試論5G室內分布低成本融合組網方案

2020-07-22 09:26:52李光健

通信電源技術 2020年9期

李光健

（廣西通信規劃設計咨詢有限公司，廣西南寧 530007）

0 引言

隨著5G標準逐漸趨于固定化，5G投入商業使用正在推行。5G時代，DAS的無源器件與饋線無法適配高頻段，因此無法監督管控旗下器件。如果對其進行適應化改造，則需要較高的成本投入，同時大規模地對其進行容量擴展十分困難。因此，只能將其應用于對容量需求不高的低頻段場景，如地下通道、火車隧道、電梯等位置。新型數字化室分系統相較而言具有更多優點，一方面較易部署推行，另一方面能夠實現運行與維護的可視化，并能夠滿足大規模MIMO的需要。因此，這種系統更適應5G的生存與發展，將會成為未來5G室內分布體系中的重要組成部分[1-2]。

1 5G室內分布系統現狀分析

我國的運營商為了實現室內覆蓋的最大化，借助傳統的DAS方式解決有關問題。傳統的DAS一般以無源器件為主，由于發展年限較長，因此DAS產業鏈已經十分成熟。不僅投資成本低，而且出現故障的概率較小，整體系統運維簡單易上手，還能夠實現系統容量的擴增。但是，由于移動業務的迅速擴張，傳統DAS的缺陷也日益凸顯。

1.1 工程建設存在較高的難度系數，很難優化改造現有工程

傳統室分系統往往配備較多的無源器件，極大程度上增加了工程建設的挑戰性。加上安設過程中會設置許多節點，為日后的安全問題埋下了隱患。建設過程中安設輔助設備需要和物業進行多次協調，整體的建設過程十分具有挑戰性。此外，在雙路改造LTE室分系統時，往往需要新設較多節點，而在需要新設節點的位置可能并不能提供足夠的空間來滿足改造。加上器件的老化速度往往有所差異，建造的工藝參差不齊，無法確保改造后的LTE雙路保持平衡。要確保改造后的成果能夠滿足大規模MIMO的要求，則是難上加難。

1.2 故障的排除與檢查存在較大難度

室內分布系統無論是在最開始安裝時還是后期維修養護過程中，都不可避免地要與物業進行協調和溝通。而傳統室分器件往往數量多、品種雜，無法很好地實現對無源器件的實時監督與管控。要想發現問題，只能依靠用戶的投訴和定期的巡查檢驗。針對大型室分系統而言，即使定期巡檢也無法確保檢查到每一個位置，使得部分隱藏的問題很難被及時發現。此外，部分樓棟會不適當改造等外界因素，排查故障位置時一般耗費大量的人力與物力，甚至可能仍然一無所獲。這種局面直接大幅提升了網絡運行與維護的成本。

1.3 傳統DAS的大部分器件并不能夠適配高頻段

有關數據顯示，傳統DAS的無源器件能夠適配的頻段最高不超過2.7 GHz。一旦頻段超過這個限制，有關器件往往處于無法使用的狀態。同時，同軸電纜的傳輸損耗和頻段呈正比，意味著頻段越高，傳輸損耗越高。對于超過3.5 GHz的頻段而言，傳輸損耗過于巨大，甚至產生虧損。因此，工程中鮮少會使用3.5 GHz及以上的頻段。

2 有源和無源混合組網方案

在5G混合組網中，基本架構主要有藍牙信標、基帶單元、智慧室內分布、路由單元以及遠端信源等。實際應用過程中，可以使用皮基站實現遠端信源，在其內部集成藍牙網關。一般而言，智慧室內分布天線是藍牙信標的室內分布天線，基于射頻饋線和遠端信源進行連接處理。為了提高室內定位精度，使用藍牙信標進行增補處理，采取網絡和遠端信源進行連接。

圖1描述的是無源和有源混合方案的實際組網示意圖，具有5G室內覆蓋網絡的主要特點。

（1）智能運維。圖1中，遠端信源內部集成藍牙網關，智慧室內分布天線內部集成藍牙信標。基于無源網絡，藍牙信標發射的廣播信號發送至藍牙網關，若藍牙網關成功接收到廣播信號，則表明這個無源網絡運行正常。基于無源網絡的作用，藍牙網關還可以對藍牙信標的參數進行配置處理，為運營商維護藍牙信標狀態提供便利條件。針對藍牙信標的供電問題，因為外接無源器件支持通直流，方案中遠端信源通過無源網絡向智慧室內分布天線提供直流電源。

