基于5G數字室內分布覆蓋模式研究

朱朝暉

（中國電信股份有限公司昆明分公司，云南 昆明 650051）

1 研究背景

近年來，信息技術飛速發展。傳統的數字信息化技術已經難以滿足人們的日常生活要求，4K高清視屏、AR等運用的出現也讓數據流量有了爆炸式的增長。根據流量數據分析，較多的用戶分布在室內。為了解決住宅、樓宇、商業樓等場景，信號弱覆蓋的問題，運營商提出了室內分布系統。目前運營商主要使用的是4G室內分布系統，隨著我國5G技術及相關運用的大規模商用，傳統的4G室內分布系統已經難以滿足用戶需求。根據目前數字化技術的發展形勢，5G的發展過程中很有必要研究室內移動網絡速度。針對以上問題，本體提出了基于5G數字室內分布覆蓋研究，通過5G數字室內分布覆蓋研究，能夠在室內場景中滿足眾多人群對流量數據、信號強度等需求。并能降低延時程度進行精準的GPS定位，滿足各行業針對5G技術衍生運用的需求。

4G大規模運用期間，用戶業務主要集中在室內區域。隨著5G網絡逐漸成熟及應用的推廣，智慧家庭、智能工廠等超過70%的5G衍生應用運用于室內，隨著用戶需求的急劇增長，室內信號覆蓋將成為提高運營商競爭力的著重關注點。目前，5G室外信號的覆蓋采用64T64R大規模天線進行覆蓋，相對于4G宏站室外信號覆蓋能力有了進一步的提升，由于5G室內外覆蓋采用同一頻率進行組網，解決室外宏站對室內信號的同頻干擾就變成5G室內覆蓋需要解決的問題。5G室內深度覆蓋需采用什么方式進行建設，已建成的大量存量室內分布系統如何向5G數字數室內分布演進，室內外同頻建設組網的干擾問題如何解決等問題，都成為5G室內覆蓋需要解決的關鍵問題。

2 5G室內分布系統必要性

隨著現代信息技術的快速發展，傳統的移動通信技術在面對大帶寬、低時延的移動通信需求時難以滿足，在此背景下5G通信技術大力發展，為數字化室內分布系統發展帶來了建設指導和優化方案。長期以來，5G室內分布系統的應用與創新成為國家相關部門的主要側重點。國家相關部門針對工程標準化建設、技術過程控制、覆蓋效果等方面提出了一些指導政策，為高效的推進數字化室內分布系統提出了指導意見和發展方向，為室內分布系統在通信領域取得的成就奠定了基礎。同時，各企業機構、科研單位也在對數字化室內分布系統模式創新研究，對5G技術應用流程、發展思路進行大量的探索和研究，效果顯著，促進數字化室內分布系統朝著效果更好、范圍更廣的方向前進。盡管如此，當前5G數字化室內分布系統仍然面臨著一些挑戰何困難。比如，網絡的運行速度和質量不足以滿足市場上現有的5G運用，系統出現故障問題整體維護效率不高，用戶側單元設備功耗相對較高等。

上述列舉的一些問題，已經逐漸影響5G數字化室內分布系統發展，需盡快解決。在上述5G數字化室內分布系統發展的背景中，進一步的討論面向5G數字化室內分布系統具有重要的現實意義。

3 存量室內分布及5G室分主流模式

3.1 存量室內分布模式

（1）傳統室內分布系統：運用于商業樓宇、酒店、高校、醫院等場景。目前的傳統室分建設主要是通過使用功分器、室內全向或板狀天線、耦合器等元器件進行室內分布系統的搭建，通過對末端天線功率進行配平，實現對建設樓宇的室內進行信號覆蓋。該建設模式是目前運營商使用較為廣泛的室內信號覆蓋方式。

（2）樓頂射燈互補：在樓宇棟數校對的樓宇高層安裝射燈板狀天線對樓宇進行覆蓋。對于樓宇較密集的樓宇用戶間公共區域較小，室內信號覆蓋效果不能滿足用戶要求。所以采用在樓宇較高的樓層安裝射燈板狀天線進行信號覆蓋。

（3）光纖分布系統：光纖分布系統主要以光纖作為傳輸流量數據介質，將電磁信號轉為光信號進行數據傳輸，在末端天線通過光信號轉換電磁信號從而達到室內信號覆蓋。相較于傳統室內分布系統，光纖分布系統能夠極大地節約信源的投入，從而降低建設成本。

（4）室分微級聯系統：適用于范圍較大的場景，例如廣場，大型商業樓等。室分微級聯通過使用直放站的方式進行信號覆蓋。相較于傳統室內信號覆蓋具有成本低、建設速度快、布放線纜周期短。通常作為傳統室內信號覆蓋的補充方式。

（5）室外微站：該覆蓋方式主要針對有條件建設室外微站的樓面或燈桿等場景。這種覆蓋方式與射燈類似，但相對于射燈覆蓋方式效果更佳，深度覆蓋范圍廣。

（6）5G新型數字化室內分布系統：我國目前主流廠商都具有新型的數字化室內分布設備，如中興、愛立信、華為。5G新型數字化室分能夠滿足市場上針對5G的運用，相較于傳統數字室內分布系統具有低時延、大容量、高帶寬等優點。投入成本相對較高。

