面向融合的5G 室内覆盖技术方案研究

［何祥贤］

1 概述

5G 采用新无线技术、大规模天线技术、全频谱接入、无线网新架构等多种关键技术[1]，与传统移动通信网络相比，5G 网络在接入带宽、网络容量、联接密度、网络时延、能源效率、频谱效率、可靠性等方面具有无可比拟的优势[2]。随着5G 大规模建网的开展，5G 网络已初具规模，无线网络流量特别是5G 流量主要发生在室内，5G 网络室内分布系统建设也已全面开展。在2G/3G/4G 时期，已建设了大量的传统无源室内分布系统，充分利旧现网这些无源室内分布系统资源，开展5G 室内分布系统的建设，可以大为降低物业协调、施工等难度，盘活现网资源，快速、低成本地推动5G 网络建设。在国家提倡网络建设共建共享、优化资源利用的大背景下，5G 网络特别是室内分布系统的共建共享是5G 室分网络建设的主流和方向。传统无源室内分布系统采用的器件通常只支持800～2 700 MHz频段，而5G 全频谱接入涉及频率范围广，如中国移动5G室内频段为2.6 GHz、中国电信5G 室内频段为3.4 GHz、中国联通5G 室内频段为3.5 GHz、中国广电5G 室内频段为3.3 GHz 等，现网无源器件频段难以全面支持，给利旧原2G/3G/4G 无源室分系统资源开展5G 室分的共建共享带来困难。充分利旧原2G/3G/4G 无源室内分布系统资源实现低成本高效的5G 网络覆盖效果，是5G 室内覆盖面临的共同难题，已成为各5G 网络运营商研究的重要课题。

2 现有5G 室内覆盖方案及面临挑战

根据原2G/3G/4G 室分系统的无源器件支持频段，中国移动的5G 2.6 GHz 频段可以利旧原2G/3G/4G 无源室内分布系统，中国电信、联通的5G室分频段则无法直接馈入。在工业和信息化部同意了中国电信和中国联通的2.1 GHz频段重耕为5G 频段后，利旧原2G/3G/4G 无源分布系统开展5G 网络的多运营商共建共享成为了现实，但频率重耕后的带宽受限。

在2G/3G 时代，传统无源室内分布系统均为单流场景，随着4G 的到来，才逐步出现双流场景。总体上，传统无源室内分布系统大部分为单流场景，据统计占比在70%以上。为此，通过采用简单合路的方式将5G 信号直接馈入原2G/3G/4G 无源室分系统的方式，则只能提供单流的5G 信号，网络速率大为降低，影响用户体验感知效果，无法发挥5G 优势。

为了发挥5G 技术优势，提升5G 室分覆盖效果，实现5G MIMO 功能，通常在原单流系统的基础上新建一路无源室分系统，构建双流分布系统。但新增一路无源分布系统的建设方案存在物业协调困难、入户困难、施工困难等挑战，实施受限[3]。

随着有源室分系统的推广应用，面向ARPU 值较高的应用场景，需要高性能、大容量网络覆盖，采用新建5G 有源数字分布系统，解决传统无源室内分布系统馈线部署困难、不支持MIMO等问题。该方案下，各运营商需要独立布放各自的5G 数字光纤分布系统，无法实现共建共享，同时，在一个区域存在多套室分系统的情况，且整体造价较高。

在共建共享模式下，现有5G 室内覆盖方案存在诸多问题与挑战。

3 面向融合的5G 室内覆盖技术方案

5G 室分系统的共建共享可避免重复打扰、重复建设、降低建设成本、解决入户困难等问题，充分利用现网无源室内分布系统资源，有利于5G 室内分布系统的快速建设，降本增效，推动5G 网络的深度覆盖[4]。运营商的多系统多制式共存，特别是5G 网络频段的范围广，原2G/3G/4G无源分布系统器件频段无法支持，需要根据场景特点及现网资源情况，采用针对性的5G 室内覆盖技术方案。

3.1 5G 移频覆盖技术方案

基于传统2G/3G/4G 无源室内分布系统大部分为单流场景原因，且中国电信3.4 GHz、中国联通3.5GHz 和中国广电3.3 GHz 的5G 室分频段较高，原2G/3G/4G 室分无源器件频段不支持等背景，5G 室内移频覆盖技术方案应运而生。5G 室内移频覆盖技术方案系统主要由移频近端单元和移频远端单元构成，其中，移频近端单元主要负责将5G 射频信号进行下变频至移频信号1.3 GHz 等中频信号，适于传统无源室内分布系统传输的频率；移频远端单元则主要负责将经无源室内分布系统传输过来的移频信号还原成5G 射频信号，并通过远端单元自带的天线或外接天线完成区域信号覆盖。同时，移频远端单元将接收到施主信号进行变频处理后通过原2G/3G/4G 无源室内分布系统传送至移频近端单元；移频远端单元供电方式主要包括通过现有馈线馈直流远供电、现场取电和POE 集中远供电等方式。5G 室内移频覆盖技术方案系统架构如图1所示。

