广电5G室内覆盖分析与研究

郭宏刚

（江苏省广电有线信息网络股份有限公司南京分公司，江苏 南京 210049）

0 引言

以5G网络为代表的新型基础设施建设是国家“十三五”战略性新兴产业的重点布局内容，其泛在网络支撑能力、业务应用创新能力对大幅增强广电网络文化信息服务的广度与深度均具有深远的战略意义。广电基于700 MHz频段优势资源，通过共建共享协议进行5G网络建设，在运营模式上是一次重大的创新。广电5G不需要重走传统运营商“重资产、长周期”的老路，而是选择了一条“轻资产、快运营”的创新之路。

广电网络不仅仅拥有黄金频段的优势，其本身就具备网络覆盖范围广、线路和端口资源丰富的优势。在5G时代背景下，广电网络在发展中更应立足于社会发展实际、顺应时代发展潮流，在推动广电接入网的5G前传技术的前提下，充分提高网络资源的利用率，实现双向接入网的室内覆盖目标［1］，在满足5G室内覆盖对大宽带、低延时、高效率、时间同步要求的基础上，构建出成本低、效率高、覆盖范围广的5G室内网络，最终实现有线网络与无线网络同步发展的目标。

1 5G室内覆盖网络面临的困境

随着5G网络的规模建设，网络运营商主导的5G二期建设完成后将为全国所有地级以上城市提供5G商用服务，部分发达省份实现县城热点区域的5G覆盖，预计到2022年年底，将基本建成一张全国连续的5G网络。5G网络的大带宽、低时延、高可靠的特性，为业务提供了必要的网络基础，推动了业务的不断丰富。5G业务应用场所有80%以上在室内，而室内网络在带宽、同步、时延及GPS定位服务上尚有很大不足。5G网络场景应用业务的不断丰富发展对室内网络覆盖的要求越来越高。相比4G时代的70%，5G时代室内流量占比高达80%，包括语音、AR＼VR等应用，对网络性能提出了更高的要求［2］。而5G的频段非常高，传播损耗、穿透损耗都很大，难以从室外传到室内，室内覆盖面临众多的挑战。

1.1 室内网络覆盖建设规模大

目前室分系统建设不仅仅是大型新建楼宇的5G覆盖，家庭室内覆盖更是规模巨大且复杂性高。

1.2 建设成本高

对5G室内覆盖的推进，不管是改造还是新建，成本都很高，相比于4G室分设备而言，5G设备在工作频段、载波带宽、通道数量和发射功率方面均有大幅提升。特别是在5G室分建网初期，设备成本将会较大幅度增长。

1.3 建网要求高

在满足5G室内覆盖对大宽带、低延时、高效率、时间同步要求的基础上，室内网络覆盖建设对室分设备、网络优化、组网方式等都提出了全新的要求。

1.4 落地实施难

室内网络覆盖工程无论是天线安装、室内走线、基站布局都面临空间不足、协调困难等各类问题。

2 5G室内覆盖网络需智能化发展

在5G网络技术即将被广泛使用的时代，5G室内全覆盖已全面展开，室分网络末端节点不仅需要具备移动通信能力，更需要支撑运营商拓展全新的数字化业务领域，为家庭全5G业务应用场景提供全面保障。目前，广电拥有规模庞大的有线电视室内覆盖网络，基于该网络优势，更易于探索出全新的数字化业务领域。

根据国际运营商转型的成功经验，全新业务领域具备以下4个特点：(1）该领域业务已经形成了规模化需求，覆盖用户数众多，可以发挥运营商的规模化优势；(2）该领域业务需要一定的资产投入，可以发挥运营商已有的重资产优势；(3）该领域业务需要将线上和线下相结合，可以发挥运营商的实体渠道优势；(4）该领域业务需要“高信誉度”，可以发挥运营商的良好社会认知度。广电作为第四大运营商，具备以上特点和优势，在5G室内覆盖网络需智能化发展上更要发挥优势，在5G市场发展中勇于创新，大力推动国家5G通信建设的步伐。

3 家庭应用场景发展需求

3.1 应用场景概述

按照5G室内应用场景容量需求，可以将应用场景划分为覆盖场景(如办公场所）、体验场景(如医院/商场/家庭等）和容量场景(如校园/机场高铁大厅/会展中心等）等。5G网络的高速率、大容量、低时延和广连接为室内业务提供必要的网络基础，推动室内业务的不断丰富，室内技术应用场景亦成为5G网络普及的决胜关键。在5G各种应用场景中，家庭体验场景应用发展尤为迅猛，本文将结合家庭主要应用场景的需求对家庭室内覆盖进行重点分析。

