室内5G网络分场景建设方案分析

2023-04-05汪洁云

智能建筑与智慧城市 2023年2期

汪洁云

（中国移动通信集团上海有限公司）

1 引言

随着5G网络建设的不断提速，我国的5G网络进入大规模部署和应用阶段，根据相关统计表明，在5G时代，超过80%的数据流量将发生在室内，如何解决室内盲点、热点区域的覆盖和容量问题成为关键所在，必须不断完善建设方案，采用合适的信号源和信号分布系统，通过5G网络的深度覆盖，推动各行各业改革升级。

2 室内5G网络应用场景划分

截止2022年7月，我国已经建成开通的5G基站约为200万个，虽然室外5G信号稳定，但是室内信号深度覆盖能力不足。由于室内环境比较复杂，不同建筑结构对信号的屏蔽和吸收作用不同，容易出现不同程度的传输衰耗，而且不同场所对网络容量的需求不同，需要通过不同技术手段，满足网络信号覆盖的多元化需求。室内5G网络分场景建设方案的制定首先要明确场所划分标准，根据以往经验总结，结合5G信号传递特点，室内5G网络覆盖典型场景可以从结构形式和业务量进行划分，比如，按照楼层开间大小，分为大型空旷结构、隔断稀疏空旷、大开间、小开间等，按照业务量大小划分为低业务量、普通业务量、高业务量等，以学校建筑为例，宿舍属于高业务量小开间场景，图书馆属于普通业务量大开间场景，大礼堂属于普通业务量隔断稀疏空旷场景，体育馆属于普通业务的大型空旷场景。一般情况下，建筑隔断越密集的场景，单个信源覆盖面积越小，传播半径越小，反之，如果隔断越少，在比较空旷的场景，单个信源覆盖面积越大，传播半径越大。所以，需在明确室内5G网络应用场景分类的基础上，开展具体的建设方案研究[1]。

3 室内5G网络分场景建设方案分析

3.1 选择合适的信号源

室内分布系统可有效改善建筑物内移动通信环境，利用各种室内天线，可将移动通信基站的信号均匀地分布在室内各个角落，提高室内信号覆盖水平，其主要包括施主信源和信号分布系统两部分组成。其中，施主信源可以有效分担网络压力，调整网络资源配置，达到网络最优化，主要包括基站、基站拉远设备、无线或有线中继设备等，根据设备的不同，可以分为宏基站信源、微基站信源、皮基站信源、分布式基站信源、直放站信源等。以宏基站作为信号源，具有容量大、覆盖广、信号好、易扩容、端口多等优点，但是建设成本较高，建设周期长，对环境要求较高，很难通过密集部署宏基站解决室内和热点区域信号覆盖和容量问题。以微基站、皮基站为代表的小基站是解决室内信号覆盖深度不足的关键所在。微基站是室内覆盖区域独立承载提供业务量的有效方式，设备安装简单，皮基站体积小，但更加灵活，具有重量轻、成本低、性能高、易部署、功耗低、支持多种回传组网方式等优点，覆盖范围为20m～50m，尤其适用于室内公共场所，比如购物中心、展览馆、车站等，实现弱信号和盲区内的定点深度覆盖，满足数据流量传输需求。各大运营商纷纷加大了小基站集采力度，更加专注于聚焦细分场景的信号覆盖与网络建设，通过宏基站加小基站的多元化模式，有利于构建成本更低、覆盖更强的组网方式，解决不同业务量需求场景分布问题。分布式基站把传统宏基站设备划分成两个功能模块，即基带单元和射频单元，然后通过光纤将二者连接形成新的网络覆盖解决方案，有效提高了站址资源的利用率和基站的覆盖能力，而且便于施工，降低了建设和维护成本。采用直放站作为信号源，不需要传输设备和基站设备，主要通过中继接力方式将室外宏基站信号引入到室内覆盖盲区。

3.2 信号分布系统类型

信号分布系统是根据网络传输制式和频段结合不同建筑物损耗及场景选取不同的覆盖分布方式，常见的有有源分布系统、无源分布系统、光纤分布系统、泄漏电缆分布系统、混合分布系统等。现阶段，室内5G网络信号分布系统主要采用5G有源室分的方式，比如在宿舍、办公室、门诊部等高流量场景，而在一些流量低的场景可以采用5G有源室分加无源天线的覆盖方式加以解决，这种覆盖方案能够有效降低建设成本。有源分布系统主要包括放大器、功分器、耦合器、滤波器、合路器等器件以及馈线、天线等部分，放大器可以补偿传输过程中的信号损耗，如果一级放大器不能满足覆盖要求，那么可以采用多级放大器级联延伸信号覆盖。在采用5G有源室分方案时，需要首先明确目标区域4G覆盖情况，设计合适的5G覆盖方案，如果该场景已有4G有源室分设备，而且符合安装条件，可以新增5G单模有源室分设备，如果采用替换方案，可以先同点位部署4G/5G双模有源室分设备，然后在设备顺利开通后再对原有4G有源室分设备进行拆除，这样可以有效降低工程建设影响程度。无源室内分布系统主要包括功分器、耦合器、合路器等无源器件以及电缆、天线等部分，主要通过无源器件实现信号的分路传输，在5G室内网络分场景建设时，该系统存在诸多劣势，应用范围比较有限，现有的无源分布式系统并不支持5G中的2.6GHz和4.9GHz频段，系统改造难度较大，而且成本较高，无法满足可管可控要求，如果出现故障，需要采取人工排查的方式加以解决，增加了维护成本。除了有源和无源信号分布系统，光纤室内分布系统采用了全光纤分布的方式，直接将信号传输到天线上，大大增加了建设成本，混合式分布系统能够有效结合不同系统类型的特点，有利于实现室内多制式多系统的重叠覆盖[2]。

