4G/5G室内覆盖协同组网研究

1 概述

目前正处于4G/5G网络迭代时期，网络部署需综合考虑4G/5G覆盖需求，提高综合投资效率。针对不同室分场景，如何进行4G/5G室内覆盖分布混合协同组网，是本课题研究的目的[1]。

2 室内覆盖现状分析

2.1 4G室内分布建设方式总结

室内分布系统从2G单系统、2G+3G双系统，到2G+3G+4G多系统，发展到目前数字化分布系统，经历了一系列技术演进[2]。

传统无源分布系统在现网室分占比90%以上，单个信源一般可以覆盖10 000平方米左右，无源分布系统泄漏电缆在特殊环境中使用，列如：地铁、高铁隧道、高速电梯等通道型场景。

传统有源分布系统是指为了节省信源，扩大覆盖区域，通过在无源分布系统的支线或干线中加装干线放大器或使用有源天线、变频器等有源器件增加功率，从而扩大覆盖区域的分布系统。干线放大器的加入会引起底噪抬升，影响信号覆盖质量，在制定设计方案时需谨慎。

光纤分布系统采用数字化技术，具有安装方便、快捷、可靠，造价较低等优点，适用于城中村、住宅小区、大型场馆、街道商铺、VIP客户家庭等场景覆盖[3]。

数字化室内分布系统主要用以解决室内“三高”场景的覆盖和容量需求（高品牌场景、高人流量、高业务流量），造价比传统分布系统高。[4]

数字化拓展分布系统是为了更好利用数字分布系统优势，减少建设成本而延伸的扩展型数字化分布系统，其原理由原来一体化pRRU演变成pRRU+天线模式，扩大单pRRU覆盖面积，从而减少建造成本。

数字化微分布系统即为小型数字化直放站，不提供容量，采用数字处理技术，可便捷、低成本解决低业务量小区域覆盖，例如：电梯、停车场及小区域覆盖盲点等场景。

一体化小基站设备轻巧、隐蔽，功率和容量相对较小，可采用放装型设备直接覆盖，也可作为分布系统信源外接天线覆盖。主要用于沿街商铺、独立休闲场所、学校、单点的高档住宅等小的热点。

2.2 传统室分演进5G网络的困境分析

（1）技术层面演进困境

现网4G室分系统90%以上为单通道系统，若要演进到5G，需进行双路（2T2R）或四路(4T4R)改造，改造难度大。除馈线外，其他器件均不支持5G频段（3.5 GHz），而馈损随频段升高而增加，单天线面覆盖收缩。且难以保证双路（2T2R）或四路(4T4R)之间功率平衡，导致无法达到5G网络应有速率要求。传统分布系统在5G网络的高速率、高吞吐率的数据业务中干扰会更明显[5]，如表1所示。

表1 两种常用馈线在不同频段的传输损耗

（2）非技术层面演进困境

早期分布系统，运营商单独建设多，一个天线点位至少有3副天线，如新增天线点位，天线间距、馈线走线及无源器件安装空间均受限，天线点位不美观，天馈线递增后可能影响消防年检或受业主投诉，物业公司大都不愿意对原有系统进行改造。

2.3 数字化室分演进5G网络的困境

现网早期的数字化分布系统一般采用五类线，传输速率受限，不满足5G带宽要求，且原有数字化分布系统硬件不支持软件升级，无法平滑演进5G，基本要重新布放1套独立5G系统或全新替换，涉及二次进场，需再次进行物业协调，如表2所示。

表2 五类线与六类线支持网络标准表

3 室内覆盖建设思路

3.1 5G业务在室内的应用

5G网络应用场景，主要包括以下3个方面。

（1）增强型移动宽带（eMBB）:大数据业务需求，如高清视频、VR/AR等业务；

（2）超高可靠与低延迟的通信(URLLC): 满足时延低、可靠性高、移动速度快等应用需求，如车联网、远程医疗等；

（3）大规模机器类通信(mMTC):低功耗、小数据包、低成本等应用需求，如智能家居、智能停车等。

人们对5G网络的定位，不局限于一张通讯网，而是将其作为底层网络深入到社会各行各业。其中VR/AR、智慧家居、智能制造(工业自动化)、新社交网络、个人AI辅助、远程医疗、无人驾驶停车等应用场景都将在室内发生[6]。

