廣電5G室內覆蓋分析與研究

郭宏剛

（江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司南京分公司，江蘇 南京 210049）

0 引言

以5G網絡為代表的新型基礎設施建設是國家“十三五”戰略性新興產業的重點布局內容，其泛在網絡支撐能力、業務應用創新能力對大幅增強廣電網絡文化信息服務的廣度與深度均具有深遠的戰略意義。廣電基于700 MHz頻段優勢資源，通過共建共享協議進行5G網絡建設，在運營模式上是一次重大的創新。廣電5G不需要重走傳統運營商“重資產、長周期”的老路，而是選擇了一條“輕資產、快運營”的創新之路。

廣電網絡不僅僅擁有黃金頻段的優勢，其本身就具備網絡覆蓋范圍廣、線路和端口資源豐富的優勢。在5G時代背景下，廣電網絡在發展中更應立足于社會發展實際、順應時代發展潮流，在推動廣電接入網的5G前傳技術的前提下，充分提高網絡資源的利用率，實現雙向接入網的室內覆蓋目標［1］，在滿足5G室內覆蓋對大寬帶、低延時、高效率、時間同步要求的基礎上，構建出成本低、效率高、覆蓋范圍廣的5G室內網絡，最終實現有線網絡與無線網絡同步發展的目標。

1 5G室內覆蓋網絡面臨的困境

隨著5G網絡的規模建設，網絡運營商主導的5G二期建設完成后將為全國所有地級以上城市提供5G商用服務，部分發達省份實現縣城熱點區域的5G覆蓋，預計到2022年年底，將基本建成一張全國連續的5G網絡。5G網絡的大帶寬、低時延、高可靠的特性，為業務提供了必要的網絡基礎，推動了業務的不斷豐富。5G業務應用場所有80%以上在室內，而室內網絡在帶寬、同步、時延及GPS定位服務上尚有很大不足。5G網絡場景應用業務的不斷豐富發展對室內網絡覆蓋的要求越來越高。相比4G時代的70%，5G時代室內流量占比高達80%，包括語音、AR＼VR等應用，對網絡性能提出了更高的要求［2］。而5G的頻段非常高，傳播損耗、穿透損耗都很大，難以從室外傳到室內，室內覆蓋面臨眾多的挑戰。

1.1 室內網絡覆蓋建設規模大

目前室分系統建設不僅僅是大型新建樓宇的5G覆蓋，家庭室內覆蓋更是規模巨大且復雜性高。

1.2 建設成本高

對5G室內覆蓋的推進，不管是改造還是新建，成本都很高，相比于4G室分設備而言，5G設備在工作頻段、載波帶寬、通道數量和發射功率方面均有大幅提升。特別是在5G室分建網初期，設備成本將會較大幅度增長。

1.3 建網要求高

在滿足5G室內覆蓋對大寬帶、低延時、高效率、時間同步要求的基礎上，室內網絡覆蓋建設對室分設備、網絡優化、組網方式等都提出了全新的要求。

1.4 落地實施難

室內網絡覆蓋工程無論是天線安裝、室內走線、基站布局都面臨空間不足、協調困難等各類問題。

2 5G室內覆蓋網絡需智能化發展

在5G網絡技術即將被廣泛使用的時代，5G室內全覆蓋已全面展開，室分網絡末端節點不僅需要具備移動通信能力，更需要支撐運營商拓展全新的數字化業務領域，為家庭全5G業務應用場景提供全面保障。目前，廣電擁有規模龐大的有線電視室內覆蓋網絡，基于該網絡優勢，更易于探索出全新的數字化業務領域。

根據國際運營商轉型的成功經驗，全新業務領域具備以下4個特點：(1）該領域業務已經形成了規模化需求，覆蓋用戶數眾多，可以發揮運營商的規模化優勢；(2）該領域業務需要一定的資產投入，可以發揮運營商已有的重資產優勢；(3）該領域業務需要將線上和線下相結合，可以發揮運營商的實體渠道優勢；(4）該領域業務需要“高信譽度”，可以發揮運營商的良好社會認知度。廣電作為第四大運營商，具備以上特點和優勢，在5G室內覆蓋網絡需智能化發展上更要發揮優勢，在5G市場發展中勇于創新，大力推動國家5G通信建設的步伐。