图1 5G 室内移频覆盖技术方案系统架构图

通过5G 室内移频覆盖技术方案应用，采用简单现场改造，包括将原2G/3G/4G 无源天线更换成移频远端单元等，即可充分利旧原无源室内分布系统实现5G MIMO功能。通过移频和远端单元，可以解决5G 中高频信号2.6 GHz、3.5 GHz 在馈线中传输损耗过大的问题，与2G/3G/4G 等中低频信号900 MHz、1 800 MHz、2.1 GHz等实现均衡覆盖，提升5G 网络质量和容量，节省投资，同时还可保护原2G/3G/4G 无源室分系统的投资。5G 移频室内覆盖技术的实现，对现场天线的改造，需要物业协调。此外，天线一般散落在天花板内，需要重新天花调整和给远端单元供电等，带来较大工作量和施工困难，限制了其使用。该方案适用于改造便利、物业协调简单的一些业务热点区域场景。

3.2 局部增速覆盖技术方案

5G 室内移频覆盖技术方案需要对原2G/3G/4G 无源室分系统进行改造，使用受限，局部增速室内覆盖技术方案则可有效解决这些问题。局部增速室内覆盖技术方案是在原2G/3G/4G 无源室内分布系统的基础上，针对室内某一局部业务需求热点新增5G 增速装置，如高ARPU 值区域，与原2G/3G/4G 无源室分天线协同，共同实现5G MIMO 功能，体现5G 高性能优势。5G 增速装置包括近端单元和远端单元，近端单元主要负责将5G 射频信号进行变频至适合在原2G/3G/4G 无源室内分布系统中传输的频率射频信号，并进行覆盖；远端单元则主要负责无线接收变频后的射频信号，经过处理还原成5G 射频信号，并通过远端单元自带的天线或外接天线完成5G 信号覆盖，同时，远端单元将接收到施主信号进行变频处理后通过原2G/3G/4G 无源室内分布系统传送至近端单元；远端单元供电方式主要包括通过现场取电或POE 远供电等方式。5G 局部增速室内覆盖技术方案系统架构如图2 所示。

图2 5G 局部增速室内覆盖技术方案系统架构图

该方案设计、实施简单，只需在5G 信源部分进行简单信号耦合和合路改造，无需对原2G/3G/4G 无源室内分布系统做调整，即插即用，安装便捷，部署灵活，物业协调工作量小。通过5G 局部增速室内覆盖技术方案实施，可快速实现局部/全部区域的5G MIMO 功能,实现差异化服务，投资少，投资可控，见效快，同时还可保护原2G/3G/4G 无源室分系统的投资；相对于新建一路传统室分或采用数字室分覆盖方案等，具有较大的成本优势。5G局部增速室内覆盖技术也存在一定的局限性，如需要一定的物业协调工作、覆盖区域现场需要有远端单元的安装位置、远端单元的供电问题等。

5G 局部增速室内覆盖技术方案的主要应用场景包括政府机关的办公室、会议室，写字楼的办公区、会议室，高校的办公楼、教学楼，酒店的大堂、会议室，工厂的办公区，餐饮娱乐场所、医院等。

3.3 错层覆盖技术方案

5G 室内错层覆盖技术方案主要是充分利旧现场无源室分布系统，针对楼层的平层采用奇偶楼层错层信号覆盖，通过楼层间信号泄露方式，多通道联合收发技术优化算法，室分信源按需配置为2T2R 或4T4R，实现传统无源室分单路双流或双路四流的目的，取得5G MIMO 的室内分布覆盖效果。5G 室内错层单路双流覆盖技术方案系统原理框图如图3 所示。

图3 5G 室内错层单路双流覆盖技术方案系统框图

错层覆盖技术无需对楼层平层无源分布系统进行调整，仅需对无源室分系统的主干部分进行信源分配改造，施工简单，建设改造成本低，可快速提升5G 室分容量，提升5G 用户体验。错层覆盖技术方案主干部分改造可根据楼层容量及覆盖质量需求，选择功分器或耦合器进行改造。错层覆盖技术的实现除对楼层的信号强度有要求外，对楼层的建筑结构要求也较高，若楼层结构对信号的衰减过大，容易导致主楼层与泄露层间的信号功率不平衡，难以实现MIMO 功能。该方案主要应用在一些垂直方向结构均匀分布的楼宇，如学生宿舍、员工宿舍等。

3.4 技术方案对比分析

基于原2G/3G/4G 无源室内分布系统融合的5G 室内覆盖技术方案特点各异，适用于对5G MIMO 能力有不同需求的业务场景，现分别从建设、投资、覆盖效果等不同维度对各室内覆盖技术方案进行性能特点对比分析，以供参考选择。室内覆盖技术方案性能特点对比分析如表1 所示。

表1 室内覆盖技术方案性能特点对比分析表

4 结语

5G 网络关键技术实现万物互联，为各行各业创造新生态，AR/VR、4K/8K 超高清视频、云游戏、远程医疗、智慧工厂、智慧园区等典型应用场景，需要发挥5G 网络大带宽、高速率、低时延等特性，对5G 网络室内覆盖、质量和容量等提出更高要求[5]。5G 移频覆盖技术方案、5G 错层覆盖技术方案、5G 局部增速覆盖技术方案等新型室内覆盖技术方案可充分利旧原2G/3G/4G 无源室内分布系统资源，实现5G MIMO 室分系统，提升5G 室内覆盖效果，助力用户5G 体验的提升，满足高速率、大连接、大容量的不同场景需求。5G 室内覆盖技术方案的应用，可根据业务场景需求，结合覆盖区域无线环境的复杂程度、建设难易程度等，采用一种或多种覆盖技术方案，进行统一规划与设计，多系统、多方案融合，实现5G 室内分布系统的低成本、高效和精准覆盖。