吳俊卿

【摘? 要】首先對(duì)5G深度覆蓋面臨的問(wèn)題進(jìn)行分析與總結(jié);其次對(duì)5G深度覆蓋解決方案進(jìn)行研究;隨后針對(duì)每一種解決方案給出部署策略和應(yīng)用指導(dǎo);最后對(duì)本文所述解決方案進(jìn)行總結(jié)和對(duì)比。

【關(guān)鍵詞】深度覆蓋;3D-MIMO;微小基站;數(shù)字化室分;傳統(tǒng)DAS

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.53

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1006-1010（2019）04-0057-06

[Abstract]?Firstly， the problems faced by 5G depth coverage are analyzed and summarized. Secondly， the solution to 5G depth coverage is studied. Then， the deployment strategy and application guidance are given for each solution. Finally， the solutions described in this paper are summarized and compared.

[Key words]depth coverage; 3D-MIMO; micro/femto device; digital indoor distribution system; traditional DAS

1? ?引言

人們對(duì)移動(dòng)通信的需求隨著社會(huì)的發(fā)展不斷提高，以解決三大場(chǎng)景（eMBB、uRLLC、mMTC）為主要目標(biāo)的5G移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。深度覆蓋作為5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要組成部分一直備受業(yè)界關(guān)注。本文對(duì)5G深度覆蓋進(jìn)行研究與分析，旨在對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供幫助和參考。

2? ?5G深度覆蓋面臨的典型場(chǎng)景和主要問(wèn)題

2.1 5G深度覆蓋面臨的典型場(chǎng)景

5G深度覆蓋面臨的典型場(chǎng)景包括：密集城市環(huán)境、城中村建筑物及其道路、高層住宅樓宇、具有廣度與深度的大型樓宇、熱點(diǎn)區(qū)域、工廠與隧道。影響5G深度覆蓋的問(wèn)題主要包括：頻率問(wèn)題、MIMO問(wèn)題、大帶寬問(wèn)題和傳統(tǒng)DAS問(wèn)題。不同場(chǎng)景下，5G深度覆蓋需要關(guān)注的問(wèn)題有較大差別，二者的關(guān)系如表1所示。

（1）頻率問(wèn)題

3GPP R15 TS 38.101明確指出：5G通信系統(tǒng)包含兩個(gè)頻率范圍，即Sub 6 GHz（FR1）和毫米波（Millimeter Wave， FR2），如表2所示：

2017年11月，工信部印發(fā)文件確定5G通信系統(tǒng)使用的頻段：3 300 MHz—3 600 MHz和4 800 MHz—5 000 MHz。其中，3 300 MHz—3 400 MHz原則上用作室內(nèi)分布系統(tǒng)。由此可見(jiàn)，5G通信系統(tǒng)的電磁波傳播損耗和4G相比有提高。隨著毫米波頻段在5G中的使用，對(duì)于非視距傳輸，電磁波的傳播損耗會(huì)更大?；?GPP TS 38.901提供的InH office_NLOS_Model模型，對(duì)比TD-LTE與5G空口鏈路損耗預(yù)算，發(fā)現(xiàn)3.5 GHz（5G）較之于3 GHz（TD-LTE）大約增大8 dB。對(duì)比3.5 GHz（5G）與2.6 GHz（TD-LTE band38）的穿透損耗大約增大3 dB，如圖1所示。對(duì)比3.5 GHz（5G）與2.6 GHz（TD-LTE band38）的室內(nèi)傳播損耗大約增大4 dB，如表3所示：

（2）MIMO問(wèn)題

Massive MIMO是5G通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，其對(duì)于頻譜效率與網(wǎng)絡(luò)容量的提升有著顯著的效果。一方面，Massive MIMO與高頻段結(jié)合有利于系統(tǒng)獲取陣列增益，增強(qiáng)覆蓋;另一方面，Massive MIMO需要的天線數(shù)量由LTE的8根擴(kuò)展到128根/192根（通道數(shù)量由8通道擴(kuò)展到64通道）。深度覆蓋時(shí)如何構(gòu)建多個(gè)天線（通道）以發(fā)揮Massive MIMO的性能是需要思考的問(wèn)題。是否需要在系統(tǒng)性能和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)之間謀求折中也成為5G通信系統(tǒng)深度覆蓋需要著重考慮的問(wèn)題。