3 家庭應用場景發展需求

3.1 應用場景概述

按照5G室內應用場景容量需求，可以將應用場景劃分為覆蓋場景(如辦公場所）、體驗場景(如醫院/商場/家庭等）和容量場景(如校園/機場高鐵大廳/會展中心等）等。5G網絡的高速率、大容量、低時延和廣連接為室內業務提供必要的網絡基礎，推動室內業務的不斷豐富，室內技術應用場景亦成為5G網絡普及的決勝關鍵。在5G各種應用場景中，家庭體驗場景應用發展尤為迅猛，本文將結合家庭主要應用場景的需求對家庭室內覆蓋進行重點分析。

3.2 家庭主要應用場景及業務需求

3.2.1 8K/VR/AR

高質量VR/AR內容處理走向云端，在滿足用戶日益增長的體驗要求的同時降低了設備價格，8K/VR/AR將成為移動網絡最有潛力的大流量業務。8K/VR/AR是典型的高帶寬、低時延業務，通常發生在室內。為了滿足越來越多的應用場景體驗，設備移動性是需要考慮的其中一項重要指標，這就需要設備通過無線網絡傳輸。另外，VR/AR業務強依賴于實時計算機圖像渲染和建模，需要大量的數據傳輸、存儲和計算功能，這些數據和計算密集型任務如果轉移到云端，就能利用云端服務器的數據存儲和高速計算能力。

針對8K/VR/AR業務對5G網絡帶寬的實際需要，如表2所示，單4 K 60 fps視頻流需要滿足速率25 Mbps，單8 K 120 fps(也是VR/AR的基本需求）視頻流需要滿足速率100 Mbps。

表1 8K／VR／AR業務帶寬需求

3.2.2 新社交

新社交網絡最明顯的特征是視頻在社交中占據的比例越來越大，對視頻的清晰程度要求越來越高。移動視頻業務不斷發展，以前用戶直接觀看點播視頻，而現在用戶則從不同渠道觀看各種實時直播內容。室內賽場、演唱會現場甚至是個人直播場景，視頻直播對網絡的容量提出了更高的要求。智能手機內置軟件依靠移動直播視頻平臺，可以保證主播和觀眾互動的實時性，使這種新型的“一對多”直播通信比傳統的“一對多”廣播更具互動性和社交性。另外，觀眾之間的互動也為直播視頻業務增加了“多對多”的社交維度。基于5G網絡，通過實時高清視頻、AR/VR等方式進行虛擬社交或遠程會議，在疫情防控進入常態化的今天也有利于避免人群聚集，但對網絡承載能力要求上不僅需要高帶寬，還對低時延與低抖動有一定的要求，可接受的范圍在端到端網絡時延＜100 ms，抖動＜20 ms。

3.2.3 個人AI

伴隨著智能手機市場的成熟，可穿戴和智能助理有望引領下一波智能設備的普及。當前由于電池使用時間、網絡延遲和帶寬限制，個人可穿戴設備通常采用WiFi或藍牙進行連接，需要經常與計算機和智能手機配對，無法作為獨立設備存在。5G將同時為消費者領域和企業業務領域的可穿戴和智能輔助設備提供機會。可穿戴設備將為制造和倉庫工作人員提供“免提”式信息服務。云端AI使可穿戴設備具有AI能力，如搜索特定物體或人員。個人AI助理需要邊緣計算支持，同時邊緣采集用戶數據交由云端AI訓練，根據訓練結果，云端對邊緣的決策算法進行優化調整。個人AI助理在信息交換及算法決策中對網絡時延方面要求決策響應＜10 ms。個人AI信息交換如圖1所示。

