基于5G數字化分布系統的奇偶錯層覆蓋技術研究

摘要：隨著5G技術的大規模應用，室內網絡深度覆蓋將會是5G網絡發揮重要作用的場景。基于新型數字化分布系統的多通道結合收發奇偶錯層室內覆蓋技術，把分布式系統的多個收發節點聯合起來構建一個更多維度的虛擬多天線收發系統，通過算法，解決現有分布系統多通道間功率不平衡等問題，為5G網絡的快速建設和低成本運營提供了良好的技術支持。

關鍵詞：5G；數字化；分布系統；錯層覆蓋

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.01.005

中圖分類號：TN 929.5? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? 文章編碼：1672-7274（2024）01-00-03

Research on Parity Dislocation Layer Coverage Technology Based on 5G Digital Distribution System

LIN Tuanping

（Gongcheng Management Consulting Co.， Ltd.， Guangzhou 516030， China）

Abstract： With the large-scale application of 5G technology， deep coverage of indoor networks will be a scenario where 5G plays an important role. Based on the new digital distribution system's multi-channel joint transmission and parity staggered indoor coverage technology， multiple transmission nodes of the distributed system are combined to build a virtual multi-antenna transmission and reception system with more dimensions. Through algorithms， problems such as power imbalance between multiple channels in the existing distribution system are reduced， providing good technical support for the rapid construction and low-cost operation of 5G networks.

Key words： 5G; digitization; distributed system; staggered coverage

1? ?研究背景

隨著5G時代的到來，由于其信號穿透性差的特點，室外基站難以兼顧室內的信號覆蓋效果，因此5G網絡的室內分布工程尤為重要。目前，各大通信網絡運營商新建的數字化室內分布系統主要以光纖和網線為介質，采用接入單元MAU、擴展單元MEU、遠端單元MRU三級網絡組網的架構。新型數字化室內分布系統相比傳統分布系統具有升級方案更簡單、性能更優、施工更便捷的優點^[1]，但與現有的室內分布系統不兼容，需要重新建設，經常存在物業協調難度大、施工進度受影響等問題，難以快速實現室內信號覆蓋的目的。

2? ?當前各種室內分布系統分析

現有室內分布系統主要為大量4G傳統DAS室內分布系統，DAS室分系統大都通過RRU側進行合路，新型數字化分布系統多在BBU側進行合路，并通過合路單元解決從BBU到達RHUB之間的合路問題。新型數字化室分系統采用三級架構，通過數字化設備提升，借助4T4R技術滿足5G網絡與現網的共同覆蓋，并能夠進一步支持nTnR的網絡，提升客戶體驗。但在當前網絡覆蓋的背景下，新型數字化室分系統的缺點也比較明顯。

（1）當前室內分布系統大部分使用單通道模式的無源系統，其器件以及天線都無法支持5G MIMO系統，峰值速率難以達到用戶的期望。

（2）5G網絡室內覆蓋基本以有源室分系統為主，包括接入單元MAU、擴展單元MEU、遠端單元MRU。接入單元MAU、擴展單元MEU、遠端單元MRU等，設備造價一般是4G設備的數倍，雖然網線+光纖的連接方式在一定程度降低了建設費用，但總體建設費用增加較大。

（3）對纖芯資源的需求量非常大，需重新制定室分基帶池集中放置或下沉部署策略^[2]。

（4）能耗偏高，新型數字化分布系統采用的設備數量較多，經過測算，若全部采用有源方案，同等的覆蓋范圍內，需要用到7～8倍的傳統4G室分系統能耗，導致運營成本增高^[3]。

3? ?基于新型數字化室分系統的奇偶錯層覆蓋技術

3.1 多通道聯合收發奇偶錯層技術原理

多通道錯層室內覆蓋技術主要原理是利用一個或多個RRU的不同通道，把分布式系統的多個收發節點聯合起來構建一個更多維度的虛擬多天線收發系統，通過算法，消減傳統分布系統多通道間功率不平衡帶來的負面影響，不再受限于傳統分布系統嚴苛的物理鏈路均衡要求，實現多流效果。該方案只需要對現有的饋線系統進行適當改造，不需要大量新建光纜資源，所用5G設備的數量也相應減少，能夠很好地解決5G室內分布系統建設成本和運營成本高的問題。

