新型有源室分在特定場(chǎng)景下覆蓋方案的探討

0 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)各運(yùn)營(yíng)商紛紛推出不限流量套餐，在目前4G網(wǎng)絡(luò)趨于成熟、5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)起步的階段，各運(yùn)營(yíng)商都在逐步試點(diǎn)和推廣基于六類(lèi)線(xiàn)和有源天線(xiàn)的有源分布系統(tǒng)，而在5G時(shí)代，有源室分將逐漸成為后續(xù)室內(nèi)覆蓋的主流方式。有源室分如何建設(shè)，與傳統(tǒng)的饋線(xiàn)室分相比在方案、造價(jià)等方面有什么差異，現(xiàn)階段室內(nèi)覆蓋方案如何制定，本文圍繞這些問(wèn)題對(duì)基于5G演進(jìn)的室內(nèi)分布覆蓋方案進(jìn)行了探討。

1 有源室分設(shè)備簡(jiǎn)述

1.1 有源室分設(shè)備介紹

新型有源室內(nèi)分布系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)有源室分）是指采用分布式微站或微遠(yuǎn)端射頻單元（簡(jiǎn)稱(chēng)pRRU）進(jìn)行室內(nèi)信號(hào)覆蓋的建設(shè)方式。系統(tǒng)原理如下：

圖1 有源室分系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面，有源室分比無(wú)源室分簡(jiǎn)化了天饋系統(tǒng)，天線(xiàn)內(nèi)置在pRRU中（部分pRRU可外置天線(xiàn)），減少了饋線(xiàn)傳輸射頻信號(hào)所造成的損耗；信源系統(tǒng)方面，有源室分比無(wú)源室分更加復(fù)雜，呈現(xiàn)IP化、小型化，在樓內(nèi)布放光纖或網(wǎng)線(xiàn)，比無(wú)源室分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，施工更加方便。

有源室分的網(wǎng)元主要包括BBU（基帶處理單元）、HUB（射頻遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)匯聚單元）和pRRU（微遠(yuǎn)端射頻單元）三個(gè)部分。

BBU：設(shè)備與宏基站通用，型號(hào)一致。

HUB：為射頻遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)匯聚單元，負(fù)責(zé)將pRRU數(shù)據(jù)匯聚到BBU。

pRRU：是遠(yuǎn)端射頻單元，可提供與標(biāo)準(zhǔn)RRU同等的功能，發(fā)射功率更小，一般單通道100mW～250mW，尺寸較小，體積在2L左右，可固定在墻壁或結(jié)實(shí)的吊頂下方。

1.2 主流廠家的設(shè)備比較

目前主流廠家的有源室分設(shè)備基本可以劃分為低配和高配兩種，主要性能對(duì)比如下：

從設(shè)備載波支持情況看，高配設(shè)備可同時(shí)開(kāi)通的頻段更多，且支持NB—IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)），低配設(shè)備只能滿(mǎn)足基本的頻段，不支持NB—IoT業(yè)務(wù)。目前在價(jià)格上，高配設(shè)備比低配設(shè)備每pRRU高800～1000元。

表1 主流廠家有源室分設(shè)備性能比較

2 有源室分組網(wǎng)方案探討

2.1 有源室分的頻率選擇

中國(guó)電信室外基站采用1.8G組網(wǎng)，為避免室外信號(hào)干擾，有源室分建議采用2.1G頻段組網(wǎng)，為保證網(wǎng)絡(luò)容量，在高話(huà)務(wù)場(chǎng)景下，設(shè)備能力建議預(yù)留支持1.8G頻段。

因現(xiàn)階段VoLTE（基于長(zhǎng)期演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音承載）仍未普及，所以對(duì)于無(wú)法通過(guò)室外C網(wǎng)信號(hào)有效覆蓋的室內(nèi)場(chǎng)景，需要合路CDMA（碼分多址接入系統(tǒng)）信源，保障用戶(hù)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的使用。

2.2 有源室分覆蓋半徑測(cè)算

因有源室分單臺(tái)pRRU可配置為一個(gè)小區(qū)，故有源室分的容量可根據(jù)實(shí)際需要實(shí)際配置。容量需求并不是有源室分方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，設(shè)計(jì)方案的重點(diǎn)是考慮邊緣場(chǎng)強(qiáng)覆蓋需求。

根據(jù)室內(nèi)分布的設(shè)計(jì)要求，邊緣場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)保證RSRP≥-105dBm。邊緣場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算公式為：