圖1 個人AI信息交換

3.2.4 遠程醫療護理

在過去5年中，移動互聯網在醫療設備中的使用頻率正在增加。醫療行業開始采用可穿戴或便攜設備集成遠程診斷、遠程手術和遠程醫療監控等解決方案。通過5G網絡連接到AI醫療輔助系統，醫療行業有機會開展個性化的醫療咨詢服務。人工智能醫療系統可以嵌入醫院呼叫中心、家庭醫療咨詢助理設備、本地醫生診所，甚至是缺乏現場醫務人員的移動診所(見圖2）。遠程診斷是一類特別的應用，尤其依賴5G網絡的低延遲和高QoS保障特性。

圖2 遠程醫療護理

4 廣電5G室內覆蓋技術方案

4.1 常見的5G室內覆蓋方式

隨著5G普及率的不斷提高，用戶對5G室內覆蓋的要求也越來越高，但是傳統的室外宏基站已經難以滿足5G室內覆蓋對帶寬、同步、時延這3方面的要求。廣電700 MHz頻段5G網絡是一張基礎性的網絡，基于黃金頻段的優勢，深度覆蓋性能好，在700 MHz網絡建設初期采用3.3 G有源室分組網建設測試方案中，小區無線覆蓋網絡上下行峰值速率已可達600 Mbit/s和1.5 Gbit/s。

目前常見的5G室內覆蓋方式主要有分布式天線系統、數字化微基站系統兩種［3］，結合這兩種方式特點，延展廣電5G室內覆蓋的建網優勢。

4.1.1 分布式天線系統

分布式天線系統主要是由一個分布于某個建筑物室內的合路器、同軸電纜、功分器以及耦合器等構成的，是專門服務于無線室內覆蓋的網絡體系。該種方式綜合運用室內有/無源分布系統、室分外引系統及室外宏站等多種技術手段，全方位立體化解決區域化場景的室內外覆蓋。廣電借助700 MHz頻段覆蓋范圍廣、繞射能力強、傳輸損耗低等優勢，通過室外宏站或室分外引系統覆蓋室外區域及建筑物室內靠近窗邊或部分內部區域的大顆粒覆蓋，借助有線電視基礎網絡，通過室內分布系統覆蓋建筑物的弱覆蓋區或覆蓋盲區等深度區域，室內外互補實現區域化場景多區域的良好覆蓋。

4.1.2 數字化微基站系統

數字化微基站系統是一個新型的室內分布系統，是由室內基帶處理單元、射頻遠端單元極限設備以及射頻遠端單元組成的，在應用中存在有源系統的特征，能夠同時接入4G和5G網絡，因此備受業界關注。廣電5G網絡從零開始建設，具有700 MHz頻段優勢資源，可全面采用虛擬化、云化技術部署5G網絡，再結合微基站高度靈活性、易部署、可管可控的特點，實現低成本5G室內覆蓋，更具后發優勢。

4.2 廣電“5G＋室內覆蓋”架構

“5G＋室內覆蓋”以廣電有線電視網絡為基礎，利用5G網絡廣覆蓋、低時延的優勢，實現基于有線電視網絡的無線一體化部署，提高系統容量和寬帶接入能力，滿足手機、機頂盒、VR等智能終端的業務需求。

5G網絡室內分布覆蓋建設將會面臨高頻傳輸穿透損耗、多天線部署、施工布線、網絡容量可視化管理、室內精確定位、室內外網絡協同等多方面的挑戰。結合分配給廣電的700 MHz、4.9 GHz、3.3~3.4 GHz頻段，構建廣電5G網絡“宏基站＋小基站＋室分微站”的組網覆蓋模式。該種模式能快速解決“最后一公里”廣電5G網絡全覆蓋，適應5G新時代對接入網的新需求，并有效降低網絡建設與運維成本。

