5G变频拉远室内覆盖系统方案研究

宁升亭，沙伯祥

（1.中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080；2.中国移动通信集团设计院有限公司 广东分公司，广东 广州 510623）

0 引 言

改革开放以来，中国发生了翻天覆地的变化，人们的物质生活也得到了极大提高，各行各业都飞速发展。目前正式进入了5G时代，其中室内是5G网络的重要应用场景，室内的业务占比越来越高。据相关统计，4G时代的70%业务发生在室内，而在5G时代这个比例将超过85%。在4G时代，移动网络使用场景主要还是集中于个人消费者，如通过软件浏览网页、看电影、刷抖音、刷微博、刷微信、语音或视频聊天等。5G网络的到来会让室内应用变得更加多样化，对网络的要求也会更高，如4K直播、云、VR/AR、8K高清、智能制造、高清视频监控以及远程医疗等，这些业务将主要发生在室内[1]。体育馆、大型商场、医院、写字楼以及交通枢纽等各种室内热点逐渐成为运营商部署5G网络和发展5G业务的优选场景。但在未来的5G应用中，个人消费者所占的比重不会太大，而涉及到工业互联网的企业级应用才是最重要的部分，因此5G时代的室内覆盖将变得尤为重要。如果说4G时代的室内分布系统主要满足传统的语音和数据业务需求，那么随着5G网络建设，为了满足5G新生的业务需求，室内网络需要具备更高的性能，如支持100 Mb/s～1 Gb/s的用户体验速率、毫秒级的端到端时延以及高精度的室内定位等[2]。

1 传统的室分系统解决方案

从2G时代开始，DAS系统是室内覆盖系统建设的主要方案，因为其具有性能稳定、产业链成熟以及价格适中等特点，因此在2G和3G的时代深受运营商的喜爱。2G和3G时代的业务主要以通话业务为主，外加少量的数据业务，占比不高，因此大多数情况下，单路DAS就可以满足需求。但是随着5G网络的发展，传统的DAS系统不断受到挑战，以往传统的覆盖方式已经不能满足需求，同时更多的天线、更高的频段以及更多的业务应用都对网络提出了更高的要求[3]。

目前根据工信部和运营商的频段划分来看，我国5G频段主要包括700 MHz、2.6 GHz、3.5 GHz以及4.9 GHz等[4]。相比4G的室分主流频段，5G室分主流频段更高，传播和穿透损耗大，难以通过室外覆盖到室内，同时5G室内分布系统也会面临建设规模大、成本高以及落地困难等因素，因此5G室内分布系统建设的重要性也就更加突出[5]。

传统的DAS建设方式存在很多的缺点，具体表现在工程建设难度大、工程造价高、节点多以及物业协调困难等。近年来，分布式皮飞站的建设方式也越来越火热，其比同轴电缆（馈线）易于布放，远端单元可以直接放装或外接天线，适用于覆盖和容量需求均较大的重要室内大型场景，但因其造价成本较高，因此应用场景也受到很大限制。在5G的室内分布系统建设中，迫切需要一种工程造价低、建设实施难度低且物业容易协调的建设方案。这种方案要尽可能利旧现有的DAS系统，既能节省建设成本，又能降低建设难度和物业协调难度。5G pRRU变频拉远系统也就是在这个基础上提出来的，为实现5G室内低成本覆盖，中国移动通信集团设计院针对室内改造场景研发了5G pRRU变频拉远系统[6,7]。

2 5G pRRU变频拉远系统

5G pRRU变频拉远系统在原有单/双路馈线DAS场景下，仅通过部署一个Pico RRU即可实现室内32层的大楼覆盖。该方案可以尽可能利用现有的DAS系统，适用于低业务量的室分场景覆盖。

2.1 试点方案技术原理

试点方案原理如图1所示，该系统将5G射频信号分别变频至450～550 MHz，一个pRRU最多可带4个近端机，支持所有主设备厂家的pRRU。近端机内置双路变频器将5G信号分别变频至450～550 MHz，内置数字同步单元保证5G变频实现上下行时隙转换，内置直流供电单元为远端机供电，此外内置监控单元（FSK）对接网管，监控故障和功耗。

图1 试点方案原理图

一台近端机最多带8台远端机，远端机内置变频器将中频信号变频至标准信号，内置射频放大模块将pRRU信源信号放大至天线口，上行补偿链路损耗，内置底噪消除模块用于1个近端机拖带N个远端机时的底噪消除。

