林椿皓

(廣東南方電信規(guī)劃咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，廣東 汕頭 515000)

0 引言

無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)為人們提供隨時(shí)隨地接入的服務(wù)，已成為人們生活、工作中重要的組成部分。當(dāng)前國(guó)內(nèi)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正在大規(guī)模開(kāi)展。未來(lái)5G的很多應(yīng)用發(fā)生在室內(nèi)場(chǎng)景，如大型場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站等；5G的新型應(yīng)用如AR/VR、遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)智能制造等等，也將發(fā)生在室內(nèi)。因此，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，需要加強(qiáng)5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)深度覆蓋的分析和研究。

1 5G網(wǎng)絡(luò)

第五代移動(dòng)通信(簡(jiǎn)稱(chēng)5G)，應(yīng)用了新一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，主要包括大規(guī)模MIMO技術(shù)、同時(shí)同頻全雙工技術(shù)、D2D、高頻段傳輸、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)、網(wǎng)絡(luò)切片和多接入邊緣計(jì)算(MEC)等等。5G網(wǎng)絡(luò)有3個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景[1]。

1)eMBB(Enhanced Mobile Broadband)增強(qiáng)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。主要特點(diǎn)是高速率、大帶寬：在現(xiàn)有的4G移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)場(chǎng)景的基礎(chǔ)上網(wǎng)速提升10倍，下行速率達(dá)到1Gbps；用戶(hù)體驗(yàn)感大幅提升，eMBB可應(yīng)用到高清直播、高清視頻、AR、VR體驗(yàn)等。

2) mMTC(Massive Machine Type Communication)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。5G最主要的價(jià)值之一，就是突破了人與人之間的通信，使得人與機(jī)器/機(jī)器與機(jī)器的通信成為可能。據(jù)據(jù)最新5G協(xié)議版本，mMTC在每平方公里須提供100萬(wàn)個(gè)設(shè)備接入能力。mMTC海量接入能力，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，將使物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展。

3)uRLLC(Ultra-Reliable Low-Latency Communication)低延時(shí)/高可靠連接業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，時(shí)延低至10ms內(nèi)，使5G網(wǎng)絡(luò)在無(wú)人駕駛、無(wú)人機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商獲得的5G頻段集中在FR1(俗稱(chēng)SUB 6GHz)，分別為：移動(dòng)和廣電獲得700 MHz、2.6 GHz和4.9 GHz頻段；電信和聯(lián)通獲得3.4～3.5 GHz頻段。另外電信和聯(lián)通對(duì)4G的2.1G頻段重耕，可獲得50 M 2.1G帶寬用于5G網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，F(xiàn)R2頻段也有可能分配給運(yùn)營(yíng)商。在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，選擇不同的頻段和基站建設(shè)方式，進(jìn)行差異化覆蓋。

2 5G室內(nèi)深度覆蓋存在的問(wèn)題

1)使用高頻段導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降，室內(nèi)深度覆蓋不足。5G網(wǎng)絡(luò)在更高的頻段上部署，面臨更高的鏈路損耗問(wèn)題。相對(duì)于4G網(wǎng)絡(luò)，高頻室外5G信號(hào)穿透混凝土墻壁時(shí)會(huì)額外產(chǎn)生10 dB左右的鏈路損耗，更高的毫米波基本喪失穿墻能力，導(dǎo)致室內(nèi)深度覆蓋不足，室內(nèi)覆蓋效果極差。如果用低頻段進(jìn)行5G室內(nèi)覆蓋，在eMBB場(chǎng)景下，網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)不到5G要求。

2)當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)深度覆蓋存在大量的無(wú)源DAS系統(tǒng)，系統(tǒng)器件工作頻段一般為800 MHz～2.7 GHz，器件難于支持高頻5G信號(hào)且更換難度極大。其中大部分是單路系統(tǒng)，少部分是雙路系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)容量低。如果采用2TR 5G RRU進(jìn)行5G升級(jí)，其網(wǎng)絡(luò)速率和4G相當(dāng)，并不能滿(mǎn)足5G eMBB場(chǎng)景需求。

3)近幾年來(lái)4G網(wǎng)絡(luò)為滿(mǎn)足高容量場(chǎng)景需求，建設(shè)了部分有源室內(nèi)分布系統(tǒng)。有源室內(nèi)分布系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)容量高，且具備可視化運(yùn)維和室內(nèi)定位能力，但是其建網(wǎng)成本偏高。有源PRRU主設(shè)備占網(wǎng)絡(luò)建設(shè)絕大部分成本。升級(jí)5G仍需要替換PRRU主設(shè)備，成本高昂。