LTE邊緣場(chǎng)強(qiáng)、鏈路預(yù)算全部基于參考信道功率（RSRP Reference Signal Receiving Power），類(lèi)似于CDMA的導(dǎo)頻信道功率。LTE信源輸出的參考信道功率與載頻帶寬、載頻最大功率、RS功率（參考信號(hào)功率）與PDSCH功率（物理下行共享信道功率）的比值等有關(guān)，是在某個(gè)符號(hào)內(nèi)承載參考信號(hào)的所有RE（頻域上一個(gè)子載波及時(shí)域上的一個(gè)符號(hào)）上接收到的信號(hào)功率的平均值，可以按以下公式計(jì)算：

其中：

子載波數(shù)：?jiǎn)屋d波20MHz帶寬1200個(gè)，15MHz帶寬900個(gè)，10MHz帶寬600個(gè)。依此類(lèi)推。

PA：10log（EA/ERS），一般情況標(biāo)準(zhǔn)配置：?jiǎn)味丝趩瓮ǖ繮A=0dB，PB=0，TM=1（單通道室分）；雙端口單通道PA=-3dB，PB=1，TM=3（單通道室分，TM會(huì)自適應(yīng)為T(mén)M2）；雙端口雙通道PA=-3dB，PB=1，TM=3（宏站、雙通道室分）。

空間損耗按照國(guó)際電聯(lián)ITU-R P.1238-6建議書(shū)的傳播模型，用于規(guī)劃頻率范圍在900MHz到100GHz內(nèi)的室內(nèi)無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)。基本模型公式如下：

其中：

N：距離功率損耗系數(shù)；

f：頻率（MHz）；

d：基站和便攜終端之間的距離（其中d＞1 m）；

Lf：樓層穿透損耗因子（dB），對(duì)平層可不考慮；

n（n≥1）：基站和便攜終端之間的樓板數(shù)；

LNFmarg：陰影衰落；

BPL：介質(zhì)損耗。

表2 公式3中用于室內(nèi)傳播損耗計(jì)算的功率損耗系數(shù)N（dB）

表3 穿透n層樓板時(shí)的樓板穿透損耗因子Lf（dB）（用于室內(nèi)傳播損耗計(jì)算）

表4 陰影衰落統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差LNFmarg（dB）（用于室內(nèi)傳播損耗計(jì)算）

表5 1.8～2GHz典型介質(zhì)損耗BPL（dB）

根據(jù)上述公式，在信源輸出功率100mW，2.1G頻段20M帶寬組網(wǎng)的情況下，滿(mǎn)足邊緣場(chǎng)強(qiáng)—105dBm時(shí)，各場(chǎng)景穿一堵墻和穿兩堵墻的覆蓋半徑分別如下表：

表6 不同場(chǎng)景在滿(mǎn)足邊緣場(chǎng)強(qiáng)情況下的覆蓋半徑（m）

2.3 有源室分pRRU點(diǎn)位設(shè)計(jì)方案

有源室分pRRU的點(diǎn)位設(shè)計(jì)，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)墻體材質(zhì)，測(cè)算滿(mǎn)足邊緣場(chǎng)強(qiáng)的覆蓋半徑，根據(jù)表7的覆蓋半徑測(cè)算，考慮每個(gè)信源20%左右的重疊覆蓋區(qū)域。典型場(chǎng)景的覆蓋方案如下：

表7 不同場(chǎng)景的有源室分pRRU覆蓋半徑

（1）酒店客房按照實(shí)際情形每pRRU覆蓋4～6個(gè)房間，對(duì)于樓層隔斷較多的場(chǎng)景，參考鏈路預(yù)算，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行布放，原則上單pRRU信號(hào)最多穿透兩堵墻。

（2）部分特殊場(chǎng)景（如醫(yī)院等），建議結(jié)合隔斷材質(zhì)綜合考慮，對(duì)石膏、木質(zhì)等低損耗隔斷，原則上單pRRU信號(hào)最多穿透三堵墻。

3 有源室分與無(wú)源室分組網(wǎng)對(duì)比

3.1 覆蓋性能對(duì)比

無(wú)源室分：采用“多天線(xiàn)、小功率”設(shè)計(jì)方式，超過(guò)15dBm墻體不穿透覆蓋，而選擇“降功率、加天線(xiàn)”的方案解決。

有源室分：pRRU的功率是室分天線(xiàn)的3-10倍，在空曠環(huán)境中有功率覆蓋優(yōu)勢(shì)，在隔斷較多的環(huán)境中功率優(yōu)勢(shì)變?nèi)酢?/p>