3.2 家庭主要应用场景及业务需求

3.2.1 8K/VR/AR

高质量VR/AR内容处理走向云端，在满足用户日益增长的体验要求的同时降低了设备价格，8K/VR/AR将成为移动网络最有潜力的大流量业务。8K/VR/AR是典型的高带宽、低时延业务，通常发生在室内。为了满足越来越多的应用场景体验，设备移动性是需要考虑的其中一项重要指标，这就需要设备通过无线网络传输。另外，VR/AR业务强依赖于实时计算机图像渲染和建模，需要大量的数据传输、存储和计算功能，这些数据和计算密集型任务如果转移到云端，就能利用云端服务器的数据存储和高速计算能力。

针对8K/VR/AR业务对5G网络带宽的实际需要，如表2所示，单4 K 60 fps视频流需要满足速率25 Mbps，单8 K 120 fps(也是VR/AR的基本需求）视频流需要满足速率100 Mbps。

表1 8K／VR／AR业务带宽需求

3.2.2 新社交

新社交网络最明显的特征是视频在社交中占据的比例越来越大，对视频的清晰程度要求越来越高。移动视频业务不断发展，以前用户直接观看点播视频，而现在用户则从不同渠道观看各种实时直播内容。室内赛场、演唱会现场甚至是个人直播场景，视频直播对网络的容量提出了更高的要求。智能手机内置软件依靠移动直播视频平台，可以保证主播和观众互动的实时性，使这种新型的“一对多”直播通信比传统的“一对多”广播更具互动性和社交性。另外，观众之间的互动也为直播视频业务增加了“多对多”的社交维度。基于5G网络，通过实时高清视频、AR/VR等方式进行虚拟社交或远程会议，在疫情防控进入常态化的今天也有利于避免人群聚集，但对网络承载能力要求上不仅需要高带宽，还对低时延与低抖动有一定的要求，可接受的范围在端到端网络时延＜100 ms，抖动＜20 ms。

3.2.3 个人AI

伴随着智能手机市场的成熟，可穿戴和智能助理有望引领下一波智能设备的普及。当前由于电池使用时间、网络延迟和带宽限制，个人可穿戴设备通常采用WiFi或蓝牙进行连接，需要经常与计算机和智能手机配对，无法作为独立设备存在。5G将同时为消费者领域和企业业务领域的可穿戴和智能辅助设备提供机会。可穿戴设备将为制造和仓库工作人员提供“免提”式信息服务。云端AI使可穿戴设备具有AI能力，如搜索特定物体或人员。个人AI助理需要边缘计算支持，同时边缘采集用户数据交由云端AI训练，根据训练结果，云端对边缘的决策算法进行优化调整。个人AI助理在信息交换及算法决策中对网络时延方面要求决策响应＜10 ms。个人AI信息交换如图1所示。

图1 个人AI信息交换

3.2.4 远程医疗护理

在过去5年中，移动互联网在医疗设备中的使用频率正在增加。医疗行业开始采用可穿戴或便携设备集成远程诊断、远程手术和远程医疗监控等解决方案。通过5G网络连接到AI医疗辅助系统，医疗行业有机会开展个性化的医疗咨询服务。人工智能医疗系统可以嵌入医院呼叫中心、家庭医疗咨询助理设备、本地医生诊所，甚至是缺乏现场医务人员的移动诊所(见图2）。远程诊断是一类特别的应用，尤其依赖5G网络的低延迟和高QoS保障特性。

图2 远程医疗护理

4 广电5G室内覆盖技术方案

4.1 常见的5G室内覆盖方式

随着5G普及率的不断提高，用户对5G室内覆盖的要求也越来越高，但是传统的室外宏基站已经难以满足5G室内覆盖对带宽、同步、时延这3方面的要求。广电700 MHz频段5G网络是一张基础性的网络，基于黄金频段的优势，深度覆盖性能好，在700 MHz网络建设初期采用3.3 G有源室分组网建设测试方案中，小区无线覆盖网络上下行峰值速率已可达600 Mbit/s和1.5 Gbit/s。

目前常见的5G室内覆盖方式主要有分布式天线系统、数字化微基站系统两种［3］，结合这两种方式特点，延展广电5G室内覆盖的建网优势。

4.1.1 分布式天线系统

分布式天线系统主要是由一个分布于某个建筑物室内的合路器、同轴电缆、功分器以及耦合器等构成的，是专门服务于无线室内覆盖的网络体系。该种方式综合运用室内有/无源分布系统、室分外引系统及室外宏站等多种技术手段，全方位立体化解决区域化场景的室内外覆盖。广电借助700 MHz频段覆盖范围广、绕射能力强、传输损耗低等优势，通过室外宏站或室分外引系统覆盖室外区域及建筑物室内靠近窗边或部分内部区域的大颗粒覆盖，借助有线电视基础网络，通过室内分布系统覆盖建筑物的弱覆盖区或覆盖盲区等深度区域，室内外互补实现区域化场景多区域的良好覆盖。

4.1.2 数字化微基站系统

数字化微基站系统是一个新型的室内分布系统，是由室内基带处理单元、射频远端单元极限设备以及射频远端单元组成的，在应用中存在有源系统的特征，能够同时接入4G和5G网络，因此备受业界关注。广电5G网络从零开始建设，具有700 MHz频段优势资源，可全面采用虚拟化、云化技术部署5G网络，再结合微基站高度灵活性、易部署、可管可控的特点，实现低成本5G室内覆盖，更具后发优势。