4)室內(nèi)深度覆蓋存在差異化需求。5G大部分應(yīng)用發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境，根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的不同，對(duì)網(wǎng)絡(luò)速率、時(shí)延和可靠性、海量接入有差異化要求，對(duì)于室分設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)頻段選擇、組網(wǎng)方式等都提出了全新要求。

3 5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)深度覆蓋策略分析

5G室內(nèi)eMBB、mMTC、uRLLC三大場(chǎng)景，對(duì)應(yīng)于不同的業(yè)務(wù)需求。有必要針對(duì)不同的場(chǎng)景采取差異化覆蓋方式。

1)傳統(tǒng)無(wú)源室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋方式。如前述，當(dāng)前4G深度覆蓋存在大量無(wú)源DAS系統(tǒng)，頻段一般從800 MHz～2.7 GHz。利用現(xiàn)有無(wú)源DAS系統(tǒng)是運(yùn)營(yíng)商建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的高效手段，僅需在無(wú)源室分系統(tǒng)信源處增加5G NR信源即可，建設(shè)成本和建設(shè)周期最低。該方式主要應(yīng)用于對(duì)流量(eMBB)需求較低的場(chǎng)景，如停車(chē)場(chǎng)、普通寫(xiě)字樓、辦公樓等。對(duì)于新建場(chǎng)景和具備升級(jí)改造條件的利舊場(chǎng)景，可以采用5G無(wú)源室分系統(tǒng)+有源室分天線(xiàn)的覆蓋方案，有源室分天線(xiàn)解決了無(wú)源室分長(zhǎng)期存在的故障不可監(jiān)控問(wèn)題，同時(shí)提供室內(nèi)定位能力，保留了低成本、低功耗、易于擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)。對(duì)于有高流量需求的站點(diǎn)，可以新建高容量有源室分系統(tǒng)。

2)新型有源室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋方式。其架構(gòu)通常為分布式的BBU(基帶處理單元)+交換機(jī)+PRRU(射頻單元)三級(jí)架構(gòu)。一般將BBU部署于建筑物中心機(jī)房或運(yùn)營(yíng)商BBU集中機(jī)房，交換設(shè)備置于各層弱電配電間，遠(yuǎn)端單元PRRU內(nèi)置4TR天線(xiàn)，通過(guò)光電混合電纜或網(wǎng)線(xiàn)分布到建筑物目標(biāo)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)覆蓋。BBU側(cè)可以通過(guò)小區(qū)合并和分裂，將多個(gè)PRRU分裂為不同小區(qū)，或?qū)⒍鄠€(gè)PRRU合并為同一小區(qū)，滿(mǎn)足不同的場(chǎng)景容量需求。新型有源室內(nèi)分布系統(tǒng)有利于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位、故障監(jiān)控等無(wú)源室分無(wú)法處理的新功能。目前華為L(zhǎng)ampsite、中興Qcell、愛(ài)立信Dot為代表的有源室分系統(tǒng)已成為5G室內(nèi)深度覆蓋的主流方案。新型有源室內(nèi)分布系統(tǒng)覆蓋方式適應(yīng)于機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站、大型商場(chǎng)、會(huì)展中心等對(duì)速率、容量要求高的場(chǎng)景。

在高頻無(wú)源室分饋線(xiàn)、器件成熟后，還可以采用5G融合組網(wǎng)覆蓋方式[2]。即信源采用有源4TR PRRU，外接有源室分天線(xiàn)。結(jié)合了無(wú)源室分的低成本、低功耗、易于擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，以及有源室分彈性擴(kuò)容能力優(yōu)勢(shì)，同時(shí)提供人流量分析、弱覆蓋分析、室內(nèi)定位和可視化運(yùn)維能力[3]。隨著技術(shù)進(jìn)步，依托現(xiàn)有室分網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢(shì)開(kāi)展智能化技術(shù)演進(jìn)是一個(gè)研究方向，包括AaaS(天線(xiàn)即服務(wù))和Smart Box等。

4 結(jié)語(yǔ)

5G業(yè)務(wù)大部分發(fā)生于室內(nèi)，5G室內(nèi)深度覆蓋面臨挑戰(zhàn)。本文對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)深度覆蓋存在問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)和分析。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了5G室內(nèi)深度建設(shè)方案，提出了針對(duì)5G不同場(chǎng)景差異化覆蓋建設(shè)思路，并討論了未來(lái)5G室內(nèi)深度覆蓋的研究方向，對(duì)5G室內(nèi)深度覆蓋工程建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。