經(jīng)鏈路預(yù)算對(duì)比和工程應(yīng)用對(duì)比，平均一個(gè)pRRU大約與1.5～3副室分天線(xiàn)的覆蓋能力相當(dāng)。

3.2 容量性能對(duì)比

理論上一個(gè)pRRU和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)RRU可提供的空口容量相當(dāng)。采用分布式pRRU覆蓋的有源室分，在容量方面比無(wú)源室分優(yōu)勢(shì)明顯。

3.3 典型場(chǎng)景造價(jià)對(duì)比

為分析有源室分和無(wú)源室分造價(jià)的差異，選取了空曠場(chǎng)景、一般商務(wù)樓宇和多隔斷宿舍三種實(shí)際組網(wǎng)的場(chǎng)景進(jìn)行造價(jià)比較。

（1）空曠場(chǎng)景：某物流集散中心為空曠類(lèi)型，面積為18.5m2。

邊緣覆蓋場(chǎng)強(qiáng)-105dbm，根據(jù)鏈路預(yù)算得出有源室分遠(yuǎn)端單元在信號(hào)無(wú)遮擋覆蓋半徑為52.7米左右。共使用105臺(tái)pRRU，單pRRU覆蓋面積為1762平米。設(shè)計(jì)圖如下：同樣場(chǎng)景，使用無(wú)源分布系統(tǒng)與有源分布系統(tǒng)的對(duì)比如下：

圖2 某物流集散中心有源室分點(diǎn)位設(shè)計(jì)圖

（2）多隔斷辦公樓場(chǎng)景：某辦公樓，面積為960m2。

該樓隔斷為磚墻，墻體損耗約10dB，邊緣覆蓋場(chǎng)強(qiáng)-105dbm，根據(jù)鏈路預(yù)算得出有源室分遠(yuǎn)端單元在信號(hào)穿過(guò)2隔墻后覆蓋半徑為10.2米左右。使用1臺(tái)PRRU覆蓋3個(gè)房間。單pRRU覆蓋面積為282平米。設(shè)計(jì)圖如下：

圖3 某辦公樓有源室分點(diǎn)位設(shè)計(jì)圖

同樣場(chǎng)景，使用無(wú)源分布系統(tǒng)與有源分布系統(tǒng)的對(duì)比如下：

表9 某辦公樓有源室分與無(wú)源室分的造價(jià)對(duì)比

（3）宿舍樓場(chǎng)景：某高校宿舍，面積為420m2。

該樓隔斷為磚墻，墻體損耗約10dB，邊緣覆蓋場(chǎng)強(qiáng)-105dbm，根據(jù)鏈路預(yù)算得出有源室分遠(yuǎn)端單元在信號(hào)穿過(guò)2隔墻后覆蓋半徑為10.2米左右。使用1臺(tái)PRRU覆蓋雙邊6個(gè)房間。單pRRU覆蓋面積為175平米。設(shè)計(jì)圖如下：

表10 某高校宿舍有源室分與無(wú)源室分的造價(jià)對(duì)比

通過(guò)上述3個(gè)典型案例的對(duì)比，可以看出，有源室分的單位信源覆蓋面積受覆蓋場(chǎng)景的影響較大，造價(jià)也與pRRU數(shù)量有直接關(guān)系。在空曠場(chǎng)景下的單pRRU覆蓋面積較大，造價(jià)比無(wú)源分布系統(tǒng)略低。場(chǎng)景環(huán)境越復(fù)雜，隔斷越多，必須部署更多的pRRU才能滿(mǎn)足覆蓋的要求，系統(tǒng)造價(jià)也越高。

從具體費(fèi)用構(gòu)成的比較上看，有源室分施工費(fèi)與無(wú)源室分相當(dāng)，造價(jià)差異主要體現(xiàn)在設(shè)備費(fèi)上，但可以預(yù)期，隨著后續(xù)大量的有源室分建設(shè)，設(shè)備規(guī)模化供應(yīng)，設(shè)備價(jià)格必然下降，后續(xù)有源室分與無(wú)源室分的造價(jià)差距將逐步縮小。

3.4 支持5G演進(jìn)情況的對(duì)比

（1）無(wú)源室分向5G演進(jìn)：基本不具備演進(jìn)條件。3.5G及以上頻段：天線(xiàn)和器件頻率不兼容，饋線(xiàn)損耗過(guò)大，無(wú)法演進(jìn)。

（2）有源室分向5G演進(jìn)：目前廠家的設(shè)備可利舊資源很小，重新部署可能性大。后續(xù)可能會(huì)出現(xiàn)兼容型產(chǎn)品。