（3）大帶寬問(wèn)題

5G系統(tǒng)支持靈活的帶寬配置，3GPP R15 TS 38.101中明確規(guī)定：FR1支持的帶寬為5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz、25 MHz、30 MHz、40 MHz、50 MHz、60 MHz、80 MHz、100 MHz;FR2支持的帶寬為50 MHz、100 MHz、200 MHz、400 MHz。帶寬的增大對(duì)于系統(tǒng)速率和容量提升有著顯著的效果，但是對(duì)于設(shè)備和器件也提出了極大的挑戰(zhàn)。例如：無(wú)源器件和有源設(shè)備的帶內(nèi)波動(dòng)隨著帶寬的增加，控制難度將直線上升;功放增益的抖動(dòng)隨著帶寬的增加也將加劇;大帶寬場(chǎng)景下，無(wú)源器件的雜散指標(biāo)將惡化;其他問(wèn)題。上述問(wèn)題必然會(huì)影響5G系統(tǒng)深度覆蓋性能，解決上述問(wèn)題可能會(huì)增加設(shè)備和器件的成本。

（4）傳統(tǒng)DAS問(wèn)題

傳統(tǒng)2G/3G/4G DAS（Distributed Antenna System，分布式天線系統(tǒng)）支持5G系統(tǒng)困難，具體包括：傳統(tǒng)DAS無(wú)源器件/天線的工作頻段是800 MHz—3 000 MHz;傳統(tǒng)DAS多系統(tǒng)合路時(shí)，系統(tǒng)間頻率差異過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致同點(diǎn)位高低頻之間傳輸損耗的差異過(guò)大;傳統(tǒng)DAS支持MIMO的能力隨著天線數(shù)量的增加愈發(fā)困難，具體如圖2所示：

3? ?5G通信系統(tǒng)深度覆蓋解決方案及其部署

3.1? 3D MIMO解決方案及其部署

（1）3D MIMO解決方案

3D MIMO解決方案：室外建站解決室內(nèi)深度覆蓋，利用宏站集中解決不同樓宇內(nèi)信號(hào)深度覆蓋問(wèn)題。3D MIMO技術(shù)是Massive MIMO的一個(gè)特殊應(yīng)用，在傳統(tǒng)水平面波束覆蓋的基礎(chǔ)上增加了垂直面的波束覆蓋能力，實(shí)現(xiàn)立體深度覆蓋?；?D MIMO技術(shù)，5G小區(qū)可以分裂出指向不同樓層位置的波瓣，波瓣能量更加集中，從而實(shí)現(xiàn)在密集城市環(huán)境中對(duì)不同樓層的室內(nèi)深度覆蓋。

（2）3D MIMO方案部署

4G基站的部署方式（BBU+RRU+天線）不適合3D MIMO技術(shù)（基于Massive MIMO實(shí)現(xiàn)）使用，其原因?yàn)椋?D MIMO技術(shù)導(dǎo)致天線與RRU設(shè)備之間饋線連接較多;3D MIMO技術(shù)需要較多的通道數(shù)，導(dǎo)致BBU與RRU之間CPRI接口速率高達(dá)200 Gb/s（64通道，100 MHz組網(wǎng)）。當(dāng)前，采用BBU+AAU部署方案實(shí)現(xiàn)3D MIMO技術(shù)，其重點(diǎn)為：將RRU與天線集成;使用CPRI接口壓縮技術(shù)應(yīng)對(duì)CPRI接口速率高的弊端;降低傅里葉變換采樣頻率以降低CPRI接口速率。3D MIMO部署方式如圖3所示，該方案特點(diǎn)如下：支持水平與垂直維度賦形，實(shí)現(xiàn)立體覆蓋，其中上行最大支持8流，下行最大支持16流;最大支持3個(gè)20 MHz載波;需要配置4個(gè)25Gb/s SFP+光模塊;AAU采用128天線陣列，64通道實(shí)現(xiàn);AAU設(shè)備支持抱桿、掛墻安裝。

