5G时代室内覆盖解决方案综述

黄海晖 刘大洋

【摘  要】首先分析了利用室外宏站覆盖室内方案需考虑的相关因素，并根据链路预算给出了不同覆盖要求下的站间距。其次分析了已有的皮站方案和室内分布系统解决方案如何支持5G网络，给出网络改造的实践经验。最后介绍了新型数字化室分系统的网络架构和组网优势，以及满足未来5G网络室内覆盖需求配套升级措施。

【摘  要】5G网络;室内覆盖解决方案;无源分布式天线系统;有源分布式天线系统;数字化室分

1   引言

4G时代，有80%的业务发生在室内。5G时代，室内场景依然是移动数据业务的主力区域。丰富的资费套餐以及海量的应用将驱动移动数据业务飞速增长。5G丰富的室内业务体验（AR/VR等）将进一步促进室内业务的发展，预计5G业务将有85%以上发生在室内。因此，室内覆盖的重要性将更为显著。

为了获取更多带宽，室内5G引入了更高的频段C-Band和毫米波，更高的频率意味着更大的传输损耗和穿透损耗，本文将对已有的室内覆盖方案进行分析，为后续的5G室内覆盖解决方案提供参考。

2   室外宏站覆盖室内

室外宏站覆盖室内是解决室内覆盖的主要方式，当前居民区的覆盖大部分是利用室外宏站。在做5G室外宏站规划时需要考虑室内穿透的损耗，合理地规划站间距，以满足5G网络室内覆盖的需求。传统的链路预算方法估算5G网络站间距时应针对室内覆盖考虑相应的路径损耗。

首先是5G频段相对于4G频段的空间传播的路径损耗差异。传统的SPM（Standard Propagation Model）传播模型通过参数调整可以应用于5G新频段的传播预测。如图1所示，根据SPM传播模型，相同距离下：2.6 GHz比1.8 GHz/1.9 GHz路径损耗高4.5 dB左右;3.5 GHz比2.6 GHz路径损耗高2.5 dB左右;4.9 GHz比3.5 GHz路径损耗高4 dB左右。

图1    不同频段下路径损耗随距离变化曲线

其次是5G频段对于不同建筑物材质的穿透损耗不同。表1是不同建筑物外立面材质在不同频段穿透损耗的测试结果：

很多建筑物外立面由玻璃和墙体组成，玻璃覆盖的面积比例也影响穿透损耗。图2根据3GPP TS 38.901给出了相应材质的穿透损耗模型，通过平均算法估算玻璃覆盖的面积比例对穿透损耗的影响。以玻璃覆盖面积占外立面10%为例，2.6 GHz穿透损耗比1.9 GHz高1 dB ～2 dB，3.5 GHz比2.6 GHz高1 dB左右。

通过5G宏站来满足室内覆盖需求时，如图3所示，可以考虑满足边缘浅层室内覆盖，也可以考虑满足边缘深层室内覆盖。当只需满足边缘浅层室内覆盖时，边缘深层室内覆盖将回落到更低频段的4G网络。

不同的室内覆盖深度需求对穿透损耗的要求不同，如图4所示：

3   一体化皮站

一体化皮站适合于水平覆盖面积大且没有隔断的室内覆盖场景，通过布放多个皮站来满足整个区域的覆盖。例如运营商的演示大厅、半封闭的体育场馆等。

在布放5G一體化皮站时，一般可以和原4G站同点位布放。并在单位带宽功率上与4G站保持一致。同时考虑到客户体验需求和空间传播的损耗补偿需求，应部署支持4T4R的皮站产品。

4   室内分布系统方案

当前主流室内分布系统主要包括无源DAS（Passive Distributed Antenna System）系统、一体化皮站+无源DAS系统、有源DAS（Active Distributed Antenna System）系统。

4.1  无源DAS

无源DAS系统是从2G时代开始使用的室分解决方案。射频源无线信号源通过一系列功分器、耦合器等无源器件分路，经馈线将信号分配到每一副安装在建筑物内各个区域的低功率天线上，用于不带任何信号放大的传输。多系统信号则采用合路器或POI方式，把各个系统合路在一套室分系统，形成资源共建共享。图6为无源DAS系统架构图。

已部署的无源DAS系统是否可以利旧支持5G，可以通过实际测试来判断。需考虑2个测试指标。一是驻波比是否满足要求。实际测试中可将合路器和室内分布系统断开，然后用驻波比测试仪作为信号源接入室内分布系统，信号源频段设置为5G室分2.6 GHz频段，测量得到的驻波比应小于1.5。二是天线输出功率是否满足要求。使用驻波比测试仪分别输出4G E频点和5G 2.6 GHz频点信号，在天线口处，用频谱仪加接天线进行接收，测量并记录接收到2个频点功率值进行对比。根据测量到的信号功率差值可以大致判断该无源DAS系统天线输出功率是否满足5G网络要求。根据实际经验，5G 2.6GHz的信号衰减强度比4G E频段的衰减强度要大，两者衰减强度的差值保持在3 dB以内是可以接受的。

影响上述测试结果的原因主要是器件老化，且器件频段不支持5G 2.6 GHz频段。根据广东省某地市对室分无源DAS系统的调查，2005年之前建设的无源DAS系统占比34.4%，天线一般标称可支持1.9 GHz频段。2005年之后建设的无源DAS系统的天线标称大部分可支持2.5 GHz频段，个别可支持2.7 GHz频段。

