5G 室分特定場景共建共享解決方案探討

陳宜漂 安 剛

中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司

0 引言

室內(nèi)分布系統(tǒng)經(jīng)過從2G到4G再到5G的發(fā)展，逐漸由室內(nèi)無源分布系統(tǒng)向有源分布系統(tǒng)演進，如現(xiàn)在市場上成熟的分布式皮基站，其具有便于監(jiān)控和擴容的特點，成為運營商建設(shè)5G室分首選。與傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)相比，目前市場上使用的5G新型室分不具有合路功能，無法讓一套5G分布系統(tǒng)實現(xiàn)多家運營商共享。對于地鐵、鐵路隧道區(qū)間覆蓋，由于隧道內(nèi)空間資源緊張，不支持各家運營商單獨建設(shè)。對于體育場等公益性大型場館、交通樞紐等，由于橋架資源緊張，或者業(yè)主考慮進場施工管理及后期維護管理方便，希望只要建設(shè)一套室內(nèi)分布系統(tǒng)，就能實現(xiàn)多家運營商的5G信號覆蓋。這就需要采用傳統(tǒng)DAS建設(shè)特定場景的5G室分信號，實現(xiàn)一套系統(tǒng)，多家運營商共建共享。本文以某體育場為例，采用新型POI+新型天線覆蓋方案。方案根據(jù)體育場特點選擇POI和天線類型，合理規(guī)劃容量，并根據(jù)自由空間鏈路損耗計算邊緣場強，保證容量需求和覆蓋效果。

1 傳統(tǒng)DAS面臨的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)DAS主要的優(yōu)點是通過POI將不同運營商不同制式的網(wǎng)絡(luò)信號饋送到同一套無源分布系統(tǒng)，實現(xiàn)多家運營商多張網(wǎng)絡(luò)共建共享，然而5G高頻大帶寬特性使得現(xiàn)有POI無法合路不同運營商的5G信號。除此之外，相比新型數(shù)字室分，傳統(tǒng)分布系統(tǒng)建設(shè)還面臨以下問題：

（1）傳統(tǒng)DAS現(xiàn)有天線、腔體功分器，墻體耦合器等無源器件只支持900～2700MHz，不支持5G-C波段。

（2）分布系統(tǒng)性能容易受無源器件質(zhì)量和施工影響。

（3）5G信號的高頻特性使得5G信號在傳統(tǒng)1/2饋線和7/8饋線傳播損耗大。

（4）傳統(tǒng)型號漏纜（13/8型號）不支持中國聯(lián)通和中國電信的5G- C波段，新型5/4型漏纜支持5G-C波段，比起13/8型號漏纜，5/4新型漏纜衰減損耗更大。

（5）容量特性差，后期容量擴容涉及新增5G RRU和分布系統(tǒng)改造，需要二次進場施工。

因此，需采用支持5G頻段的新型無源器件，研發(fā)支持5G信號合路的高頻段大帶寬的POI，提高5G室分天線的增益，研發(fā)更低傳輸損耗的新型漏纜，保證覆蓋效果。在充分考慮容量需求的基礎(chǔ)上，合理設(shè)計合路點數(shù)量。

2 傳統(tǒng)DAS 5G覆蓋方案

隧道場景適合采用新型POI+新型漏纜覆蓋方案，根據(jù)泄露電纜的傳輸損耗和耦合損耗，計算泄露電纜的最長覆蓋長度；大型場館或大型交通樞紐宜采用新型POI+新型天線覆蓋方案。某地鐵工程采用新型POI+新型漏纜的覆蓋方式成功實現(xiàn)了三家運營商5G信號覆蓋。對于大型公益場館、大型交通樞紐等有共建共享需求的場景，不宜采用新型POI+新型漏纜的方式覆蓋。

3 體育場案例

體育場高大空曠，無墻體隔擋。POI在實現(xiàn)5G合路的同時，考慮運營商未來新增2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)需求，預(yù)留2G/3G/4G合路端口，規(guī)劃設(shè)計時充分考慮新建DAS系統(tǒng)的覆蓋、容量、干擾等因素，結(jié)合體育場場景實際，按照設(shè)計原則，天線選擇，POI選型，容量分析，鏈路預(yù)算，設(shè)計5G室分系統(tǒng)拓撲圖共六方面分析體育場傳統(tǒng)DAS 5G室分覆蓋方案。