3.2? 微小基站解決方案及其部署

（1）微小基站解決方案

微小基站解決方案可以有效解決深度覆蓋問(wèn)題。其設(shè)備特點(diǎn)表現(xiàn)為：高集成、小體積、低重量、易施工、強(qiáng)隱蔽性以及較好的可維護(hù)性。常見(jiàn)的微小基站包括：一體化微站（將BBU&RRU&天線集成為一體）、PAD微站（將RRU&天線集成為一體）、Femto微站（將網(wǎng)關(guān)與基站設(shè)備融合為一體）和relay中繼微站（依托無(wú)線完成信號(hào)回傳）。不同類(lèi)型的微小基站構(gòu)成了不同的5G深度覆蓋解決方案，具體如下所示：

1）對(duì)于城中村建筑物及其道路，采用一體化微站（考慮覆蓋和容量）或PAD基站（考慮覆蓋）構(gòu)建解決方案。通過(guò)在路燈桿、信號(hào)桿、墻體等固定物體上布放一體化微站或PAD微站，解決5G城中村建筑物及其道路的深度覆蓋問(wèn)題。

2）對(duì)于室內(nèi)用戶(hù)，采用Femto微站構(gòu)建解決方案。通過(guò)在用戶(hù)家中部署Femto微站，將5G信號(hào)引入用戶(hù)家中，解決室內(nèi)深度覆蓋問(wèn)題。

3）對(duì)于有線傳輸受限的場(chǎng)景，采用relay中繼微站構(gòu)建解決方案。通過(guò)在合適的地點(diǎn)部署relay中繼微站，中繼覆蓋區(qū)域與信源基站之間的信號(hào)傳遞，解決相應(yīng)覆蓋區(qū)域的深度覆蓋問(wèn)題。

（2）微小基站方案部署

以一體化微站和Femto微站為例，對(duì)微小基站方案部署進(jìn)行舉例，具體如下所示：

1）Femto微站部署方案

以NSA方式進(jìn)行Femto微站方案部署，如圖4所示：

方案應(yīng)用場(chǎng)景：熱點(diǎn)小區(qū)域、家庭用戶(hù)，但不適用大型樓宇和密集城區(qū)深度覆蓋。

2）一體化微站部署方案

在電源與傳輸具備的條件下，一體化微站可以直接部署，如圖5所示。本方案可以基于SA/NSA場(chǎng)景部署，設(shè)備掛置于路燈桿上，天線隱藏于設(shè)備前面板。

方案應(yīng)用場(chǎng)景：密集城區(qū)覆蓋、街道覆蓋、熱點(diǎn)補(bǔ)盲;不適用于大型樓宇覆蓋和高容量、大話(huà)務(wù)區(qū)域覆蓋。

3.3? 數(shù)字化室分解決方案及其部署

（1）數(shù)字化室分解決方案

數(shù)字化室分解決方案可以有效解決深度覆蓋問(wèn)題，是5G室內(nèi)深度覆蓋的主流方案。數(shù)字化室分結(jié)合了FTTH技術(shù)和移動(dòng)通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，其實(shí)現(xiàn)原理如圖6所示：

信號(hào)從BBU到pRRU使用光纖和網(wǎng)線完成傳輸;pRRU最大集成4天線;BBU與pRRU之間的信號(hào)為基帶信號(hào);基帶信號(hào)在pRRU轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)，由pRRU集成的天線發(fā)出;pRRU可以部署到用戶(hù)側(cè)，拉近用戶(hù)與微站設(shè)備之間的距離;系統(tǒng)設(shè)備具備極強(qiáng)的隱蔽性和部署靈活性。隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的深入，BBU、HUB、pRRU均可靈活獨(dú)立進(jìn)行擴(kuò)容、升級(jí)或更換;使用的光纖和網(wǎng)線具備極強(qiáng)的通用性，設(shè)備具備較強(qiáng)的可維護(hù)性和可管理性，建網(wǎng)和維護(hù)成本較低。