3.2 5G新型數字化室分

在傳統信息化時代，移動通信覆蓋的頻率較低、帶寬低。目前室內信號覆蓋主要是通過傳統數字室分覆蓋及室外宏站進行信號補充覆蓋，難以平滑過渡到5G系統。5G新型數字化室分系統建設方便、支持多信道數據收發、容量大、時延低等優點，過渡到5G網絡投入成本較低，建設周期短，可作為5G新型數字化室分系統主要建設模式。各種設備制造商都推出了新型數字化室分系統。與傳統的DAS相比，新型數字化室分系統具有工程實現方便、可視化運維、多通道MIMO、易于擴展演化等優點。三大運營商及設備廠商在大中型場景信號覆蓋中均有新型數字化室內分布系統運用。

5G時代室內數字化網絡將成為移動網絡的高價值核心，數字化已成為產業發展的必然選擇。為了滿足最佳用戶體驗、高效運維、智能運營的要求，通過數字化產品、數字化集成、數字化運維，打造一張室內數字化網絡。

4 5G新型數字化室分建設模式

為了解決5G在復雜室內場景中的運用，使用5G+數字智能的室分方案，滿足多頻多模的復雜組合，大帶寬滿足共建共享需求，實現快速部署、更大容量，解決各種室內場景中5G覆蓋的問題。數字智能的室分方案經過大規模的4G商用積累和5G商用實踐，相比傳統的DAS系統，能為客戶帶來遠優于傳統方案的更大容量、靈活擴容和透明可見、提高室內定位的精準性。

4.1 5G數字室內分布建網選址原則

5G網絡給運營商運營模式帶來兩個重要的變化：其一，商業上將價值重構，網絡架構上做垂直延伸。其二，未來室內5G網絡將成為與“水、電、氣”同等重要的物業基礎設施，成為運營商5G網絡商業變現的“引擎”之一?？梢园?G室內覆蓋原則分為以下四個原則：

（1）高價值：作為國際口岸、城市窗口的地區，VIP用戶占比較高的區域，黨政軍國家機關可以作為優先覆蓋區域。

（2）高流量、高潛力：對于流量高于全網的企業，不限量套餐用戶占比高的場景優先覆蓋。

（3）投訴重保：對有大型商務和賽事活動的區域以及高層領導、高端人士頻繁活動的區域優先覆蓋。

（4）5G商業能力ready：對于VR/AR、超高清視頻、室內定位、無線醫療、智能制造等業務以及具備基礎的場景優先覆蓋。

4.2 5G數字室內分布建網標準

4G室內建網分為單通道和雙通道兩種標準，5G數字室內分布建網根據目前設備性能及網絡能力可以分為雙通道和四通道兩種標準模式。

5G數字室內分布建設按照新業務訴求和4/5G同點位同覆蓋的模式，提出5G數字室內建網標準建議如表1所示：

表1 5G數字室內分布建設標準

高標準適用于高價值高話務場景比如：體育場館、交通樞紐、校園、地鐵、大型購物中心商場、五星酒店、高檔寫字樓等商業樓宇。一般標準適用于醫院、普通辦公樓、普通酒店、普通商場、宿舍等話務量一般的樓宇。

對于5G數字室內覆蓋的覆蓋半徑，NR鏈路預算原理與LTE/UMTS的測算模型基本一致。通過對鏈路進行分析可以得到路徑上的傳播損耗，通過3GPP38.901定義的室內統計傳播模型可以計算出數字室內覆蓋的半徑。

表2

路徑損耗計算公式：路徑損耗（dB）=基站發射功率（dBm）-10×log10（子載波數）-基站饋線損耗（dB）+基站天線增益（dBi）-穿透損耗（dB）-植被損耗（dB）-人體遮擋損耗（dB）-慢衰落余量（dB）-干擾余量（dB）-人體吸收（dB）+UE天線增益（dB）-熱噪聲功率（dBm）-UE噪聲系數（dB）-解調門限SINR（dB）。

4.3 5G數字室內分布新建模式

5G數字室內分布建設模式采用三級架構。PRU由基帶單元、匯聚單元和遠端射頻單元構成。BBU能夠實現多?；鶐Ъ岸嗄f議棧功能；PB對PRRU供電，同時通過對多路PRRUIQ（IQ指通信調制的I路數據和Q路數據）數據求和來實現小區合并功能；PRRU實現RRU功能，且發射功率為毫瓦級。

對于數字室內分布系統內小區邏輯劃分可以靈活的對小區進行合并，一條光鏈路下最大4級PB所連接的天線可以合并成一個邏輯小區，可根據話務情況彈性改變小區數：在用戶話務量低、用戶數量少時，可以將最大的32個PRRU合并成一個邏輯小區；當用戶話務量高時，可以靈活的把室內分布系統內PRRU劃分為一個邏輯小區。

