大型建筑內部5G信號的覆蓋研究

尹軍祖

關鍵詞：5G信號;室內覆蓋;數字化室分

1緒論

隨著5G系統的快速部署，萬物互聯的5G時代已經來臨。自從2019年10月5G商用開始，截至2021年上半年，我國已經建成全球最大的5G SA網絡，累計開通了5G基站96.1萬個，共享基站40萬個，中國移動5G套餐用戶達到2.51億戶，中國電信也達到了1.31億戶。5G時代個人新業務對體驗的要求遠超4G，大量應用發生在室內，對室內網絡要求更高，尤其是對于人員密集的大型建筑物內的信號覆蓋，所以5G移動信號的室內覆蓋方案及效果尤為重要。5G引入了更高的頻段來獲取帶寬，更高的頻率往往也伴隨著更多的傳輸和穿透損耗，隨著5G技術的發展，其所服務的對象也更加包羅萬象、無處不在，這種情況下傳統的移動通信網絡架構已經難以滿足覆蓋的需求，在5G時代網絡構架下將逐漸演變為宏基站小基站相互協同、室內外互相融合的構架，隨著室內覆蓋的重要性逐漸顯現出來，室內覆蓋方案也會越來越多樣。為此，對建筑物內的覆蓋方案進行研究分析具有積極的意義。

2 5G信號室內覆蓋方式

3GPP把5G頻段分為450MHZ一6GHZ的SUB-6GHZ頻段和24.25GHZ一52.6GHZ的毫米波頻段。因此，全球5G的部署頻段只分為SUB-6GHZ和毫米波。對于5G室內覆蓋目前只需要對SUB-6GHZ頻段進行分析。

移動信號室內覆蓋主要通過以下兩種方式來實現：

（1）外部穿透：外部穿透就是通過室外基站對室內進行覆蓋，無線信號有一定的穿透性，室外基站信號衰減一些后到室內，當室外基站足夠多且信號足夠強時就可以實現一定程度的室內覆蓋。

（2）內部覆蓋：將移動信號直接引入室內，然后利用分布式天線進行室內覆蓋，內部覆蓋避免了穿透損耗，以比較低的功率均勻對室內各處進行覆蓋。

由于基站發射功率以及信號穿透建筑物時所產生的穿透損耗，導致一些大型建筑物、多隔斷式室內、隧道等場景存在大量的信號覆蓋盲區，并且部分建筑內部的業務需求量以及需求密度都較大，僅僅依靠室外基站難以滿足室內覆蓋的需求。信號的內部覆蓋可以有效解決室外基站不能解決的容量不足、信號差、信號紊亂等問題。但是室內單位面積覆蓋成本較高，對宏基站、微基站和室內分布系統而言，我們需要綜合考慮其覆蓋場景、建設規模、建設順序，而5G室內覆蓋的建設方案也是當前各大運營商及科技公司的主要研究內容。

3 5G信號室內覆蓋方案分析

在3G、4G時代，室內覆蓋主要依靠宏基站、小基站和無源室分三種方式協同完成。而有源室分因其造價較高，主要應用于高容量高業務建設，在樓房內主要部署在高業務區域，而樓內低業務區域主要依靠微基站和無源室分系統解決。5G時代數字化室分則起到了重要的作用，數字化室分系統主要由瓦級/毫瓦級一體化小基站+有源室分系統協同解決。

對于宏基站、小基站、無源室分、有源室分在4G、5G中的作用變化總結如下表：

5G室內覆蓋主流方案有：室外宏基站覆蓋室內、數字化室分、對4G的DAS重復利用、數字化室分融合組網（有源室分+無源室分），這幾種方案可以相互協調、相互配合對室內場景進行覆蓋，以達到最好效果。

3.1由室外覆蓋室內：采用室外宏站、室外微站對室內進行覆蓋

室外覆蓋室內主要是依靠室外宏基站、微站對室內場景進行范圍性覆蓋，對于網絡需求不高的室內場景，可采用室外宏站對其進行網絡信號覆蓋，減少資源的浪費，同時也滿足了這些室內場景的網絡需求，但此方案局限性較大，對于業務量較高的室內場景，單靠室外宏站進行覆蓋遠遠不夠。

3.2數字化室分：小基站、有源室分

數字化室分是5G覆蓋中重要的一部分，但是當前數字化室分的技術都尚未完全成熟。目前數字化室分主要依靠小基站和有源室分兩者進行室內覆蓋。

3.2.1小基站（瓦級/毫瓦級一體化小基站）

小基站的覆蓋場景有：（1）宏基站所覆蓋不到且沒有室內部署的場景：比如密集的街道、商鋪和小型房屋等。（2）有源室分覆蓋不完全且建筑物單層面積不大的場景：比如已經裝修完成的辦公樓、酒店、住院樓、居民樓等。（3）不適合有源室分的場景：網絡需求業務較低的辦公區、學校宿舍等。

在街道、小區可以使用現有資源如街道燈桿塔、自建美化燈桿塔等用來部署小基站，在室內則可以選擇樓角、墻角、房間吊頂或墻壁等進行部署。小基站支持交流電供電、以太網供電、光電復合纜供電，外觀都普遍小型隱蔽化，小基站的天線角度可以調節功率大小可以選擇，能滿足不同場景和業務需求。

3.2.2有源室分系統，也稱為毫瓦級分布式基站、分布式皮站

有源室分系統主要由三部分組成，基帶控制單元（BBU）、通用公共無線電匯聚單元（RHUB）和微型射頻拉遠單元（PRRU）。各部分的連接方式為：BBU通過光纖連接RHUB，RHUB通過網線連接PRRU。有源室分適用于任何室內場景。