3.2 5G建设需求分析

基于5G相关业务应用多在室内场景发生，因此室内5G网络覆盖需求迫切。全省不完全统计建筑物楼宇45万栋，按照广东联通4G目标网覆盖标准，需采用室分覆盖楼宇约17.5万栋，现网已覆盖楼宇约9万栋，缺口8.5万栋，因5G网络在3.5G频段部署，缺口更大，如图1所示。

图1 与友商楼宇覆盖差异对比柱状图

3.3 传统室分4G/5G协同组网分析

（1）原有分布系统改造，替换不支持5G频段器件，增加天线点位，利旧馈线，需至少新增1路或3路分布系统；存在难点：原馈线老化，新布放线缆等因素，导致链路平衡难以控制。

（2）原有分布系统不动，独立新建，按C-Band布放天线要求，高热点区域建设4通道分布系统，满足4*4 MIMO要求。

（3）在原有分布系统基础上，将5G射频信号变频至800～2 700 M，然后与现有系统射频信号通过数字变频合路单元输出，馈入原有传统DAS系统中。数字变频远端单元将变频后的射频信号转回5G射频信号，然后与馈线系统的2/3/4G射频信号进行合路输出，最后通过内置天线发射。

新建楼宇高价值区域建议采用4G+5G一体化数字化分布系统，其余场景采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统，电梯、地下停车场采用4G传统分布系统，可暂不考虑建设5G网络[7]。

3.4 数字化室分系统4G/5G协同组网思路

思路一：原有系统不动，局部热点区域部署5G小基站覆盖，其余区域保持原有4G或全新布放一套5G单系统；另外，将原有数字化分布系统替换成4G+5G一体化数字化分布系统；

“好莱坞”如今往往指的是美国先进的影视音乐工业，在品牌运营上更为成熟、高效。电影工业化的最终目的是打造全产业生态链，而好莱坞拥有高技术人才、调节资本与产品质量的良性循环、建立专业化影视基地和建立国际高水准的摄影棚等方面，展现了如何打造国际品牌。

思路二：新建楼宇，采用数字化室分系统与传统DAS系统混合覆盖方式，高热点区域直接部署4G+5G数字化室分系统，一般区域采用4G+5G数字化拓展室分系统扩大覆盖区域，地下停车场视情况采用传统DAS、微分布系统，可暂不考虑建设5G网络，后期通过refarming形式实现5G覆盖。特殊场景，可采用新型广角泄漏电缆覆盖系统，新型广角泄漏电缆(辐射张角达到170度)支持5G C-Band频段，且技术较为成熟，在特定环境下，具有造价低，易施工，施工周期短等特点，适用于狭长型场景[8]。

3.5 分场景室内覆盖4G/5G协同组网方案

（1）不同场景4G业务量分析

根据室分覆盖单栋楼宇日均业务量统计，室内覆盖流量基本分布在交通枢纽、工业园区、商业购物区、商务写字楼等场景。因此，室内覆盖需根据不同场景采取针对性组网策略，以保障室内覆盖的实用性、有效性，如图2所示。

图2 不同场景业务量对比柱状图

（2）场所覆盖优先级建议

面向5G网络，室内覆盖全面实施聚焦战略。采用低成本、多手段提升重要场所4G深度覆盖水平，同时综合考虑用户感知与投资效益，优先对效益明显的场所一体化部署4G+5G网络。

场所覆盖优先级顺序建议：机场、大型场馆、动车站/高铁站、地铁、商购中心、四五星级酒店、旗舰营业厅、学校（一类校园）、三甲医院、政府部门（对公）、一类商务办公楼、4A及以上旅游景区（含红色旅游景区）、大型专业/聚类市场、其他交通枢纽、大型公共场所等区域。

其他楼宇效益优先:综合考虑投资效益、客户感知、区域价值、市场潜力等因素[9]。

（3）分场景、分阶段建设方案

根据建筑物功能用途，结合用户行为、业务类型需求等综合分析，选取合适组网方案进行覆盖，从而实现低成本高效率建设室内覆盖的目标。以下为不同场景组网方案的建议：

机场、动车站、高铁站：其特点内部结构复杂，空旷与小型办公区域并存，人流量大、流动性强、高端用户居多，数据及语音需求高，物业协调难度大，施工要求严格，不允许二次进场施工等条件限制，建议非地下停车场外同时部署4G+5G一体化数字化分布系统进行覆盖，其他交通枢纽采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统覆盖，地下停车场采用低成本微分布系统覆盖，建设只建设4G,暂不考虑5G覆盖。

