5G 室分特定场景共建共享解决方案探讨

陈宜漂 安 刚

中通服咨询设计研究院有限公司

0 引言

室内分布系统经过从2G到4G再到5G的发展，逐渐由室内无源分布系统向有源分布系统演进，如现在市场上成熟的分布式皮基站，其具有便于监控和扩容的特点，成为运营商建设5G室分首选。与传统DAS系统相比，目前市场上使用的5G新型室分不具有合路功能，无法让一套5G分布系统实现多家运营商共享。对于地铁、铁路隧道区间覆盖，由于隧道内空间资源紧张，不支持各家运营商单独建设。对于体育场等公益性大型场馆、交通枢纽等，由于桥架资源紧张，或者业主考虑进场施工管理及后期维护管理方便，希望只要建设一套室内分布系统，就能实现多家运营商的5G信号覆盖。这就需要采用传统DAS建设特定场景的5G室分信号，实现一套系统，多家运营商共建共享。本文以某体育场为例，采用新型POI+新型天线覆盖方案。方案根据体育场特点选择POI和天线类型，合理规划容量，并根据自由空间链路损耗计算边缘场强，保证容量需求和覆盖效果。

1 传统DAS面临的挑战

传统DAS主要的优点是通过POI将不同运营商不同制式的网络信号馈送到同一套无源分布系统，实现多家运营商多张网络共建共享，然而5G高频大带宽特性使得现有POI无法合路不同运营商的5G信号。除此之外，相比新型数字室分，传统分布系统建设还面临以下问题：

（1）传统DAS现有天线、腔体功分器，墙体耦合器等无源器件只支持900～2700MHz，不支持5G-C波段。

（2）分布系统性能容易受无源器件质量和施工影响。

（3）5G信号的高频特性使得5G信号在传统1/2馈线和7/8馈线传播损耗大。

（4）传统型号漏缆（13/8型号）不支持中国联通和中国电信的5G- C波段，新型5/4型漏缆支持5G-C波段，比起13/8型号漏缆，5/4新型漏缆衰减损耗更大。

（5）容量特性差，后期容量扩容涉及新增5G RRU和分布系统改造，需要二次进场施工。

因此，需采用支持5G频段的新型无源器件，研发支持5G信号合路的高频段大带宽的POI，提高5G室分天线的增益，研发更低传输损耗的新型漏缆，保证覆盖效果。在充分考虑容量需求的基础上，合理设计合路点数量。

2 传统DAS 5G覆盖方案

隧道场景适合采用新型POI+新型漏缆覆盖方案，根据泄露电缆的传输损耗和耦合损耗，计算泄露电缆的最长覆盖长度；大型场馆或大型交通枢纽宜采用新型POI+新型天线覆盖方案。某地铁工程采用新型POI+新型漏缆的覆盖方式成功实现了三家运营商5G信号覆盖。对于大型公益场馆、大型交通枢纽等有共建共享需求的场景，不宜采用新型POI+新型漏缆的方式覆盖。

3 体育场案例

体育场高大空旷，无墙体隔挡。POI在实现5G合路的同时，考虑运营商未来新增2G/3G/4G网络需求，预留2G/3G/4G合路端口，规划设计时充分考虑新建DAS系统的覆盖、容量、干扰等因素，结合体育场场景实际，按照设计原则，天线选择，POI选型，容量分析，链路预算，设计5G室分系统拓扑图共六方面分析体育场传统DAS 5G室分覆盖方案。

3.1 设计原则

体育场传统DAS方案总体来说，遵循如下设计原则：

（1）RRU安装在天线旁，降低馈线损耗；

（2）不使用功分，耦合等无源器件，减少传统DAS故障节点，天线选用支持电信联通C-band的赋形天线，减小不同小区的重叠区域，控制干扰；

（3）计算好体育场容量需求，争取一次规划和建设到位；

（4）天线安装方向偏向场馆内部，控制室内信号外泄。

3.2 天线选择

体育场属于人流汇集、爆发性强的场景，当举办体育赛事，音乐会等大型活动时候，体育场内人员密集，小区众多，由于体育场空间开阔，不能依靠墙体、障碍物等自然空间隔离降低小区干扰，因此容易越区覆盖，导致同频干扰。普通天线旁瓣抑制不理想，场内小区干扰严重。因此采用波束赋形天线覆盖体育场，利用赋形天性良好的旁瓣抑制比和波束形状，减小越区覆盖和同频干扰，提升用户感知。后期建设好后进一步通过优化小区及调整天线方位角降低体育场干扰。

体育场整体结构呈椭圆形，看台第一排到最后一排呈阶梯状分布，高度差3.9m，看台水平宽度10m，天线设计安装在体育场检修马道附近，距离看台最高处12m，体育场沿着护栏和过道可分割成18块小方形块，每个方形块长度在20～24m。图1是天线覆盖看台的横向截面图，根据看台宽和高以及天线挂高，可以算出要较好覆盖看台，天线水平波瓣角要达到32.12°。图2 是天线覆盖看台的纵向截面图，根据覆盖方形块的长度和天线挂高，可以算出天线垂直波瓣角在54°～ 59°。

