5G 时代室内分布系统的规划与设计探讨

谌亮书，梁国寿，杨晓春，龚新平

（中国铁塔股份有限公司广西壮族自治区分公司，广西 南宁 530025）

0 引 言

随着互联网的普及，人们在实际生活和工作过程中，对于高速、稳定网络的需求逐渐增加，这也使得5G 网络的建设和研究成为当前网络技术发展的重要方向。相较于4G 网络，5G 网络不仅运行速率较高，而且时延较低，能够满足大连接数要求，为人们提供高清视频、虚拟现实（Virtual Reality，VR）/增强现实（Augmented Reality，AR）等高带宽服务。但在实际运用网络的过程中，受到建筑物的影响，使得室内网络信号遭到严重削弱。因此，加强5G 时代背景下对于室内分布系统的规划与设计研究是十分有必要的。

1 技术背景

5G 移动网络与2G、3G、4G 网络技术相同，属于数字蜂窝网络，是移动通信技术的最新发展成果，相较于4G 网络，具有高速、低时延、大连接等优势特点，而且业务覆盖范围相对更广，能够将人、物以及数据、系统等连接起来，对于物联网以及智能网络的发展有着积极意义和重要作用。相较于传统室内分布系统，5G 室内分布系统在实际规划设计的过程中，需要考虑更多因素，如信号覆盖、容量、干扰等[1]。

室内分布系统的主要功能是改善室内无线通信质量，通过在建筑物内部部署天线和通信设备，可以将无线信号均匀地覆盖在建筑物内部，提高信号强度和通信质量。在实际规划室内分布系统的过程中，需要运用的关键技术包括以下几种：一是信号覆盖与容量设计，主要是根据建筑物的结构和用途，以及用户的通信需求，进行合理的信号覆盖和容量设计，以满足不同区域和不同业务的需求；二是干线放大器与功率分配，其中前者用于补偿传输线路的损耗，提高信号的传输距离，后者则是根据不同区域和不同业务的需求，将信号源的功率分配到不同的天线口，以保证信号的覆盖和容量；三是抗干扰技术，常用的抗干扰技术包括频分复用、时分复用等[2]。

2 5G 时代室内分布系统的规划与设计现状

由于5G 技术具有更高的频谱效率和更大的数据容量，因此对室内分布系统的要求也更高。与传统4G 网络相比，5G 的频谱更高，信号衰减更快，因此需要更多的天线和设备来覆盖室内空间，而且为更好地满足用户要求，5G 技术还引入了新的特性，如Massive MIMO 和波束成形，这也在一定程度上增加了室内分布系统的复杂程度。与此同时，为了简化安装和降低成本，室内分布系统正在朝着集成化和智能化的方向发展。例如，有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）可以集成多个天线和射频模块，实现多频段和多制式的覆盖，并在实际展开系统规划设计的过程中引入人工智能技术，实现对于参数的自动优化和故障诊断，降低了系统出现故障问题的概率。除此之外，随着人们对环保意识的提高，室内分布系统的设计逐渐向着绿色节能发展，实际构建系统的过程中，更倾向于选择低能耗的设备和材料，优化系统的能源效率。最后，还需要充分加强对于系统构建成本的重视，室内分布系统的建设需要大量的投资，包括设备、材料、施工以及人工等多方面的成本，这就需要在实际规划与设计的过程中考虑成本效益，选择合适的设备和技术方案[3]。

3 5G 时代室内分布系统的规划与设计分析

3.1 规划技术方案

在实际展开室内分布系统规划与设计的过程中，应先制定切实可行的规划技术方案，充分明确项目信息、运营商需求，并合理确定覆盖范围，然后展开容量规划等。详细系统规划设计流程如图1 所示。

图1 系统规划设计流程

第一步，项目信息采集。在开始规划5G 时代室内分布系统之前，需要对目标区域进行详细的信息采集，主要采集内容包括建筑物的结构、材料、楼层高度、用途以及现有的通信设施和分布情况。除此之外，还需要充分考虑建筑物内的用户数量、流量需求以及业务类型等，以便为后续容量规划、方案设计提供可靠依据。

第二步，确认运营需求。在此环节中，需要积极与运营商展开沟通交流，明确服务目标和预期效果，主要包括覆盖范围、网络速度、稳定性等。与此同时，运营商还需要考虑到项目预算和投资回报率，确保规划方案的可行性、经济性以及合理性。

第三步，选取确认覆盖区域。在确定覆盖区域的过程中，还需要考虑到建筑物内不同空间的实际功能，确保系统建设效果能够满足实际运用需求，如大厅、会议室、电梯等，通常是信号盲区或弱区。