3.2 多通道聯合收發奇偶錯層技術思路

小區的用戶吞吐量即速率主要和小區的無線帶寬資源、下行的SINR、小區同時進行下載業務的用戶數、調度算法，單雙流等相關聯，其中，單雙流跟無線信道的秩（Rank）和誤塊率（BLER）息息相關。當秩為2，也就是有2種不相關或相關度低的無線信道在較長時間內得以維持，下載業務的資源調度占比處于較高狀態，共享信道的下行速率會顯著提升，從而實現雙流，提升下載速率。

通過多通道錯層室內覆蓋技術，無須新增饋線，且無須改變原有分布系統的基本網絡架構，在單路饋線的情況下，通過多通道錯層技術制造出空分復用的效果，令用戶設備接收到的信號分別來自本層信號、上層和下層的信號，即可在單路饋線分布系統中實現雙流。同樣的，雙路饋線分布系統就可以實現4流的覆蓋效果。

3.3 多通道聯合收發奇偶錯層覆蓋設計

利用一個或多個RRU的不同通道，聯合多個收發節點，以提高天線增益及系統性能。采用5G創新算法，消減分布系統多通道間功率不平衡帶來的負面影響，不再受限于傳統分布系統嚴苛的物理鏈路均衡要求，實現多流效果，然后對原有的傳統分布系統在不改變網絡架構的前提下進行小部分改造，經過這幾種技術的結合，能夠在傳統單饋線或雙饋線的分布系統中實現雙流或四流，提升無線上下行速率的創新技術水平。該技術能夠提高傳統饋線分布系統的利用率，不需再重新布放光纜，減少對光纖資源的需求；不需要完全新建數字化分布系統，即不需要安裝龐大數量的數字設備，大大降低功耗，使運營成本也大大降低。該技術能夠降低新建系統的費用和縮減建設工期，同時降低運營成本。

3.3.1 多維度的虛擬多天線收發系統

通過天線的分集空間自由度和增益提升的方式，可實現融合多個收發節點的多維度的虛擬多天線收發系統，提升其性能。基于MIMO的多維度的多天線收發系統中的秩（Rank）相當于各個收發設備之間的通路內單獨并行信道數量，暫且用RI表示^[4]。如果其值為1，傳輸通道可認為完全相關，信號傳送過程中就會出現干擾情況，從而使接收端接收信號困難；其值大于1，就意味著存在多條不相關的獨立信道，用戶端可接收多條不相關通路信號并解碼，因此傳輸的信道容量以及可靠性都會得到提升。

目前用戶設備UE均采用4×4天線收發，RI都是4，而且在多個發送天線和多個接收天線的多維度的虛擬多天線收發系統中RI是自適應的，所以整個系統中RI的值是發送端受限的，即如2×1，天線發射端口為2，接收端口為1，則Rank和層數為1。在虛擬多天線收發模式下，通過空間復用，能夠提升RI，從而突破RI的限制，實現更多流的下行，復合的PMI可以在終端設備進行檢測獲得最佳RI值。

3.3.2 奇偶錯層覆蓋的改造

現有分布系統基本以全向天線為主，其主瓣信號可在垂直方向穿透地板覆蓋下一層，與此同時，通過后向信號輻射透過天花板輻射上一層。這種覆蓋方式與原有的單流分布系統相比，從兩路主干分別連接高低層區天線，變為現在的一路接入奇數層天線，另外一路接入偶數層天線，如圖1所示。按此方法改造，雖然每層只有1路天饋，但可以通過上下兩層獲得另一路信號，從而獲得雙流的效果。

同理，在現有的傳統雙饋線的分布系統中，對主干進行相應的改造，同樣能在雙流室分系統實現4流的效果。

4? ?多通道聯合收發奇偶錯層覆蓋測試驗證

按以上方案改造完成后的雙流或者4流系統，信號需穿透天花板實現跨層覆蓋，哪怕處于同一位置上的天線處功率也并不相同，甚至存在較大差異。在功率不完全平衡、甚至差異較大的情況下，雙流或4流效果能否有效實現，需要進行進一步的測試與驗證。