（2）數(shù)字化室分方案部署

數(shù)字化室分方案在4G時(shí)期已經(jīng)得到成熟使用，涉及的設(shè)備與配套已經(jīng)十分成熟。其中，pRRU可以很好地融入覆蓋環(huán)境，其所需的線纜（光纖、網(wǎng)線）可以提前預(yù)埋。具體部署如圖7所示。

方案應(yīng)用場(chǎng)景：大型樓宇、寫(xiě)字樓、CBD、商場(chǎng)等，前期建議部署2T2R pRRU;高密度區(qū)域，大型場(chǎng)館、交通樞紐、大型醫(yī)院、校園，建議直接部署4T4R pRRU;熱點(diǎn)區(qū)域擴(kuò)容可以使用本方案;本方案不適合密集城區(qū)覆蓋、室外深度覆蓋以及普通居民樓宇覆蓋。

3.4? 傳統(tǒng)DAS解決方案及其部署

（1）傳統(tǒng)DAS解決方案

傳統(tǒng)DAS解決方案最大的特點(diǎn)是成本低廉和原理簡(jiǎn)單，其由有源設(shè)備+無(wú)源器件構(gòu)成。無(wú)源器件包括：耦合器、功分器、衰減器、合路器、濾波器、負(fù)載等。傳統(tǒng)DAS技術(shù)在5G中使用需要解決頻率升高和帶寬增大的問(wèn)題。傳統(tǒng)DAS技術(shù)也在發(fā)展和演進(jìn)，其中一個(gè)發(fā)展方向稱(chēng)之為MDAS技術(shù)，其中M表示多系統(tǒng)。MDAS的實(shí)現(xiàn)原理如圖8所示：

MDAS包括MU（Main Unit，主單元）、EU（Extend Unit，擴(kuò)展單元）和RU（Radio Unit，射頻單元）。系統(tǒng)工作流程為：多系統(tǒng)信號(hào)由MU饋入并轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)至EU;EU對(duì)光信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展（分配），通過(guò)光纖/網(wǎng)線連接至RU;RU將信號(hào)還原并加以區(qū)分，射頻處理之后，將不同移動(dòng)通信系統(tǒng)的信號(hào)發(fā)射出來(lái)。

MDAS傳統(tǒng)解決方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，鏈路預(yù)算容易，部署速度快，可以實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)合部署。缺點(diǎn)是不具備容量提升能力，容易抬升信源設(shè)備底噪，系統(tǒng)間相互影響明顯，擴(kuò)容會(huì)引起用戶(hù)接收信號(hào)強(qiáng)度下降等問(wèn)題。

（2）傳統(tǒng)DAS方案部署

傳統(tǒng)DAS方案不建議作為5G深度覆蓋的主要解決方案。對(duì)于部分低價(jià)值區(qū)域在綜合考慮投入產(chǎn)出比之后，傳統(tǒng)DAS方案依舊有其存在的價(jià)值。此類(lèi)部署方案已經(jīng)十分成熟，這里不再贅述?，F(xiàn)將5G部署傳統(tǒng)DAS方案時(shí)需要注意的問(wèn)題，總結(jié)如下：

3.5? 解決方案對(duì)比

基于前文，對(duì)不同解決方案進(jìn)行的對(duì)比總結(jié)如表4所示。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)5G深度覆蓋場(chǎng)景和相應(yīng)的問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，并給出了對(duì)應(yīng)的解決方案和部署方式，對(duì)不同方案的應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。當(dāng)前5G實(shí)驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)正在我國(guó)如火如荼地開(kāi)展，作為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的有機(jī)組成部分，深度覆蓋技術(shù)的研究和應(yīng)用已經(jīng)逐漸提上日程，本文旨在為我國(guó)的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

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