第四步，容量规划。在实际展开容量规划的过程中需要根据覆盖区域的用户数量、业务类型和流量需求等因素，展开容量计算，合理规划容量规划。常见的计算公式为

式中：E表示场景内话务总量；S表示室内分布系统覆盖的区域面积；N表示覆盖区域内单位面积的用户数量；e表示忙时各用户的话务量。

在此过程中，为最大限度上降低各种因素的干扰和影响，可采用仿真软件展开模拟分析，准确计算建筑内的吞吐量。除此之外，还需要考虑到未来的用户增长和业务变化，容量规划需要有足够的扩展性，降低后续系统维护更新成本以及处理难度。

第五步，设备接入。在充分考虑其性能、成本等因素的基础上，合理选择馈线、信号放大器等设备，以及接入方式，并充分考虑信号的覆盖范围、用户的移动轨迹等因素，合理规划切换点。

第六步，路损分析。路损对于信号质量有着直接影响，在实际展开路损分析的过程中，应着重加强对于建筑物穿透损耗、空间传播损耗等因素的考量，合理优化信号的覆盖和质量，保障网络的稳定性和可靠性。

第七步，系统方案设计。基于以上分析，可以设计出完整的室内分布系统方案，主要包括设备的选型、配置、布局、接入方式、线路设计，同时还需要保障系统的可维护性和可扩展性。

3.2 系统设计要点

3.2.1 无源室内系统

无源室内系统主要由功分器、耦合器等无源器件组成，室内分布信号主要来源于基站，然后借助功分器实现信号的合理分配，并通过馈线将信号传输到室内收发天线。该系统的主要优势在于可靠性较高，而且后续维护成本低，使用寿命长。但同时无源系统也存在灵活性偏低、系统升级和扩展困难的问题[4]。在5G 时代，由于频段较高、信号衰减较快，无源系统可能无法满足一些复杂场景的信号覆盖需求，因此在实际运用的过程中，可根据信号衰减情况，设置干线放大器，更好地满足室内网络需求。

3.2.2 有源室内系统

有源室内系统主要由基带处理单元（Building Base band Unit，BBU）、射频拉远单元（Radio Remote Unit，RRU）、通用公共无线接口（Common Public Radio Interface，CPRI）等构成。与无源系统相比，有源系统的信号增益高、覆盖能力强，而且更加灵活，可以根据建筑内部实际需求，快速进行部署和调整。与此同时，有源系统的维护成本相对较高，且需要定期进行设备的检查和更新。以机场航站楼为例，在采用有源分布设计形式时，需要充分根据不同区域的特点，合理进行系统设计，其详细的分布设计情况如表1 所示。

表1 某航站楼有源室内系统的分布设计

3.2.3 无线综合分布系统

无线综合分布系统就是将无源系统和有源系统进行有机融合，充分结合了二者的优点，既扩大了信号的覆盖范围，也保障了信号的质量。在实际展开设计的过程中，可根据不同场景和需求，选择合适的设备和技术手段。同时，在展开无线综合分布系统的设计时，还需要综合考虑多种因素，如信号质量、覆盖范围、设备成本等，更好地满足5G 时代室内分布的需求。在确定覆盖区的环节中，根据相关标准要求，天线的有效全向辐射功率（Effective Isotropic Radiated Power，EIRP）应不超过20 dBm，并进行复合场强计算，确保其在10 μW/cm3以内，并且人与天线之间的垂直距离应至少为30 cm。

3.3 方案优化策略

由于室内环境复杂多变，建筑物结构、建筑材料等对5G 信号的传播都有较大影响，因此在实际规划设计室内分布系统的过程中，还应加强对于方案优化的重视，保障系统运行的有效性、稳定性以及可扩展性。实际优化过程中，应着重加强对于以下几个方面的重视：第一，为更好地支持5G 频段，满足5G信号的传输需求，应选用具有高速数据处理能力的设备；第二，除了将传统宏基站作为信号源外，还可以考虑使用微基站、小型化基站等作为补充信号源，以实现室内外协同覆盖，更好地满足室内复杂环境的信号覆盖需求；第三，利用多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术提高信号传输效率和数据，实现信号的并行传输和空间复用，从而提高网络容量[5]。

4 结 论

5G 时代室内分布系统的规划与设计应着重加强对于规划方案、系统形式设计以及系统优化方面的重视，充分结合建筑实际情况、结构特点以及通信需求，按照明确需求、覆盖规划、路损分析等流程展开方案设计，并根据实际情况采用无源室内系统、有源室内系统或者无线综合分布系统，通过合理选择设备、补充信号源，运用MIMO 技术等方式，实现系统规划设计方案的合理优化，保障室内5G 信号质量。