4.3 解決方案

5G室內采用3 300~3 400 MHz同軸以太小基站，區級邊緣云下沉到OLT前端。家庭接入支持FTTH和FTTB兩種方式，其中FTTH在家庭入戶ONU側實現5GoC(5GoverCable，5GoC）局端，將光信號轉為千兆同軸電信號，基于同軸進行家庭室內5G熱點覆蓋，通過5GoC一體化基站進行5G接入，實現用戶的全業務接入；FTTB在樓頭部署5GoC局端，基于樓宇內的同軸進行室內5G熱點覆蓋。邊緣云實現在用戶接入側與電信運營商共享有線電纜資源，通過有線電纜延伸5G的深度覆蓋，實現多運營商用戶接入和有效管理。該組網方案可在開展5G新業務的同時，兼顧傳統業務，進一步發揮廣電網的優勢，在實現低延時的同時還大幅提升5G容量層的用戶量，降低5G建設的成本。

同軸以太小基站具體應用到5GoC技術。具體特性如下：5GoC技術利用同軸實現5G室內覆蓋，具有獨立的射頻和基帶功能的微基站在未來5G室內網絡建設中將成為重要的設備形態。微基站的建設需要在室內建立多個向上連接核心網的信息入口。同軸電纜由于信道容量大、入戶率高、室內泛在部署，可以作為5G室內滲透和深度覆蓋的重要入戶信息通道。其中，在FTTH環境下，在家庭入戶ONU側實現5GoC局端，將光信號轉為千兆同軸電信號，基于同軸進行家庭室內5G熱點覆蓋；在FTTB環境下，在樓頭部署5GoC局端，基于樓宇內的同軸進行室內5G熱點覆蓋。并通過5GoC一體化基站進行5G接入，實現 用戶的全業務接入。

圖3 廣電5G室分技術的總體架構

基于HINOC技術的一體化基站部署方案如圖4所示，HINOC起到回傳承載的作用。HINOC局端設備HB處于樓頭或樓道，并通過光交換機直連或PON網絡上聯5G傳送網中的接入或匯聚設備。HINOC終端設備HM通過樓道內的同軸電纜與HB構成星型網絡，并通過以太網接口與一體化小基站相連。

圖4 一體化基站部署

該方案具有以下效益：

(1）不受5G信號頻率高、損耗高等限制，實現5G信號室內良好覆蓋；

(2）無需新建基站等基礎設施，降低資金投入和工程、運營風險；

(3）充分利用廣電同軸電纜資源，實現資源增值；

(4）工程實施快，能夠在各地廣電5G網絡建設中迅速推廣，具有廣泛的應用前景。

結合5G家庭主要應用場景，在家庭網絡環境中充分利用廣電5G高帶寬、低時延、大連接特性的家庭網絡業務，帶給用戶全新的體驗。

迅速提升廣電5G網絡的覆蓋能力，以廣電網絡擁有龐大的用戶為基礎，深度挖掘有線網絡進入千家萬戶的渠道優勢，增強用戶良好的家庭體驗效果，更深入地推進廣電在智慧家庭、智慧社區和智慧城市領域的建設力度，推動廣電5G產業的蓬勃發展。

5 結語

在5G規模建網的大背景下，5G的室內覆蓋和分布系統建設確實面臨極大的挑戰，有限的傳播距離和穿墻性決定了其需要大規模部署［4］，而高昂的建設成本已讓傳統運營商倍感壓力。廣電行業面對5G新的機遇，充分發揮自身的資源優勢，借助5G業務應用的發展不斷實現技術創新，大力開展廣電5G網絡覆蓋建設工作，進而推動廣電事業得以進一步發展。在技術共融方面，加快與中國移動共建共享協議推進工作，逐步實現統一空口、一體化架構設計，形成通信系統融合其他系統的設計范式，最大程度兼容復用現有5G網絡系統、基于標準化終端、最小化5G端到端的改造及家庭室內覆蓋建設，降低產業成本。希望運營商之間能夠加大共建共享力度，從各個方面進行降本增效，達到優化無線網絡資源分配的高效組網覆蓋目標。