该创新方案通过新增pRRU变频拉远设备（近端机、远端机），在传统单/双路DAS场景下仅通过部署一个pRRU即可实现32层大厦室内的5G覆盖，通过降低主设备数量达到降低室分系统成本的目的。据此对深圳某大厦进行了施工及测试，近端机输入信源采用5G 4T4R pRRU，下行最大输出功率为3±1.5 dBm，上行最大输出功率为20±1.5 dBm，近端机与远端机之间采用4D-FB线缆进行传输，体积小且成本低，远端机输出信号通过功分器实现两个隔层的5G覆盖，为后续pRRU变频拉远叠加并柜技术的试点验证建立基础，每通道的输出功率为14～30 dBm，远端机通过合路器接入原有室分系统，频点规划为2 515～2 615 MHz，共100 MHz带宽。

该方案仅需在竖井中安装近端机和远端机，并用4D-FB馈线进行连接即可，无需改动平层天花板，降低了施工成本和施工难度。

2.2 测试情况分析

根据上述方案对5G DAS系统和pRRU变频拉远系统进行了SINR、上下行速率的测试，测试结果如图2、图3以及图4所示。

图2 SINR测试结果

图3 下行速率测试结果

图4 上行速率测试结果

定点测试中，5G DAS系统近点/远点的SINR、平均下载速率以及平均上传速率都优于pRRU拉远系统。5G DAS系统中点的SINR、平均下载速率以及平均上传速率劣于pRRU拉远系统。pRRU直连天线的SINR、下载速率以及上传速率均优于远端后直连天线指标。

远端机数量与底噪对应关系如图5所示。在远端机数量与底噪对应关系测试中，从1～4台远端逐台接入，每接入一台远端后，4部终端同时进行测试。此时，后台进行小区干扰检测跟踪，每次跟踪时间为5 min，跟踪粒度为1 s，当接入远端数量超过3台时，平均底噪为-98 dBm。

图5 远端机数量与底噪对应关系分析图

综合上下行速率测试及底噪测试情况进行分析，该系统近点上下行速率与pRRU直接接天线相比相差不大，中点和远点尚有较大差距，原因是该系统同步模块和算法的适配还未调整到最优，后续还有提升空间。底噪测试方面，当远端机数量为3台以内时，底噪抬升不大，远端机数量超过3台时，平均底噪开始迅速增加。

2.3 项目效益分析

在造价分析方面，采用pRRU拉远方式、DAS合路方式以及皮基站方式进行对比，共覆盖大楼16层，覆盖面积36 607 m2，其中皮基站方式作为对比核算，现场建设未采用。

由表1及前面的测试对比分析可以看出，在覆盖面积相同的情况下，皮基站新建方案具有良好的网络性能，但工程造价高，平均为10.27元/m2，是pRRU变频拉远系统投资的4倍，经济效益较差。传统DAS合路方式工程造价为2.83元/m2，略高于pRRU变频拉远系统，但建设难度较大，物业协调困难。对比所得，pRRU变频拉远系统建设方案可以在减少物业协调和缩短建设工期的同时，获得更好的经济效益[8,9]。

表1 各方案费用对比分析表5G覆盖方式

2.4 方案分析总结

采用5G pRRU变频拉远系统，仅通过部署一个Pico RRU即可实现室内32层的大楼覆盖，极大减少了主设备的数量，节省了建设成本，在一定程度上也缓解了生产商的供货压力。在传统单/双路DAS场景下，本系统可实现2G/3G/4G/5G多业务信号同时接入，即便在本系统发生故障时，也能保证其他系统的正常覆盖。本方案也有合路方案复杂等不足之处，传统DAS合路只需要在4G RRU侧叠加合路5G RRU，pRRU拉远方案则需要在每层弱电井断开主干后才可完成合路，造成业务中断，此外取电方案复杂且无法进行远程监控等也是未来需要解决的问题[10]。

3 结 论

5G室分系统的建设现在确实面临非常大的挑战，其主流频段的传播距离及穿墙性的限制决定了未来需要进行大规模的建设，较高的建设成本也让铁塔公司和运营商面临很大的压力。5G pRRU变频拉远系统是一种很好的解决方案，可以有效降低建设成本，另外在实际进行部署的时候，还需要结合现网的实际情况，因地制宜地选择合适的方案进行部署，同时还要加大共建共享的力度，以实现降本增效的目的。