5G室内覆盖方案与室内覆盖方案综述.docx

室内应用是5G业务的主战场，据预测5G时代约85%的业务流量将发生在室内场景，室内覆盖的好坏直接关系到5G室内应用的体验，今天聊聊5G时代的室内覆盖怎么建设。5G业务莫内场空外场我们先从最简单的开始，比如说覆盖简单的居民楼。有小伙伴这样想，在房子里面专门部署一个基站。可以吗?这种办法当然可以，但太费钱！那么有没有更省钱的办法？可不可以用室外的基站来覆盖这个房子，这种方式更节省成本，也能满足用户的需要。这种方式就是室外基站覆盖室内，顾名思义是通过室外的基站来兼顾对室内的覆盖。在5G网络建设的初期，这种方案由于网络建设快，投资成本低，受到运营商的青睐。那对于高楼大厦的室内覆盖，是不是也可以直接用这种方式呢？4G宏站的无源天线只有一个波束，水平波瓣很宽，垂直波瓣比较窄，通过下倾角来满足水平覆盖，导致高层建筑的信号较差，无法满足高楼覆盖的要求。5G引入MaSSiVeMlMO技术，宏站具有了波束赋形能力，由于运营商普遍采用水平7/8个波束配置，虽然水平方向覆盖达到了最优，但是在垂直方向覆盖有限，还是无法满足高楼覆盖需求。此外高楼大厦复杂的墙体结构会削弱室外基站信号。5G时代，容量、时延、可靠性有了更高的要求，室外基站覆盖室内方案遇到高楼大厦就显得力不从心。那么室外基站对于高楼大厦是不是彻底无能为力了呢？简单的室外基站覆盖当然不行了。中兴通讯针对这种问题，推出了一种SSB1+X方案，通过创新型立体覆盖来提升宏站对高层楼宇覆盖能力，关于SSB1+X方案的介绍，请参见：SSB1+X：不管你站得多高，都让你的手机信号满满！除此之外，对于大型楼宇我们还有没有其他的覆盖办法？机智的小伙伴可能会想，既然信号被墙壁削弱了，那我们就把信号引进来,问题不就解决了。怎么引过来呢?我们知道无线信号是由天线发送接收的，如果我们在室内部署上天线，信号不就进来了吗。这实际上就是DAS（DistributedAntennaSystem,分布式天线系统）的思路，通过耦合器、功分器、合路器等无源器件对RRU的射频信号进行分路传输，将信号尽可能平均分配至每一副天线上，从而实现室内信号的均匀分布覆盖。微峰嫌基站功分器干放器三天线其实DAS方式在2G/3G中已经大量使用，技术的成熟度也高，但到了5G时代，而对5G大容量需求，却显得有些捉襟见肘。可能有小伙伴不以为然，认为增加容量不就是多加一些天线的事情吗?原先一副天线不能满足的，现在再增加一副天线不就解决问题了吗？想法是美好的，但现实却是残酷的!这种改造实际建设时成本比较高，难度比较大。那么有没有对现有DAS系统不用改动或者少改动就可以提高网络容量的方法?我们既要马儿跑，又要马儿不吃草!然而还真有这么一种改造思路，这就是中兴通讯推出的多通道联合收发方案。这种思路也不是凭空而来，我们举个工作中的例子。如果办公室的电脑显示器尺寸比较小，而且一时也没有采购大屏显示器的预算，于是有小伙伴会用两个显示器组成双屏来办公，办公效率大大提升。和这个类似,多通道联合收发方案利用一个或多个RRU的不同通道,把DAS分布式系统的多个收发节点联合起来构建一个更多维度的多天线收发系统，实现上/下行更多流MlMO传输，提升系统容量。简单说来，之前的天线一个个是独立的给用户收发数据，现在把几个天线联合起来给用户收发数据。双遢道RRiJ双通IiRRUBBU4T4R区域这种多通道联合收发方案不用改变传统DAS系统网络架构，避免了DAS系统改造工作量大、成本高、站点资源协调困难等问题，仅仅通过软件版本的部署即可快速实现传统DAS网络的性能的提升，并且可以兼容现有5G终端，对于终端没有任何限制。DAS系统有了多通道联合收发方案的加持是不是就可以完美的解决所有的5G室内覆盖的问题？