4.1 單饋線變雙流場景方案測試

為了更好地驗證多通道錯層室內分布的覆蓋效果，特采用了較厚的混凝土樓板以及鋁制金屬天花板的商業樓宇作為測試場景。為了更好驗證不同樓層的效果差別，分別對高層及低層的5G雙流、4流的改造前后測量數據進行對比，具體情況如表1所示。

由表1數據可以看出，改造前單饋線方案的速率基本介于352～380 Mbps，跟5G網絡理想速率相比，相差甚遠。通過錯層改造，并運用多通道虛擬天線技術之后，所測得下載速率基本介乎617～703 Mbps，相比原有的單流方案約有1倍的提升。對雙饋線進行4流改造的方案也是如此，改造前測試到的下載速率基本為635～692 Mbps，改造后4流速率基本為890～969 Mbps，增幅接近50%。無論是單流改雙流，還是雙流改4流，效果同樣明顯，說明多通道聯合收發奇偶錯層覆蓋技術有效。

由于改造后的錯層系統其中一路信號需要穿過樓板和天花吊頂，存在較大的樓板傳輸損耗，樓板的厚度和天花吊頂使用的材質存在不確定性，傳輸損耗也不確定，再加上采用饋線系統存在較多的物理損耗，導致未能達到5G網絡理論值。雙流改造速率提升幅度沒有單流改造高，主要原因是受限于無線環境多徑條件，雙饋線場景錯層改造后平均Rank秩大概是3.2，較改造前增加約1.4倍，因此效果提升低于單流改造場景。

4.2 改造周期及建設運營成本分析

經過測算，使用多通道錯層分布技術開展5G數字化分布系統建設，可縮短項目建設的周期，降低建設運行維護成本。以一棟8層共60 000平方米的現有雙饋線商業大樓為例，若要實現4流的效果，采用多通道錯層室內覆蓋技術直接將5G信源接入現有室內分布系統的方案，只需要增加相應的5G設備、合路器、功分器和一些輔助材料對既有室內分布系統進行改造，總投資造價約32萬元；由于不需要新建光纜和分布系統，且減少物業的協調，建設周期可縮減到7天；運營成本主要是增加的少量RRU的功耗。若完全新建5G數字化分布系統，需要大量的新型數字設備及新建分布系統，需要大量光纖資源即需要重新布放光纜，總的投資成本約為128萬元。因為需要新建分布系統，需要與物業進行協調，建設周期大約在24天；隨著較多設備的增加，后期運營功耗也將大量增加。

5? ?結束語

基于新型數字化分布系統的多通道聯合收發奇偶錯層室內覆蓋技術，通過利用一個或多個RRU的不同通道，把分布式系統的多個收發節點聯合起來構建一個更多維度的虛擬多天線收發系統，同時采用5G創新算法，消減現有分布系統多通道間功率不平衡帶來的負面影響，不再受限于現有分布系統嚴苛的物理鏈路均衡要求，在不改變網絡架構的情況下對現有分布系統進行適量改造，就能使傳統分布系統實現1流變2流或者2流變4流，達到上/下行多流傳輸。多通道聯合收發奇偶錯層室內覆蓋技術適用于合路原有的DAS系統來實現5G室分系統的功能，很好地避免了5G室內分布建設周期長、投入大、運營成本過高的問題，同時能夠很好利用現有分布系統的資源和光纖資源，提高運營商的布網覆蓋速度，對于運營商搶占先機、提高用戶的滿意度是一個很好的選擇。

參考文獻

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[2] 李辰．5G室內覆蓋規模部署研究與思考[J]．電信科學，2020（4）：38-44.

[3] 鞏倩倩，段宗維，楊青青，等．5G背景下室內信號覆蓋解決方案的研究[J]．無線互聯科技，2021（3）：3-4，7.

[4] 劉磊．LTEMIMO中秩（RI）的意義及作用過程[J]．中國新通信，2014（9）：73-74.

作者簡介：林團平（1970-），男，漢族，廣東汕頭人，高級工程師，本科，研究方向為信息通信網絡工程。