大型会展中心、大型体育馆：建筑物主体层高、钢架结构、传播环境复杂、用户集中、突发容量高等特点。在1.5万m2以上会展中心、体育馆观众席大于8 000人，建议采用4G+5G一体化数字化分布系统进行覆盖，其他场馆建议采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统覆盖。

地铁：其特点站台、站台之间结构复杂，隧道为管道型，人流量大、流动性强，数据及语音需求高，通常物业协调难度大，施工要求严格，不允许二次进场施工等条件限制，建议站厅、站厅一步到位，同时部署4G+5G一体化数字化分布系统进行覆盖，隧道采用泄漏电缆覆盖，同时部署4G+5G，避免隧道断点信源二次进场。

星级酒店：建筑物多有钢筋混泥土结构，建筑面积大，楼层高，内部隔墙厚且装修豪华，装饰复杂，低层设有大堂吧、咖啡厅、宴会厅、大型会议室及餐厅，中高层一般为客房区。此场景人员流动性强、高端用户居多，建议低层功能区采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统覆盖，其他区域采用传统分布系统覆盖，且暂不考虑5G覆盖。

购物中心：建筑物多为玻璃幕墙位置，内部相对空旷综合体建筑，购物、餐饮、娱乐，才餐饮区域人员较为密集，数据业务要求较高。建议5万m2以上购物中心或大型专业聚类市场采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统覆盖，其他购物中心采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统覆盖，其他区域采用传统分布系统覆盖，且暂不考虑5G覆盖。

校园：教学区、宿舍区、行政楼、食堂、图书馆、大礼堂及体育馆等区域，此类区域是校园内话务集中，且明显潮汐效应，但根据话务集中情况，建议二类以上校园或签约校园宿舍楼、食堂直接采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统覆盖，其他教学区、行政楼、图书馆、大礼堂及体育馆等区域采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统覆盖，其他区域采用室外基站覆盖。

政企单位：建筑物多有钢筋混泥土结构，楼层较高，内部隔断多，装修豪华，平层结构一般为走廊+单/双边房间，建筑物内部常设有大开间办公区域、会议室，房间较深等特点。三甲医院门诊、大厅及地市级意思办证中心大厅等人流密集区域建议采用4G+5G一体化数字化分布系统进行覆盖，地市级意思政府四套办证及住院大楼VIP病房建议采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统覆盖，其他区域采用传统分布系统覆盖。

商务写字楼：建筑物多有钢筋混泥土结构外加玻璃幕墙，外部结构通透，内部结构相对开阔，设有大小会议室，建筑物较高，高层信号复杂，导频污染严重。此场景，人员流动性一般，建议采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统覆盖，地下停车场采用传统分布系统覆盖。

工业园区：工作及生活一体化，厂房内部结构简单，宿舍楼及办公楼结构单一，话务集中于食堂及宿舍楼，视业务需求，食堂及宿舍楼可采用4G+5G一体化数字化分布系统进行覆盖，其他区域采用室外基站覆盖或需室分覆盖采用传统分布系统覆盖，如有特殊厂房需要工业自动化，建议直接采用4G+5G一体化数字化拓展分布系统覆盖。

其他场景，通过传统分布系统、微分布系统等低成本建设方式覆盖，建议只建4G网络，暂不考虑5G覆盖。

（4）不同场景造价分析

在边缘场强-105 dBm情况下，3.5G频段的5G 系统与2.1G频段的4G双通道系统，覆盖能力相当，5G网络下行边缘速率可达100 Mbit/s。4、5G系统可同点位部署，覆盖半径建议如表3所示。[10]

表3 单pRRU覆盖能力建议值

根据传播模型的穿透损耗公式，同时考虑上下行解耦技术、双链接技术并结合现网数据分析，传统DAS系统覆盖半径建议如表4所示。

表4 传统室分天线覆盖半径建议值

根据建筑物结构不同场景采用传统室分方案与数字 化室分方案造价估算如表5所示。

表5 不同场景传统与数字化分布系统造价表

4 结束语

当前通信网络正处于4G&5G更新迭代时期，本文通过对不同场景建筑物结构特点、无线传播特性、用户行为、业务需求及工程造价等方面进行深入分析，结合现网工程数据，提出不同场景4G&5G网络协同组网方案建议，为后期室内网络覆盖的规划建设工作提供了科学指引。