其实还存在一个难点，4G的DAS网络的无源器件仅能支持sub3G频段，面对5G高频网络（SUb6G等）就束手无策了。ub3G 19 段DAS网络0 ®5G频网格 (sub6G1)那还有没有其他的方法来提升室内覆盖？对于小型楼宇专门部署基站显然是投入产出不高，但是在一些大型场景如交通枢纽、体育场馆、摩天大楼等，投入和产出的天平发生了倾斜。我们可以拾回前面的思路,考虑为这些大型场景专门部署室内基站,这就是有源数字室分方案。有源数字室分采用基带单元(BBU)-汇聚单元(PBridge)-射频单元(PiCORRU)三级架构。和室外宏站的区别是多了汇聚单元，RRU变成了PicoRRUoPicoRRU的体积更小，部署更方便，容量大，配置灵活，因此有源室分方案成为了大容量,优体验的高价值区域的首选方案。有源数字室分方案在4G时代已经广泛应用了，为了能在5G时代大有作为,有源数字室分方案面临着三大问题需要解决。降低成本成本是室内覆盖建设考虑的重要因素之一，如果一套室内覆盖方案成本过高，就会让运营商望而却步。PicoRRU是有源数字室分主要的成本构成，PicoRRU频段和通道数越多，成本越高。因此降低的成本关键在于降低网络中PiCORRU的成本。考虑到不同室内覆盖场景的容量需求差异大，导致对PicoRRU的频段和通道需求差异大，如果采用单一的产品配置，显然满足不了室内覆盖的需要，因此可以通过细分场景，按需配置相应产品和方案来实现最精准的投资。除此之外还有个思路是共建共享。多家运营商共享室分系统，不仅可以分摊5G网络建网成本，减少资源浪费，还可以增加频谱带宽，提升用户体验。<箝CoRRU的部位视化»高效运维有源数字室分方案由于PieoRRU高集成度、高发射功率、数量多的特点，面临着运维和设备能耗管理的考验。5G时代，有源数字室分通过可视化管理和智能化节能来解决这一难题。可视化管理就是通过生成建筑物模型，按楼层直观展示PicoRRU的部署位置信息，同时以PiCORRU单元为粒度生成性能数据，并给出针对性的网络优化建议。精准可视化运维<P»c。RRU的性的8标可视化智能化节能就是借助Al和大数据技术，在保证网络KPl的基础上，使节能效果最大化，实现能耗与性能的最佳平衡。扩展新业务运营商希望有源数字室分系统能够挖掘网络潜力，开放网络能力，扩展新业务。对此有源数字室分系统又有哪些应对措施呢?这就要结合MEC移动边缘计算能力，可以进一步优化业务体验，使能增值业务，开放网络能力，提供定制化的服务。解决了这三大问题，有源数字室分方案如虎添翼，在5G时代将会大放异彩。蜀，。胆成本运维业务最后我们回顾一下，现有的室内覆盖方案主要分为3种：室外基站覆盖室内、传统无源DAS和有源数字室分。5G室内覆盖5G室内覆盖方案无源室分无源室分系统采用大功率分布式基站（RRU）做信源，射频信号通过无源器件进行分路，经由馈线、漏泄电缆等将其分配到每一副分散安装在建筑物各个区域的天线及漏泄电缆上，对楼宇平层、分区以及隧道等进行无线网络覆盖，解决室内无线通信问题。馈线、无源器件共建共享空分天馈系统中国电信4G Ij信源无源分布系统由POI/合路器、馈线、漏泄电缆、功分器、耦合器、天线等元器件组成。有源微站射元 线玳无频带元 基单光纤光电St合垓/网线有源微站也称新型数字化室分系统，一般由基带单元、远端汇聚单元及无线射频单元构成，用于解决高话务场景的覆盖及容量吸收问题。由于全部设备有源化，因此该方案可以实现末端监控、小区容量灵活分配、可扩展增值业务等，但会带来设备能耗较大，成本较高等问题。室分外引系统室分外引系统采用大中功率基站做信源，通过少量馈线、无源器件将功率分配至安装于建筑物楼顶的射灯天线、室外板状天线等，采用信号对打方式，将无线信号由室外天线覆盖至室内。