4 現(xiàn)階段不同場(chǎng)景室分建設(shè)策略的探討

4.1 新建樓宇室分建設(shè)策略

新建樓宇的室分，建議結(jié)合樓宇價(jià)值，綜合評(píng)估確定，在可能的情況下通過(guò)加大有源室分的應(yīng)用，使得設(shè)備價(jià)格進(jìn)一步下降。現(xiàn)階段的有源室分，定位于解決業(yè)務(wù)量需求大的高價(jià)值場(chǎng)景。典型場(chǎng)景包括：機(jī)場(chǎng)、高鐵站等交通樞紐；體育場(chǎng)、展覽館等人口密集區(qū)；醫(yī)院、商務(wù)樓宇內(nèi)會(huì)議室密集的部分樓層。

4.2 存量高價(jià)值商務(wù)樓宇改造策略

針對(duì)存量高價(jià)值商務(wù)樓宇，在進(jìn)行室分改造時(shí)，建議根據(jù)樓宇存量無(wú)源室分的質(zhì)量，分別評(píng)估C網(wǎng)和L網(wǎng)的覆蓋，制定不同的改造策略。共有以下五種場(chǎng)景，分別制定改造策略如下：

表11 高價(jià)值商務(wù)樓宇存量改造策略

4.3 校園場(chǎng)景

因高校屬于流量熱點(diǎn)和密集高發(fā)區(qū)域，對(duì)于高校場(chǎng)景的室分新建，建議均按照有源室分建設(shè)，具體設(shè)備選型根據(jù)校園業(yè)務(wù)發(fā)展情況選擇。

對(duì)于校園場(chǎng)景的擴(kuò)容需求，建議直接通過(guò)新建異頻有源室分方案建設(shè)。對(duì)于樓宇結(jié)構(gòu)是兩側(cè)房間、中間過(guò)道的樓宇，單pRRU覆蓋6個(gè)房間，對(duì)于單邊走道型樓宇，單pRRU覆蓋3個(gè)房間，pRRU吸頂安裝在過(guò)道。對(duì)于有客廳的套間，pRRU要安裝在每個(gè)套間的客廳內(nèi)，單pRRU覆蓋一個(gè)套間。

4.4 電梯覆蓋場(chǎng)景

一般場(chǎng)景，電梯覆蓋建議采用無(wú)源分布系統(tǒng)。在全樓新建有源室分的情況下，考慮到信源利用率，使用有源室分覆蓋電梯共有以下四種覆蓋方式：

（1）pRRU直接安裝在電梯井中覆蓋電梯；

（2）電梯隨行覆蓋：pRRU安裝在電梯轎廂頂部，隨行覆蓋；

（3）pRRU外接一副高增益定向天線(xiàn)，天線(xiàn)安裝至電梯井底部覆蓋；

（4）pRRU外接對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)，電梯廳吸頂安裝，周期天線(xiàn)電梯井道壁安裝，僅覆蓋電梯。

各方案組網(wǎng)示意圖如下：

圖5 pRRU直接安裝在電梯井中

圖6 電梯隨行覆蓋

圖7 pRRU外接定向天線(xiàn)

圖8 pRRU外接對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)

四種建設(shè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下：

表12 四種電梯建設(shè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較

考慮到覆蓋效果，建議優(yōu)先選用電梯隨行覆蓋的方式，在無(wú)法協(xié)調(diào)隨行覆蓋的情況下，則選用另外三種方式，其中pRRU外接對(duì)數(shù)周期天線(xiàn)和pRRU直接電梯井安裝的覆蓋方式建議覆蓋樓宇層數(shù)高于8層（含）的電梯，pRRU外接一副高增益定向天線(xiàn)的覆蓋方式建議覆蓋樓宇層數(shù)低于8層的電梯。

5 結(jié)束語(yǔ)

有源室分具有設(shè)備可管可控、容量配置靈活、應(yīng)急部署迅速等優(yōu)點(diǎn)，隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和用戶(hù)使用習(xí)慣的變化，有源室分的優(yōu)勢(shì)越發(fā)凸顯。本文通過(guò)比較主流廠家的有源室分設(shè)備，通過(guò)鏈路預(yù)算總結(jié)了不同場(chǎng)景的點(diǎn)位布放建議，同時(shí)比較了有源室分和無(wú)源室分的相關(guān)性能和造價(jià)，給出了現(xiàn)階段不同場(chǎng)景的組網(wǎng)建議，對(duì)后續(xù)室內(nèi)深度覆蓋建設(shè)有一定的借鑒價(jià)值。