3.3 网络覆盖能力分析

与4G基本相同，影响5G链路预算的因素包括确定性因素和不确定性因素，其中，确定性因素有输出功率、噪声系数、天线增益、人体损耗、穿透损耗、解调门限等，不确定性因素有干扰余量、慢衰落余量等，根据这些影响因素，计算路径损耗，采用合适的传播模型，进行覆盖能力分析，按照不同材质在2.6GHz和4.9GHz的穿透损耗情况，分别计算5G和4G有源设备单个远端单元在穿透不同介质时的覆盖能力。通过计算结果比对发现，在开阔环境下，二者的室分设备覆盖能力基本相同，在复杂多隔断环境下，5G有源设备覆盖能力略低于4G有源设备，但基本能满足与4G有源室分设备同点位部署的要求[3]。

3.4 分场景设计要点

3.4.1 写字楼设计要点

写字楼中的会议室、大厅、开放式办公区结构简单，开间较大，这种类似场景一般将远端单元放在中央位置，按照20m左右考虑设备间距，如果是小型会议室场景，可以在走廊区域安装设备，并根据办公区域尺寸判断是否在室内也安装远端单元，对于隔断式办公区、套间、走廊等障碍较多的场景，如果写字间纵深不超过10m，那么在门口走廊安装天线就可以解决室内信号覆盖问题，如果房间复杂间壁墙多或者纵深大于15m，那么就要根据墙体阻隔效应的大小，在室内考虑远端单元的设置[4]。

3.4.2 酒店宾馆设计要点

在酒店宾馆内，普通客房的面积通常比较小，而且在走廊两侧对称分布，因此可以在中间走廊区域安装远端单元，覆盖半径能够达到7m～10m，每边可以覆盖2个～3个房间。对于豪华客房，面积通常比较大，而且内部存在较多间隔墙，许多墙面装有隔音材料，大大增加了穿透损耗，这时就需要在室内安装，但要尽可能靠近走廊，能够有效覆盖走廊区域。在酒店大堂，应该着重考虑前台区域及商务中心等人流量比较密集的地方，根据远端单元输出功率，合理设置安装间距，当大堂四周有较大玻璃墙时，还应该考虑信号外泄控制。

3.4.3 会展中心设计要点

在会展中心进行室内分布设计时，可以在出入口大厅位置安装PRRU，作为一种有源皮基站设备，它是一种小型化、低功耗、低功率的室内覆盖射频单元，通常情况下，出入口大厅空旷无遮挡，大多为玻璃幕墙结构，为了防止信号外泄，可以在尽可能远离出入口的位置安装PRRU，而且这个区域的潮汐效应比较明显，需要充分结合容量分析进行规划设计。会展中心走廊比较狭长，考虑到隧道效应，将远端单元布放间距控制在30m左右，在转角、拐角等连接区域优先考虑。会展中心展厅层高较高时，可以在展厅合适位置安装PRRU，一般装在马道或四周墙壁上，展位之间的隔断穿透损耗应该处于石膏墙和玻璃墙之间，同样由于潮汐效应的影响，在规划设计时要充分考虑容量，远端单元布放间距控制在40m左右，如有必要，可以采用窄波束天线控制覆盖范围，这样可以有效减少多区域信号干扰，会展中心的办公区同样可以在走廊安装PRRU加以解决，如果办公室纵深大于15m，那么就要是考虑是否入室覆盖。

3.4.4 机场设计要点

在值机大厅，如果层高超过24m，就需要在侧面进行安装覆盖，如果层高在24m之内，可以采用挂顶覆盖的方式，远端的布放间距通常控制在40m左右，同时要优先考虑贴近功能性房间，选择外接高增益窄波束天线，可以有效控制覆盖范围。安检口的设计应该结合候机厅整体考虑，由于该位置用户停留较多，值机大厅和候机厅的切换区不能设置在安检等待区，候机厅的设计应该分两部分考虑，在商铺区，远端布放间距控制在20m左右，在登机口附近，远端布放间距按照30m左右考虑。VIP休息室的设计应该结合物业需求作为重点覆盖场景单独设计，选择合适的设备安装方式和位置。在行李区，根据设备输出功率的不同，远端单元布放可按40m左右考虑，如果空间立柱较多，那么远端单元不能完全平行，需要交错设置，防止出现覆盖死角，采用挂墙或吸顶两种方式安装远端单元，如有必要，可以通过外接高增益窄波束天线控制覆盖范围。

3.4.5 医院设计要点

医院的5G网络室内分布设计主要针对门诊部、大厅、普通病房、VIP病房等几个区域进行研究，在一楼大厅空旷区域，可以采用吸顶安装远端单元的方式进行信号覆盖。如果人流量较大，那么可以适当缩小覆盖半径，控制布放间距，如果在门诊部中央区域采用了中空式设计，设置了分区覆盖，那么各楼层靠近中空区域的远端单元要严格控制距离，防止其他楼层信号外泄到一楼。在药房、收费、挂号等房间附近，应该着重考虑是否存在休息室、库房等小房间，如有必要，需要在这些区域适当缩减远端单元覆盖半径。