（2）弱覆蓋分析。根據低功耗藍牙（BLE）具有的室內定位功能，終端用戶可以基于信令層或應用層同時上報ELE數據（MAC和RSSI）和網絡覆蓋數據（SINR和RSPP）。基于藍牙信標RSSI信號的強度，對網絡覆蓋數據的歸屬問題進行綜合判斷，確定其屬于哪一個室內分布天線覆蓋區域，以此獲取室內精細化強弱覆蓋對比分析的結果，輔助運營商對網絡性能進行綜合優化。

（3）室內定位。此方案具有多兼容、自動定位和低成本等諸多優點。在藍牙定位功能中，定位精度非常高，達到了藍牙信標布放間距的1/2以內。由于智慧室內分布天線的布放間距往往設置成15 m，因此它的定位精度可以達到7 m。若需要進一步提升定位精度，那么需要升級該方案，增設一定數量的藍牙信標，進一步提升定位精度。通過增加獨立的藍牙信標，控制藍牙信標之間的距離為7 m，將定位的進度提升至3 m。

（4）人流量分析。由于遠端信源具有基站通信的功能，可以輔助分析室內人流量的分布情形，運營商可以借助其進行大數據分析工作。

（5）易于擴展。遠端信源外接的智慧室內分布天線、射頻饋纜和功分器等具有寬帶特性，當前已經成功開發出支持0.8～3.8 GHz頻段的相關產品，天然支持4G/3G/2G以及C-Band l00 MHz等相關頻段，也可以快速兼容未來市場上出現的制代系統。

圖1 有源和無源混合方案實際組網示意

（6）彈性擴容。在網絡擴容前，該方案可以合并4個遠端信源為一個小區，指導網絡容過需求后，基于小區分裂功能，4個遠端信源的速率提升4倍。

（7）nTnR。在5G網絡的遠端信源中，可以實現4T4R的功能。它外接的智慧分布天線是雙級化天線，可以實現2T2R的功能。所以，這個方案兼具2T2R和4T4R的功能。

（8）低成本。該方案中，有效控制遠端信源使用量，增多智慧室內分布天線使用量，有效控制整體建網的成本。基于四功分器的作用，4個遠端信源連接有8根智慧分布天線，形成了1:8混合組網的方案。

3 現網實際應用效果

本文提出了無源和有源混合組網的方式。首先，對4G網絡現網應用進行相應的測試研究，表明其結論也適用于5G網絡。因為現網4G皮基站是2T2R設備，在此次試點研究中外接單極化指揮室內分布天線，未來5G皮基站是4T4R設備，將外接雙極化智慧室內分布天線。4G皮基站的主要內容有擴展型皮基站或分布式皮基站，兩者存在一定的區別，主要表現為基帶單元可以獨立支撐的小區數量。在本次試點過程中，選擇擴展型皮基站，選取一棟寫字樓的各個樓層評估建網測試方案，各方案描述如下：方案1采取純擴展型皮基站，實際建網的方式；方案2采取純擴展型皮基站，預估可以達到5～7 m的定位精度水平；方案3采取智慧室內分布天線和擴展型皮基站的方式，以1:4進行組網，實際建網的方式；方案4采取智慧室內分布天線+擴展型皮基站的方式，以1:8進行組網，實際建網的方式；方案5采取智慧室內分布天線+擴展型皮基站的方式，以1:8組網和獨立藍牙信標；方案6采取單一路DAS進行預估分析。在這些方案中，第1、3、4、5是現網建設，第2、6方案沒有采取現網建設方式，只是用來進行分析。

3.1 建網成本對比

如圖2所示，對6種建網方案進行歸一化處理，進行成本對比分析的結果。建筑面積設置為20 000 m2，將單路DAS作為比較基準，純擴展性皮基站的建網成本大約增加22%。若將室內的定位精度設置為5 m，則要考慮加密純擴展型皮基站，此時的建網成本增加138%。針對混合組網方案，采取1:4組網和組網的建網成本分別是單路DAS的93%和83%。

3.2 覆蓋性能對比

如表1所示，在對覆蓋性能進行打點測試中，測試結果顯示：幾種測試方案得出的RSRP均值不小于-85 dBm，SINR均值小于20 dB；方案3和方案5的下行平均速率都是50 Mb/s，與單流系統的理論速率55 Mb/s非常接近；方案1是純擴展型皮基站方案，下行平均速率90 Mb/s，和雙流系統的理論速率值（110 b/s）比較接近；因為4G終端是單發系統，這兩種方案的上行平均速率是一樣的；通過覆蓋性能的定點測試，結果顯示在測試終端位于距離信號源7m+l堵墻、近點和距離信號源3m+l堵墻時，這幾種方案的上行與下行的平均速率和理論速率比較接近。