联合收发示意

多通道联合收发技术把分布式的多个传输收发节点（Transmission and Reception Point，TRP）联合起来组成一个更大天线维度TRP，通过多天线分集增益来实现系统性能提升。对于2 流发射的TRP 来说，存在秩指示（Rank Indication，RI）最大为2 的情况，通过多个TRP 联合组成的“大天线”，能够充分利用空间多径特性提升RI，在终端能力不受限的情况下突破最大RI。终端收到2 个TRP 的信号后，对信道响应矩阵进行奇异值分解（Singular value decomposition，SVD），可得4个特征向量，就是该信道矩阵的秩（Rank），信道秩指示可以选择合适的空间流数进行传输，以提高通信效率。4 个特征向量的取值相差越大，实现多流越难。4 个特征向量的取值和不同通道间的功率差相关，当接收到的TRP 功率相差不是很大时，RI 的取值就可能大于2，从而实现下行超过2流的多流传输。

分组自适应调制解码（Adaptive Modulation and Coding，AMC）是通过在RANK 和调制与编码方案（Modulation and Coding Scheme，MCS）中做试探性自适应调整，包括不同功率的通道间做整体的流量平衡优化，对于下行终端反馈RANK 虚高的场景，实现精准匹配RANK，提升调度MCS，在隔离度较高的场景下，显著地提升下行流量。

自适应码本择优指2 台2TR RRU 各自发送2 端口信道状态信息参考信号（Channel State Information-Reference Signal，CSI-RS），实现联合4 端口CSI-RS 发送，终端侧收到4 端口CSI-RS 资源，从而获得联合预编码矩阵标识（Precoding Matrix Indicatior，PMI）构造，实现多码本和CSI 端口的扩展，提升码本的信道匹配度，获得赋形增益。在对应扩充的码本集中做择优选择算法，可提升信道适应性，结合干扰抑制合并（Interference Rejection Combining，IRC）技术降低邻区干扰，获得超额增益。

相位预设校准是指根据部署方案和信道长期监控的基础数据，在基站侧进行相位预设校准，实现最大限度同步叠加信号，带来增益提升，解决各个楼层馈缆长度和DAS 天线位置不可能做到完全同相叠加而带来的系统性能损失的问题。

4 多通道联合收发实施方案

现网DAS 室分无源器件支持2.1 GHz 频谱，对于存量DAS 楼宇可利旧现网快速开通2.1 GHz 5G 室分覆盖。多通道联合收发适用于中低业务量的写字楼、酒店、商场和医院等场景，现网多通道联合收发技术改造包括跨楼层和同楼层2种情况。开启多通道联合收发功能后，在网络覆盖效果较差、多通道接收功率不平衡差异较大时，上、下行吞吐量的提升会受到限制，特殊楼宇如果地板穿损太大（超过30 dB，如金属结构）时难以获得增益。

4.1 多通道联合收发改造方案

图2 所示为跨楼层方案，分为每层有单路分布系统或2 路分布系统2 种情况。RRU 通道错层覆盖，无线信号穿透楼板实现5G多流，双通道RRU的第1端口与分布在建筑物编号为奇数的楼层中各个单通道天线通过第1 馈线连接，双通道RRU 的第2 端口与分布在编号为偶数的楼层中的各个单通道天线通过第2馈线连接。跨楼层方案通过对单通道室内分布系统进行改进实现双通道室内分布系统。

图2 跨楼层方案

图3所示为同楼层方案，当不同运营商（例如中国电信和中国联通）同楼层分别建有1套DAS系统，利旧双方的已有系统开通5G 室分的时候，同楼层内的2 套DAS系统多通道联合收发。

图3 同楼层方案

4.2 多通道联合收发改造工程实施

5G 信源馈入现网室分系统，相邻楼层用不同通道的NR 信号覆盖，分为NR 二级末端合路和NR 始端合路（一级或二级合路）。

5G 信源二级末端合路方式如图4 所示，在每个楼层二级合路，不改变现网DAS 拓扑，新增2.1 GHz NR主干路，平层使用合路器合路NR 信号。错层分别连接到2.1 GHz NR RRU 的不同端口上，实现相邻楼层由不同端口覆盖，形成双流或4 流增益。新建主干路增加器件和馈线较多。改造周期受限于新建DAS 施工时间及平层合路点是否与设计图纸一致（一致则利于寻找和施工）。这种方式不改动现网馈缆，3G/4G 室分拓扑不变，但增加合路器较多。

图4 二级末端合路

NR 信源始端合路方式如图5 所示，不改变现网DAS 拓扑，5G 单楼层支持1 流或2 流情况与现网DAS保持一致。可在RRU 两端口覆盖的相邻楼层形成2流或4 流增益。工程改造简单，仅需增加信源和合路器，可以快速实现5G部署。始端合路，合路器数目少，3G/4G也改造成相邻楼层用RRU的不同通道覆盖。

图5 始端合路

5 效果验证

在某商场进行部署验证，该区域共6 个RRU 覆盖，RRU3/4/5/6 的通道1 覆盖1F 和3F，通道2 覆盖2F和4F；RRU7 的通道1 和通道2，分别覆盖1F 和2F；RRU8 的通道1 和通道2 分别覆盖3F 和4F；相邻楼层3F 与4F 用不同通道的NR 信号覆盖，实现多通道联合收发技术。测试站点的RRU及楼层分布如图6所示。