圖2 5G數字室內分布新建方案

4.4 存量DIS室分向5G數字室內分布演進

以下主要針對三種存量DIS室分演進進行說明：

（1）存量雙網線室分，長度100m內。通過對原有室分系統疊加NRonly設備，在BBU側增加5G基帶板。

圖3 存量雙網線（<100m）演進模式

（2）存量單網線室分，長度100m內。對于這種情況下的室分系統，可以更換支持5G的RHUB或者疊加NRonly設備，在BBU側增加5G基帶板。

圖4 存量單網線（<100m）演進模式

（3）存量單網線室分，長度超過100m。對原有室分系統使用網線級聯NRonly設備，在BBU側增加5G基帶板。

圖5 存量單網線（>100m）演進模式

4.5 原有無源室分向5G數字室內分布演進

（1）在POI處增加移頻管理單元把5GMIMO信號變頻并入無源室分網絡。保持原拓撲結構不變，無源器件及饋線充分利舊，減少新增覆蓋天線點位。

（2）更換末端覆蓋天線，把5GMIMO信號變頻還原，并把上行信號回傳。

（3）原有2/3/4G信號直通，通過天線設計提升，維持或接近原有覆蓋水平。

（4）用單根1/2饋線線纜傳輸5GMIMO信號，多路信號幅度自動調整，保證MIMO覆蓋質量。

（5）遠端天線全監控，實時監控5G/4G信號覆蓋質量。

（6）POE網線饋電、微波賦能等多種遠端供電方式。

圖6 原有無源室分演進方案

5 5G數字化室內分布系統展望

5.1 提升網絡升級效率

在5G技術運用中，數字化室內分布系統的主要載體為特定頻率的頻段，在這種網絡下，終端結構在室內分布系統中的數量得以顯著改變，這就需要不斷提升網絡升級效率來滿足不同類型與功能設備的實際需求。在數字化室內分布系統構建過程中，應將基站側、集線器單元、射頻發射的遠端單元作為關鍵與重點，提升彼此之間的銜接性，實現網絡運行與維護效率的最大化。同時，在數字化室內分布系統建設過程中，隨著施工技術水平的不斷提升，相應的施工難度將會進一步縮小，有助于改善用戶實際體驗。

5.2 強化運維可視化發展

組網結構是運維可視化的關鍵與基礎所在，從當前現狀來看，部分情況下的組網結構愈發冗雜，數據冗余問題相對突出，在網絡運維強度不斷提高的背景下，需要提高末端射頻單元量。在數字化室內布局系統設計網絡、設計末端發射等工作環節，需要在保障特定元器件數量的基礎上，對全面監控設備的性能進行改進，及時辨識與發現潛在的系統性故障等難題，精準對故障點位進行定位，推動運維可視化始終朝著更高效率、更高質量的方向發展。此外，在運維可視化的支持下，相關技術人員可立足用戶密度，及時掌握信道通信運行狀況。

5.3 降低升級改造難度

5G技術作為目前先進且成熟的通信技術。在現代通信研發領域，隨著通信需求的持續強化，相應的通信技術拓展升級也將不斷加快，所涉及的數字信號量將會呈指數式上升狀態。對此，數字化室內分布系統應具備良好的兼容性與可拓展性，為后期升級改造提供良好前提條件，可科學合理地對MIMO進行設計，通過計算機技術與軟件技術的支持，使大規模天線技術成為未來通信的基礎保障。在降低數字化室內分布系統升級難度的同時，運維效率、網絡轉型、管理智能化等也將同步推進。

6 結束語

新型的數字化室分系統設計思路更加快捷，不需要改造分布系統，也不需要增加數字天線，便于人們能更加快速的體驗到5G網絡帶來的便利性。由于受技術方法、過程控制、效果評價等方面要素的影響，當前面向5G演進的數字化室內分布系統依舊存在諸多不容忽視的薄弱環節與不足之處，阻礙著其整體效的優化提升。因此，技術人員應該從數字化室內分布系統的客觀實際需求出發，充分遵循5G技術的基本應用原理與規律，創新技術應用理念，強化技術過程控制，為提升數字化室內分布系統的整體應用效能奠定基礎，推動現代經濟和社會向更高水平發展。

附錄

MIMO：multiple-in multipleout-多進多出技術：為極大地提高信道容量，在發送端和接收端都使用多根天線，在收發之間構成多個信道的天線系統。

DAS：Distributed Antenna System-室內分布式天線系統

DIS：Digital Information System-數字化室分系統

LTE/UMTS：4G/3G系統

SS-RSRP：SS reference signal received power- SS參考信號接收功率：攜帶二次同步信號（SS）的資源元素的功率的線性平均值

CSI-RSRP：CSI reference signal received power-CSI參考信號功率：配置的

CSI- rs場景中，在考慮的測量頻率帶寬內，攜帶為RSRP測量配置的CSI參考信號的資源元素的功率的線性平均值。

POE：Power Over Ethernet-有源以太網