图1 天线水平波瓣角确定示意图

图2 天线垂直波瓣角确定示意图

因此天线水平波瓣角和垂直波瓣角两个指标要满足图1和图2示意的角度，向某天线产家定制专门赋形天线，定制天线的各项具体参数如表1所示。

表1 天线性能指标

3.3 POI选型

现有POI无法支持5G合路，新型5G POI需要实现不同家运营商5G合路功能。体育场等大型公益性场馆属于话务量、流量需求多样化的场景，除了5G网络，移动用户还会用到其他制式的网络，因此，需给运营商预留2G/3G/4G网络的合路端口。相关POI设备产家按照设计要求，定制支持运营商2G/3G/4G/5G全制式15进2出POI，具体POI参数详见下表（表2）。这使得体育场在建设5G网络的同时，预留了2G/3G/4G网络开通功能。

表2 POI指标15进2出

≤1.3互调(dBc) ≤ - 150 (2 x 43 dBm)平均功率(W) 信源侧：200 天馈侧：500峰值功率(W) 信源侧：1000 天馈侧：2500阻抗 (Ω) 50尺寸 (H x W x D) (mm) 401 x 258 x 147（不含安装支架及连接器公差±5mm）净重(kg) ≤20工作温度(℃) -40～+55相对湿度 5%～98%应用场景 室内/室外IP65接头类型 信源侧：N-F,天馈侧：DIN-F安装方式 机柜壁挂式安装驻波比

3.4 容量分析

体育场属于事件性触发型场景，容量变化潮汐效应明显。体育场关闭时，容量需求不大。当体育场举行赛事及演唱会等大型活动时，用户密度高，流量将爆发性增长，通过后台软扩进行小区分裂获得容量保证，因此容量规划以满足高峰期的容量需求为目标。以体育场满座时的席位数为基数，假设该体育场上座率为90%，市场份额占比最大的运营商移动用户数占比80%，进一步假设未来5G渗透率为80%，计算得到该体育场最大小区需求数是24，详细计算见下表（表3）。

表3 容量计算表

3.5 链路预算

按照自由空间损耗模型，自由空间损耗L为：

其中F是频段，D是天线到终端的覆盖距离，H为天线到看台的高度，L为天线覆盖区域内水平距离。体育场呈椭圆形，根据过道将体育场分为18个小块，每个小块面积约220m²，每个天线覆盖2～3个小块，每个小块长度约20m，体育场安装天线位置距离体育场看台的最大垂直距离是16m，最大覆盖区域是3个小块，则（2）式中天线覆盖距离D最大值Dmax约为62m，见（3）式：

目前商用的5G频段最高频段为电信联通C-band，取Fmax=3.5GHz，将Fmax和Dmax结果带入（1）式，算出最大链路损耗为79dB，5G边缘场强按-100dBm考虑，假设5G设备信源发射功率12.2dbm，POI合路器损耗5dB，因分布系统无功分器、耦合器，则允许的最大损耗即为馈线损耗，参见下表（表4）可得，允许最大馈线损耗为37.2dB。

表4 链路预算表

5G不同频段百米馈线损耗见下表（表5）。

表5 百米馈线损耗

信源安装位置到天线位置最远距离为75m，因此理论来说3种馈线都可以，1/2馈线和7/8馈线是常用馈线，考虑后期更高频段的5G技术应用，因此设计主要使用7/8馈线覆盖体育场，对于部分施工困难的地方采用1/2馈线。

3.6 5G室分系统POI合路图

设计采用高增益赋形天线，保证覆盖效果的同时减少天线使用数量，POI输出端通过馈线直连天线，中间不再设计功分耦合等无源器件。POI输入端支持多系统合路，输出端收发合缆，室分系统POI合路图见图3。在开通5G的同时，运营商可以根据自己需求，合路其他制式的网络。

图3 5G室分系统POI合路图

4 结论

本文在5G正式商用的背景下，探讨了传统DAS在5G建设中的应用，为探索5G室分共建共享提供参考。在大型公益性基础设施，如体育场、机场、地铁及高铁隧道等公网建设中，采用传统DAS建设室内分布系统具有特定的适用性。本文以体育场为例，结合体育场特点，从天线选择，POI选型，链路预算，容量分析等角度，探讨了体育场的5G DAS建设方案。对于空间高大敞亮的场景，像体育场、机场等公益性大型场馆，宜使用新型POI+高增益天线的方式覆盖；对于地铁、高铁隧道等狭长受限的场景，采用新型POI+漏缆的方案覆盖。采用新型POI+5/4漏缆建设地铁隧道5G室分，已有成功案例。未来需要研发支持更高频段，损耗更小的馈线和泄露电缆，同时研发支持更高频段的天线和POI等无源器件，让传统DAS在5G及未来的通信技术中发挥更大的作用。