室分外引系统就是无源室分系统的一种特殊形式。多技术综合覆盖电梯综合运用室内有/无源分布系统、室分外引系统及室外宏站等多种技术手段,全方位立体化解决区域化场景的室内外覆盖。室外宏站或室分外引系统覆盖室外区域及建筑物室内靠近窗边或部分内部区域，采用室内分布系统覆盖建筑物的弱覆盖区或覆盖盲区等深度区域，室内外互补实现区域化场景多区域的良好覆盖。5G时代室内覆盖解决方案综述1引言4G时代，有80%的业务发生在室内。5G时代，室内场景依然是移动数据业务的主力区域。丰富的资费套餐以及海量的应用将驱动移动数据业务飞速增长。5G丰富的室内业务体验(AR/VR等)将进一步促进室内业务的发展，预计5G业务将有85%以上发生在室内。因此，室内覆盖的重要性将更为显著。为了获取更多带宽，室内5G引入了更高的频段C-Band和毫米波，更高的频率意味着更大的传输损耗和穿透损耗，本文将对已有的室内覆盖方案进行分析，为后续的5G室内覆盖解决方案提供参考。2室外宏站覆盖室内室外宏站覆盖室内是解决室内覆盖的主要方式，当前居民区的覆盖大部分是利用室外宏站。在做5G室外宏站规划时需要考虑室内穿透的损耗，合理地规划站间距，以满足5G网络室内覆盖的需求。传统的链路预算方法估算5G网络站间距时应针对室内覆盖考虑相应的路径损耗。首先是5G频段相对于4G频段的空间传播的路径损耗差异。传统的SPM(StandardPropagationModel)传播模型通过参数调整可以应用于5G新频段的传播预测。如图1所示，根据SPM传播模型，相同距离下：2.6GHz比1.8GHz/1.9GHZ路径损耗高4.5dB左右；3.5GHZ比2.6GHZ路径损耗高2.5dB左右；4.9GHZ比3.5GHZ路径损耗高4dB左右。图1不同频段下路径损耗随距离变化曲线其次是5G频段对于不同建筑物材质的穿透损耗不同。表1是不同建筑物外立面材质在不同频段穿透损耗的测试结果：表1外立面材质穿透损耗测试数据dB测试场景0.9GHz1.8GHz1.9GHz2.6GHz3.5GHz4.9GHz玻璃幕墙9.089.8810.7212.214.8516.58砖混墙12.9115.7515.9316.622.0122.56室内隔断16.2221.2821.9122.323.0524.95钢混外墙35.3143.0543.1744.148.7949.88很多建筑物外立面由玻璃和墙体组成，玻璃覆盖的面积比例也影响穿透损耗。图2根据3GPPTS38.901给出了相应材质的穿透损耗模型，通过平均算法估算玻璃覆盖的面积比例对穿透损耗的影响。以玻璃覆盖面积占外立面10%为例，2.6GHZ穿透损耗比1.9GHZ高IdB2dB,3.5GHZ比2.6GHzi1dB左右。图2不同频段下穿透损耗随外立面窗户比例变化曲线通过5G宏站来满足室内覆盖需求时，如图3所示，可以考虑满足边缘浅层室内覆盖，也可以考虑满足边缘深层室内覆盖。当只需满足边缘浅层室内覆盖时,边缘深层室内覆盖将回落到更低频段的4G网络。室外穿透室内/室外绕射室内穿透边缘浅层边缘深层室内覆花室内覆孟室外LOS 室内浅层室内深层近室外NLOS室内浅层室内深层小区边缘一图3边缘浅层室内覆盖和边缘深层室内覆盖不同的室内覆盖深度需求对穿透损耗的要求不同，如图4所示:925MHZ1795MHz1882MHZ2620MHZ3505MHZ4900NizHPW三起泰图4不同频段室内不同深度穿透损耗对比根据链路预算在考虑室内浅层覆盖的情况下，不同频率的站间距如图5所7JOres*内浅后覆或下不到象校的站可差要来由于应用了大规模阵列天线等新技术,5G2.6GHz的下行覆盖优于现网4G2.6GHz的下行覆盖。