3.1 設(shè)計原則

體育場傳統(tǒng)DAS方案總體來說，遵循如下設(shè)計原則：

（1）RRU安裝在天線旁，降低饋線損耗；

（2）不使用功分，耦合等無源器件，減少傳統(tǒng)DAS故障節(jié)點，天線選用支持電信聯(lián)通C-band的賦形天線，減小不同小區(qū)的重疊區(qū)域，控制干擾；

（3）計算好體育場容量需求，爭取一次規(guī)劃和建設(shè)到位；

（4）天線安裝方向偏向場館內(nèi)部，控制室內(nèi)信號外泄。

3.2 天線選擇

體育場屬于人流匯集、爆發(fā)性強的場景，當(dāng)舉辦體育賽事，音樂會等大型活動時候，體育場內(nèi)人員密集，小區(qū)眾多，由于體育場空間開闊，不能依靠墻體、障礙物等自然空間隔離降低小區(qū)干擾，因此容易越區(qū)覆蓋，導(dǎo)致同頻干擾。普通天線旁瓣抑制不理想，場內(nèi)小區(qū)干擾嚴(yán)重。因此采用波束賦形天線覆蓋體育場，利用賦形天性良好的旁瓣抑制比和波束形狀，減小越區(qū)覆蓋和同頻干擾，提升用戶感知。后期建設(shè)好后進一步通過優(yōu)化小區(qū)及調(diào)整天線方位角降低體育場干擾。

體育場整體結(jié)構(gòu)呈橢圓形，看臺第一排到最后一排呈階梯狀分布，高度差3.9m，看臺水平寬度10m，天線設(shè)計安裝在體育場檢修馬道附近，距離看臺最高處12m，體育場沿著護欄和過道可分割成18塊小方形塊，每個方形塊長度在20～24m。圖1是天線覆蓋看臺的橫向截面圖，根據(jù)看臺寬和高以及天線掛高，可以算出要較好覆蓋看臺，天線水平波瓣角要達到32.12°。圖2 是天線覆蓋看臺的縱向截面圖，根據(jù)覆蓋方形塊的長度和天線掛高，可以算出天線垂直波瓣角在54°～ 59°。

圖1 天線水平波瓣角確定示意圖

圖2 天線垂直波瓣角確定示意圖

因此天線水平波瓣角和垂直波瓣角兩個指標(biāo)要滿足圖1和圖2示意的角度，向某天線產(chǎn)家定制專門賦形天線，定制天線的各項具體參數(shù)如表1所示。

表1 天線性能指標(biāo)

3.3 POI選型

現(xiàn)有POI無法支持5G合路，新型5G POI需要實現(xiàn)不同家運營商5G合路功能。體育場等大型公益性場館屬于話務(wù)量、流量需求多樣化的場景，除了5G網(wǎng)絡(luò)，移動用戶還會用到其他制式的網(wǎng)絡(luò)，因此，需給運營商預(yù)留2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)的合路端口。相關(guān)POI設(shè)備產(chǎn)家按照設(shè)計要求，定制支持運營商2G/3G/4G/5G全制式15進2出POI，具體POI參數(shù)詳見下表（表2）。這使得體育場在建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的同時，預(yù)留了2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)開通功能。

表2 POI指標(biāo)15進2出

≤1.3互調(diào)(dBc) ≤ - 150 (2 x 43 dBm)平均功率(W) 信源側(cè)：200 天饋側(cè)：500峰值功率(W) 信源側(cè)：1000 天饋側(cè)：2500阻抗 (Ω) 50尺寸 (H x W x D) (mm) 401 x 258 x 147（不含安裝支架及連接器公差±5mm）凈重(kg) ≤20工作溫度(℃) -40～+55相對濕度 5%～98%應(yīng)用場景 室內(nèi)/室外IP65接頭類型 信源側(cè)：N-F,天饋側(cè)：DIN-F安裝方式 機柜壁掛式安裝駐波比