4.2 广电“5G＋室内覆盖”架构

“5G＋室内覆盖”以广电有线电视网络为基础，利用5G网络广覆盖、低时延的优势，实现基于有线电视网络的无线一体化部署，提高系统容量和宽带接入能力，满足手机、机顶盒、VR等智能终端的业务需求。

5G网络室内分布覆盖建设将会面临高频传输穿透损耗、多天线部署、施工布线、网络容量可视化管理、室内精确定位、室内外网络协同等多方面的挑战。结合分配给广电的700 MHz、4.9 GHz、3.3~3.4 GHz频段，构建广电5G网络“宏基站＋小基站＋室分微站”的组网覆盖模式。该种模式能快速解决“最后一公里”广电5G网络全覆盖，适应5G新时代对接入网的新需求，并有效降低网络建设与运维成本。

4.3 解决方案

5G室内采用3 300~3 400 MHz同轴以太小基站，区级边缘云下沉到OLT前端。家庭接入支持FTTH和FTTB两种方式，其中FTTH在家庭入户ONU侧实现5GoC(5GoverCable，5GoC）局端，将光信号转为千兆同轴电信号，基于同轴进行家庭室内5G热点覆盖，通过5GoC一体化基站进行5G接入，实现用户的全业务接入；FTTB在楼头部署5GoC局端，基于楼宇内的同轴进行室内5G热点覆盖。边缘云实现在用户接入侧与电信运营商共享有线电缆资源，通过有线电缆延伸5G的深度覆盖，实现多运营商用户接入和有效管理。该组网方案可在开展5G新业务的同时，兼顾传统业务，进一步发挥广电网的优势，在实现低延时的同时还大幅提升5G容量层的用户量，降低5G建设的成本。

同轴以太小基站具体应用到5GoC技术。具体特性如下：5GoC技术利用同轴实现5G室内覆盖，具有独立的射频和基带功能的微基站在未来5G室内网络建设中将成为重要的设备形态。微基站的建设需要在室内建立多个向上连接核心网的信息入口。同轴电缆由于信道容量大、入户率高、室内泛在部署，可以作为5G室内渗透和深度覆盖的重要入户信息通道。其中，在FTTH环境下，在家庭入户ONU侧实现5GoC局端，将光信号转为千兆同轴电信号，基于同轴进行家庭室内5G热点覆盖；在FTTB环境下，在楼头部署5GoC局端，基于楼宇内的同轴进行室内5G热点覆盖。并通过5GoC一体化基站进行5G接入，实现 用户的全业务接入。

图3 广电5G室分技术的总体架构

基于HINOC技术的一体化基站部署方案如图4所示，HINOC起到回传承载的作用。HINOC局端设备HB处于楼头或楼道，并通过光交换机直连或PON网络上联5G传送网中的接入或汇聚设备。HINOC终端设备HM通过楼道内的同轴电缆与HB构成星型网络，并通过以太网接口与一体化小基站相连。

图4 一体化基站部署

该方案具有以下效益：

(1）不受5G信号频率高、损耗高等限制，实现5G信号室内良好覆盖；

(2）无需新建基站等基础设施，降低资金投入和工程、运营风险；

(3）充分利用广电同轴电缆资源，实现资源增值；

(4）工程实施快，能够在各地广电5G网络建设中迅速推广，具有广泛的应用前景。

结合5G家庭主要应用场景，在家庭网络环境中充分利用广电5G高带宽、低时延、大连接特性的家庭网络业务，带给用户全新的体验。

迅速提升广电5G网络的覆盖能力，以广电网络拥有庞大的用户为基础，深度挖掘有线网络进入千家万户的渠道优势，增强用户良好的家庭体验效果，更深入地推进广电在智慧家庭、智慧社区和智慧城市领域的建设力度，推动广电5G产业的蓬勃发展。

5 结语

在5G规模建网的大背景下，5G的室内覆盖和分布系统建设确实面临极大的挑战，有限的传播距离和穿墙性决定了其需要大规模部署［4］，而高昂的建设成本已让传统运营商倍感压力。广电行业面对5G新的机遇，充分发挥自身的资源优势，借助5G业务应用的发展不断实现技术创新，大力开展广电5G网络覆盖建设工作，进而推动广电事业得以进一步发展。在技术共融方面，加快与中国移动共建共享协议推进工作，逐步实现统一空口、一体化架构设计，形成通信系统融合其他系统的设计范式，最大程度兼容复用现有5G网络系统、基于标准化终端、最小化5G端到端的改造及家庭室内覆盖建设，降低产业成本。希望运营商之间能够加大共建共享力度，从各个方面进行降本增效，达到优化无线网络资源分配的高效组网覆盖目标。