下行覆盖优于上行覆盖，实际规划站间距由上行覆盖决定。在小区边缘速率达到上行512kb/s的条件下，5G2.6GHZ网络的上行覆盖与4GFDD1.8G近似。若要求小区边缘速率达到上行5Mb/s,5G2.6GHZ的站间距约为510m。3一体化皮站一体化皮站适合于水平覆盖面积大且没有隔断的室内覆盖场景，通过布放多个皮站来满足整个区域的覆盖。例如运营商的演示大厅、半封闭的体育场馆等。在布放5G一体化皮站时，一般可以和原4G站同点位布放。并在单位带宽功率上与4G站保持一致。同时考虑到客户体验需求和空间传播的损耗补偿需求,应部署支持4T4R的皮站产品。4室内分布系统方案当前主流室内分布系统主要包括无源DAS(PassiveDistributedAntennaSyStem)系统、一体化皮站+无源DAS系统、有源DAS(ACtiVeDistributedAntennaSystem)系统。4.1 无源DAS无源DAS系统是从2G时代开始使用的室分解决方案。射频源无线信号源通过一系列功分器、耦合器等无源器件分路，经馈线将信号分配到每一副安装在建筑物内各个区域的低功率天线上，用于不带任何信号放大的传输。多系统信号则采用合路器或POI方式，把各个系统合路在一套室分系统，形成资源共建共享。图6为无源DAS系统架构图。图6无源DAS系统架构图已部署的无源DAS系统是否可以利旧支持5G,可以通过实际测试来判断。需考虑2个测试指标。一是驻波比是否满足要求。实际测试中可将合路器和室内分布系统断开，然后用驻波比测试仪作为信号源接入室内分布系统，信号源频段设置为5G室分2.6GHZ频段，测量得到的驻波比应小于1.5。二是天线输出功率是否满足要求。使用驻波比测试仪分别输出4GE频点和5G2.6GHZ频点信号，在天线口处，用频谱仪加接天线进行接收，测量并记录接收到2个频点功率值进行对比。根据测量到的信号功率差值可以大致判断该无源DAS系统天线输出功率是否满足5G网络要求。根据实际经验，5G2.6GHZ的信号衰减强度比4GE频段的衰减强度要大，两者衰减强度的差值保持在3dB以内是可以接受的。影响上述测试结果的原因主要是器件老化，且器件频段不支持5G2.6GHz频段。根据广东省某地市对室分无源DAS系统的调查，2005年之前建设的无源DAS系统占比34.4%,天线一般标称可支持1.9GHZ频段。2005年之后建设的无源DAS系统的天线标称大部分可支持2.5GHz频段，个别可支持2.7GHz频段。5G信号源设备可支持ITlR,2T2R、4T4R等配置形式。在4G室分系统改造中,无源DAS系统铺设2路馈线后可以支持双流传输。由于5G终端支持2T4R的多天线能力，如果要获得5G网络的峰值下载体验，除设备按照4T4R配置外，需要再增加2路馈线，改造工程量大。如果5G室分系统采用3.5GHz或4.9GHz频点，插入损耗和馈线损耗与4G室分频率相差过大，不建议利旧原有的无源DAS系统。4.2 一体化皮站+无源DAS利用一体化皮站和无源分布式天线系统组合是解决多层室内覆盖的常见方案。在建筑物的每层布放一个一体化皮站，利用皮站外接天线的功能接入无源DAS系统，解决每个楼层的室内覆盖需求。皮站的不同发射端口分别外接无源DAS覆盖不同区域，牺牲多流特性，大幅度降低成本。已部署系统升级支持5G需要将一体化皮站替换成双模基站，同时需评估已部署的无源DAS系统是否满足5G需求，如不满足需求则要替换部分无源器件。4.3 有源DAS有源DAS系统是2013年左右出现的室分解决方案，也称为光纤分布系统。有源DAS系统由主单元（MAU）、扩展单元（MEU）和远端单元（MRU）构成。