3.4 容量分析

體育場屬于事件性觸發(fā)型場景，容量變化潮汐效應(yīng)明顯。體育場關(guān)閉時，容量需求不大。當(dāng)體育場舉行賽事及演唱會等大型活動時，用戶密度高，流量將爆發(fā)性增長，通過后臺軟擴進行小區(qū)分裂獲得容量保證，因此容量規(guī)劃以滿足高峰期的容量需求為目標(biāo)。以體育場滿座時的席位數(shù)為基數(shù)，假設(shè)該體育場上座率為90%，市場份額占比最大的運營商移動用戶數(shù)占比80%，進一步假設(shè)未來5G滲透率為80%，計算得到該體育場最大小區(qū)需求數(shù)是24，詳細計算見下表（表3）。

表3 容量計算表

3.5 鏈路預(yù)算

按照自由空間損耗模型，自由空間損耗L為：

其中F是頻段，D是天線到終端的覆蓋距離，H為天線到看臺的高度，L為天線覆蓋區(qū)域內(nèi)水平距離。體育場呈橢圓形，根據(jù)過道將體育場分為18個小塊，每個小塊面積約220m2，每個天線覆蓋2～3個小塊，每個小塊長度約20m，體育場安裝天線位置距離體育場看臺的最大垂直距離是16m，最大覆蓋區(qū)域是3個小塊，則（2）式中天線覆蓋距離D最大值Dmax約為62m，見（3）式：

目前商用的5G頻段最高頻段為電信聯(lián)通C-band，取Fmax=3.5GHz，將Fmax和Dmax結(jié)果帶入（1）式，算出最大鏈路損耗為79dB，5G邊緣場強按-100dBm考慮，假設(shè)5G設(shè)備信源發(fā)射功率12.2dbm，POI合路器損耗5dB，因分布系統(tǒng)無功分器、耦合器，則允許的最大損耗即為饋線損耗，參見下表（表4）可得，允許最大饋線損耗為37.2dB。

表4 鏈路預(yù)算表

5G不同頻段百米饋線損耗見下表（表5）。

表5 百米饋線損耗

信源安裝位置到天線位置最遠距離為75m，因此理論來說3種饋線都可以，1/2饋線和7/8饋線是常用饋線，考慮后期更高頻段的5G技術(shù)應(yīng)用，因此設(shè)計主要使用7/8饋線覆蓋體育場，對于部分施工困難的地方采用1/2饋線。

3.6 5G室分系統(tǒng)POI合路圖

設(shè)計采用高增益賦形天線，保證覆蓋效果的同時減少天線使用數(shù)量，POI輸出端通過饋線直連天線，中間不再設(shè)計功分耦合等無源器件。POI輸入端支持多系統(tǒng)合路，輸出端收發(fā)合纜，室分系統(tǒng)POI合路圖見圖3。在開通5G的同時，運營商可以根據(jù)自己需求，合路其他制式的網(wǎng)絡(luò)。

圖3 5G室分系統(tǒng)POI合路圖

4 結(jié)論

本文在5G正式商用的背景下，探討了傳統(tǒng)DAS在5G建設(shè)中的應(yīng)用，為探索5G室分共建共享提供參考。在大型公益性基礎(chǔ)設(shè)施，如體育場、機場、地鐵及高鐵隧道等公網(wǎng)建設(shè)中，采用傳統(tǒng)DAS建設(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)具有特定的適用性。本文以體育場為例，結(jié)合體育場特點，從天線選擇，POI選型，鏈路預(yù)算，容量分析等角度，探討了體育場的5G DAS建設(shè)方案。對于空間高大敞亮的場景，像體育場、機場等公益性大型場館，宜使用新型POI+高增益天線的方式覆蓋；對于地鐵、高鐵隧道等狹長受限的場景，采用新型POI+漏纜的方案覆蓋。采用新型POI+5/4漏纜建設(shè)地鐵隧道5G室分，已有成功案例。未來需要研發(fā)支持更高頻段，損耗更小的饋線和泄露電纜，同時研發(fā)支持更高頻段的天線和POI等無源器件，讓傳統(tǒng)DAS在5G及未來的通信技術(shù)中發(fā)揮更大的作用。