有源室分室內部署時可以安裝室內的吊頂或者墻壁上，也可以安裝在室內一些裝飾物如落地燈、櫥柜等地方。

根據目前的5G發展階段，有源室分系統的建設應當首先針對EMBB業務，在商務辦公區域、醫院、學校、大型商場等高流量場所進行5G容量型建設，同時對場所的其他區域進行延伸覆蓋，確保移動帶寬;當EMTC和URLLC業務成熟之后，再保證信號覆蓋的連續性、可靠性和容量需求。

皮基站分布方式是5G移動通信的室內覆蓋中較為關鍵的技術。這種技術部署起來十分簡單，設備運行及維護可視化，管理更加智能化，最重要的是維護起來十分方便，而且管理人員可以根據布設目標的變化，進行比較靈活的方案選擇。皮基站能夠跟隨國際標準，支持4G、5G各個階段的業務、容量，也能夠滿足用戶體驗等需求。當前華為LAMPSITE就是以BBU+RHUB+PRRU為組網結構的有源室分室內覆蓋方案。

但是，數字化室分的成本較高、投資收益低，數字化室分的成本一般由BBU、PICO、RHUB的造價組成。當部署面積較小時，遠端的設備數量較少，BBU成本占比較高，所以在小面積部署場景可以適當降低BBU設備成本，提高信源的利用。大型面積場景則隨著部署面積的增大，遠端設備數量增多，成本占比逐漸增多，因此大面積部署場景可以適當降低遠端設備成本。

針對數字化室分的高成本現狀，可以通過對中低容量場景進行降成本分覆蓋：降低BBU成本（根據場景和用戶需求適當降低BBU支持的載波數、用戶數、遠端單元數）、降低RHUB成本（適當降低支持遠端單元數目）、降低PICO成本（減少通道、降低發射功率、降低供應鏈成本——主要包括：物料成本、勞動成本、運輸成本、設備成本和其他變動成本等）、外接DAS系統（通過外接天線進行擴展覆蓋）。

3.3無源分布系統：對4G的舊DAS進行重耕、新建DAS

4G時代，網絡業務約80%發生在室內場景，但室分站點僅承擔了是室內業務量的30%左右，其還是主要靠室外站吸收，因此4G存量的DAS十分大，有幾十萬個資源點，所以在進行5G信號的覆蓋時可以對DAS進行復用，減少資源浪費。但可復用的舊DAS也僅限于支持2.6G頻段的DAS。

新建可以滿足5G頻段的DAS，使用DAS對室內進行覆蓋，相比于有源室分高容量、高業務的特點，無源室分具有成本低但也滿足覆蓋的特點，不過施工較為復雜。在DAS可滿足該室內場景覆蓋的前提下，DAS以其低成本的優點更加受到關注。

3.4數字化室分融合組網：有源室分無源室分融合組網

數字化室分融合組網就是利用有源室分和無源室分同時對場景進行覆蓋，數字化室分融合組網是對于當前階段而出現的在滿足各種場景需求的情況下的低成本覆蓋方式，是根據用戶需求和場景業務需求進行分析，融合有源室分和無源室分對場景進行最優方案的覆蓋。在大區域覆蓋用無源室分DAS，對業務需求較大或者高容量需求場景使用有源室分PICO進行室內覆蓋。從而在保證客戶需求和業務需求的前提下使成本降到最低，這對目前5G室內覆蓋成本較高且并不成熟的情況是一種不錯的方案。

PICO+DAS融合組網方案：一般采用分布式皮站外露射頻口的方式，利用饋線外接天線，實現單PICO覆蓋面積增大，節約成本;或者采用外接天線方式，多隔斷區域通過天線入室，降低室內穿透損耗對覆蓋能力的影響。

4不同場景下5G室內覆蓋方案分析

在5G時代由于業務需求更高、部署頻段更高、投資成本更高、產業成熟不夠。因此應該科學規劃，精細化建設5G室內覆蓋。

一般而言對于不同場景的特點及大致方案如下：

（1）高業務重點場景：大型交通樞紐、大型場館、大型購物中心、校園、醫院。

特點：地標性建筑，品牌窗口，高人流密度、高容量需求熱點場景。

方案：以室內的一體化小基站為主，再根據不同場景的差異化需求配置室外微站和數字化室分融合方案。

（2）一般的隔斷場景：商務辦公樓、酒店、政企大樓。

特點：高端用戶聚集、整體容量需求一般，但存在部分高業務區域，建筑隔斷較多，建網成本偏高。

方案：根據容量需求選擇一體化基站、分布式小基站，同時可以采用數字化室分融合方案降低成本。

（3）中低流量場景：居民區、小型公共場所、地下停車場、電梯。

特點：整體的容量需求不高，居民樓使用室內產品部署成本較高，而且外部玻璃較多，具備室外照射條件，場景面積小，總用戶有限，容量需求低。

方案：具備室外照射條件的場景選擇利用室外宏站/微站照射，對于不具備室外照射條件的使用分布式小基站、數字化室分融合方案。小型公共場所可以采用對無源DAS重耕的方案。

5總結

5G網絡會逐漸融入社會各行各業，成為信息化社會的重要支撐?；谀壳暗?G發展情況，室外宏站的覆蓋和安裝是當前5G覆蓋的主要部分，同時一些主要場所的室內覆蓋及試驗點正在逐步進行，5G成本問題仍是當前5G實現全覆蓋的重中之重，根據場景及客戶需求選擇無源室分、有源室分的融合建設是目前比較好的選擇。每個移動信號覆蓋方案都要根據場景進行分析，選擇合適的覆蓋方式，并對整個網絡的類型進行優化，才能實現真正全面覆蓋。