MAU可接入不同信源的射频信号，通过A/D转换、数字处理后将多路信号合路，经光电转换发射出去；经过MEU和布放的光纤网络将信号分路到不同的MRU；MRU将不同系统的信号分离，经D/A转换、调制后转换回射频信号,经天馈系统发射出去。相对于无源DAS系统，有源DAS系统不需要链路预算，线缆布放简单，可快速建网。由于是分布式架构，扩容方便。但主设备厂家一般仅提供信号源，有源DAS系统由第三方厂家提供，导致无法纳入统一的网络管理系统。后续需要第三方设备厂家支持升级并兼容5G信源信号。目前尚未有支持5G网络的有源DAS系统。有源DAS系统架构如图7所示：图7有源DAS系统架构图5数字化室分方案新型数字化室分系统是近年来出现的室分解决方案，受到主设备厂家的普遍关注。主设备厂家都提出了各自的解决方案，例如华为Lampsite方案，诺基亚ASIR方案，中兴QCeil方案，爱立信RDS方案。新型数字化室分系统基本架构由基带处理单元（BBU）远端CPRl数据汇聚单元、远端无线单元（picoRRU）组成。BBU可与宏站使用的BBU通用。远端CPRl数据汇聚单元负责将PRRU的CPRl数据进行分路和汇聚。PRRU实现射频信号的处理。BBU和远端CPRl数据汇聚单元之间通过光纤连接，远端CPRI数据汇聚单元与pRRU之间通过网线连接。不同厂家的数字化室分系统具备一些特色功能。例如支持多模制式，支持GSM信号或其他制式射频信号通过多制式接入单元馈入，pRRU可集成天线或外接天线（支持单极化或多极化天线），pRRU支持级联扩展，支持增加扩展设备提供室内定位服务等。图8为数字化室分网络架构示意图：2G/3G/4G 外置天线 pRRUGSM 射频信号馈入CPRI （光纤）图8数字化室分网络架构示意图相对于传统室内分布系统，新型数字化室分系统具有如下优势：（1）网络架构简单，无需链路预算。（2）与宏网共网管，设备状态、KPl和话务分布一目了然。（3）相对于有源DAS系统，解决了上行底噪抬升的问题。（4）灵活进行小区合并和分裂，弹性容量控制。（5）室内外一张网，方便实现宏微协调。（6）支持多流传输。由于PRRU的价格高于室分分布天线，在楼宇需要部署的PRRU数量少的情况下，设备成本高于传统室分系统设备价格。目前数字化室分系统一般支持4G。相对于前述的各种室分解决方案，数字化室分系统支持5G网络的升级最便捷。各厂家的数字化室分系统都有支持5G演进的目标计划。通过在BBU中增加5G基带板，在已部署的PRRU中增加5G射频模块和软件升级，或级联5GpRRU,可以方便地将原有的数字化室分系统升级到支持5Go己部署的数字化室分系统升级支持5G,需要检查己布放的网线类型。5G网络一般需部署使用CAT6A网线，可支持1Gb/s的峰值下载速率。使用网线来给末端供电，这将给末端设备的功耗和拉远距离都带来限制。当前远端CPRI数据汇聚单元与pRRU之间的距离一般不超过100m。对于超大型建筑，可以通过连接BBU的远端CPRI数据汇聚单元星形部署或以级联的方式拓展覆盖。6结束语5G时代的室分覆盖方案要兼顾性能和成本。一般居民区由于穿透损耗较小,仍将是通过室外宏站来覆盖室内。一体化皮站适用于水平覆盖面积大且无隔断的大型场馆，但建网成本高。传统无源DAS方案具有低成本的优点，但支持5G高频（2.6GHz）困难，施工不方便，且很难支持多流传输，影响客户体验，一般应用在对容量和用户体验要求不高的场景。一体化皮微站+无源DAS方案兼具皮微站的施工便利和无源DAS的低成本优点，解决了无源DAS方案的部分问题。新型数字化室分系统是未来室分覆盖方案的发展趋势，可应用于任何室分频点，但成本较高，一般部署在大型交通枢纽、大型商场、高端写字楼/酒店等高话务和高用户体验需求场景。