5G信号源设备可支持1T1R、2T2R、4T4R等配置形式。在4G室分系统改造中，无源DAS系统铺设2路馈线后可以支持双流传输。由于5G终端支持2T4R的多天线能力，如果要获得5G网络的峰值下载体验，除设备按照4T4R配置外，需要再增加2路馈线，改造工程量大。

如果5G室分系统采用3.5 GHz或4.9 GHz频点，插入损耗和馈线损耗与4G室分频率相差过大，不建议利旧原有的无源DAS系统。

4.2  一体化皮站+无源DAS

利用一体化皮站和无源分布式天线系统组合是解决多层室内覆盖的常见方案。在建筑物的每层布放一个一体化皮站，利用皮站外接天线的功能接入无源DAS系统，解决每个楼层的室内覆盖需求。皮站的不同发射端口分别外接无源DAS覆盖不同区域，牺牲多流特性，大幅度降低成本。

已部署系统升级支持5G需要将一体化皮站替换成双模基站，同时需评估已部署的无源DAS系统是否满足5G需求，如不满足需求则要替换部分无源器件。

4.3  有源DAS

有源DAS系统是2013年左右出现的室分解决方案，也称为光纤分布系统。

有源DAS系统由主单元（MAU）、扩展单元（MEU）和远端单元（MRU）构成。MAU可接入不同信源的射频信号，通过A/D转换、数字处理后将多路信号合路，经光电转换发射出去;经过MEU和布放的光纤网络将信号分路到不同的MRU;MRU将不同系统的信号分离，经D/A转换、调制后转换回射频信号，经天馈系统发射出去。

相对于无源DAS系统，有源DAS系统不需要链路预算，线缆布放简单，可快速建网。由于是分布式架构，扩容方便。但主设备厂家一般仅提供信号源，有源DAS系统由第三方厂家提供，导致无法纳入统一的网络管理系统。后续需要第三方设备厂家支持升级并兼容5G信源信号。目前尚未有支持5G网络的有源DAS系统。有源DAS系统架构如图7所示：

5   数字化室分方案

新型数字化室分系统是近年来出现的室分解决方案，受到主设备厂家的普遍关注。主设备厂家都提出了各自的解决方案，例如华为Lampsite方案，诺基亚ASIR方案，中兴QCell方案，爱立信RDS方案。新型数字化室分系统基本架构由基带处理单元（BBU）、远端CPRI数据汇聚单元、远端无线单元（picoRRU）组成。BBU可与宏站使用的BBU通用。远端CPRI数据汇聚单元负责将pRRU的CPRI数据进行分路和汇聚。pRRU实现射频信号的处理。BBU和远端CPRI数据汇聚单元之间通过光纤连接，远端CPRI数据汇聚单元与pRRU之间通过网线连接。

不同厂家的数字化室分系统具备一些特色功能。例如支持多模制式，支持GSM信号或其他制式射频信号通过多制式接入单元馈入，pRRU可集成天线或外接天线（支持单极化或多极化天线），pRRU支持级联扩展，支持增加扩展设备提供室内定位服务等。

图8为数字化室分网络架构示意图：

相对于传统室内分布系统，新型数字化室分系统具有如下优势：

（1）网络架构简单，无需链路预算。

（2）与宏网共网管，设备状态、KPI和话务分布一目了然。

（3）相对于有源DAS系统，解决了上行底噪抬升的问题。

（4）灵活进行小区合并和分裂，弹性容量控制。

（5）室内外一张网，方便实现宏微协调。

（6）支持多流传输。

由于pRRU的价格高于室分分布天线，在楼宇需要部署的pRRU数量少的情况下，设备成本高于传统室分系统设备价格。

目前数字化室分系统一般支持4G。相对于前述的各种室分解决方案，数字化室分系统支持5G网络的升级最便捷。各厂家的数字化室分系统都有支持5G演进的目标计划。通过在BBU中增加5G基带板，在已部署的pRRU中增加5G射频模块和軟件升级，或级联5G pRRU，可以方便地将原有的数字化室分系统升级到支持5G。

已部署的数字化室分系统升级支持5G，需要检查已布放的网线类型。5G网络一般需部署使用CAT6A网线，可支持1 Gb/s的峰值下载速率。

使用网线来给末端供电，这将给末端设备的功耗和拉远距离都带来限制。当前远端CPRI数据汇聚单元与pRRU之间的距离一般不超过100 m。对于超大型建筑，可以通过连接BBU的远端CPRI数据汇聚单元星形部署或以级联的方式拓展覆盖。

6   结束语

5G时代的室分覆盖方案要兼顾性能和成本。一般居民区由于穿透损耗较小，仍将是通过室外宏站来覆盖室内。一体化皮站适用于水平覆盖面积大且无隔断的大型场馆，但建网成本高。传统无源DAS方案具有低成本的优点，但支持5G高频（>2.6 GHz）困难，施工不方便，且很难支持多流传输，影响客户体验，一般应用在对容量和用户体验要求不高的场景。一体化皮微站+无源DAS方案兼具皮微站的施工便利和无源DAS的低成本优点，解决了无源DAS方案的部分问题。新型数字化室分系统是未来室分覆盖方案的发展趋势，可应用于任何室分频点，但成本较高，一般部署在大型交通枢纽、大型商场、高端写字楼/酒店等高话务和高用户体验需求场景。

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