5G室内分布：数字化转型之道

徐法禄/XU Falu

（中兴通讯股份有限公司，中国 深圳518057）

1 5G室内覆盖的需求和挑战

随着5G新基建的到来，5G建设进入了高峰期[1-2]。其中，室内覆盖是5G建设的重点：据业界预测，在5G时代约85%的应用将发生在室内场景。作为5G业务的主战场，室内覆盖不仅是运营商的核心竞争力之一，还是运营商管道增值的极佳切入点。室内覆盖有着自身独特的特点及需求，具体包括：

（1） 业务类型多样化。

5G室内业务包括移动互联网和移动物联网两大类。这两类业务可以做进一步细分，具体如表1所示[3]。相应地，多样化的5G室内业务具有差异化的指标需求，这对网络能力提出了不同的要求。通常，部署一套室内网络需要满足多样化的业务指标。

（2）部署场景多样化。

室内部署场景具有多样化的特征：既有交通枢纽、体育场馆、大型商场等空间开阔的高热场景，又有高端酒店、写字楼、学校宿舍等多隔断的场景；既有居民楼等普通场景，又有地铁、隧道等特殊场景。因此，室内覆盖的设备需要满足各种场景的需求，并且具备易安装、方便部署的特点。

（3）频谱带宽多样化。

截至目前，通信技术已经发展到第5代，同时主流运营商存在“四世同堂”的情况：拥有多个频段，开通多种制式。以中国市场为例，3大电信运营商的频谱资源分布在各个频段。当前5G 频谱资源分配如下：

•中国电信和中国联通（简称“电联”）频谱分配：3 300～3 600 MHz共300 MHz的带宽。3 300～3 400 MHz为电联与中国广电共享，3 400～3 500 MHz分配给电信，3 500～3 600 MHz分配给联通。对于电联而言，5G室分至少需要支持200 MHz的带宽（优选支持300 MHz的带宽）。

表1 5G室内典型业务分类

•中国移动的频谱分配：包括在2 515～2 675 MHz D频段范围内共160 MHz的带宽，以及在4.9 GHz频段 4 800～4 960 MHz共 160 MHz的带宽。因此，中国移动的设备需要在2.6 GHz频段与4.9 GHz频段分别支持160 MHz的带宽。

具体到室内部署时，运营商需要考虑两种类型的设备：对于已经部署了3G/4G室分的建筑，只需要增加5G频段的室分部署，可采用5G单模的设备；对于新盖的建筑，以前没有部署过3G/4G室分，室内需要同时部署多个频段，可采用3G/4G/5G多模的设备。其中，后一种场景对设备与工程有更高的要求，即要求一套设备一次部署就可以满足需求。

（4）运营维护智能化。

信息通信技术（ICT）的融合已经成为潮流。5G时代人工智能（AI）对网络赋能。运营技术（OT）与ICT的融合成为新的趋势。具体到室内覆盖时，需要具备可视化运维的能力：

•端到端可监控：室内覆盖设备各级节点可监控，发生异常时会及时报警；

•按建筑物管理：室内网络拓扑连接可视化，性能指标精细化；

•能力开放：可提供各种应用程序接口（API）接口，开放给第三方定制各种运维功能。

（5）综合成本最优化。

5G基建适度超前，新的业务模式还在不断探索中。在每用户平均收入（ARPU）值没有明显提升的背景下，先行建设的网络需要在满足市场需求的前提下做到成本最优：总体成本中的资本支出（CAPEX）包括设备成本、设计成本和施工成本，而运营成本（OPEX）包括运维人力成本和电费。对于各种场景，运营商需要综合考虑场景价值和总拥有成本（TCO）选择最优的解决方案。

4G时代的电费支出在运营商网络OPEX中占比较大。5G带宽增加，使设备对应的功耗也有一定幅度的提升，因此需要引入智能化的节能手段使节能效果达到最优。

2 5G室分方案

目前成熟的5G室分方案包括5G分布式天线系统（DAS）与5G数字室分。经过通信行业几十年的发展，运营商积累了庞大的存量DAS系统。利旧DAS完成室内5G覆盖是最经济的方案。而对于新建场景，数字室分则逐渐成为主流。下面我们将分别介绍这两种方案。

2.1 5G DAS

从2G时代开始，DAS室分是室内覆盖建设的主流方案。DAS具有产业链成熟、价格适中的特点，在2G/3G时代深受运营商的青睐。2G/3G时代用户的业务以语音为主，同时有少量的数据业务。由于数据业务话务量不高，单路DAS就可以匹配用户的需求。

到了4G时代，用户业务演变为以数据业务为主。由于中国市场竞争激烈，运营商提前结束了“流量收入红利”。相继推出的不限流量套餐，使布置在话务量偏高的建筑内的单路DAS显得很吃力，急需扩容改造。然而，将单路DAS改造为双路DAS的工程非常复杂，同时链路不平衡会导致多输入多输出（MIMO）性能难以保证。在话务量偏高的区域（机场、火车站、学校、医院等），运营商倾向进行数字化改造，部署4G数字室分。

2.1.1 5G DAS的挑战[4-7]

5G用户设备（UE）支持2T4R（指2发射通道、4接收通道），下行最大支持四流接收。在高话务场景下，室内覆盖需要给UE提供四流数据，但是四路DAS在工程施工上非常复杂，4收发通道（TR） MIMO 难以保证。实际落地时，DAS以单路或双路为主，多用于中低流量的场景。

在建设5G DAS室分时，需要考虑3个方面的能力：信源支持能力、馈线损耗差异和无源器件能力，如图1所示。

▲图1 建设5G DAS时的能力评估维度

存量DAS网络的无源器件（功分器、耦合器、合路器、室分天线等）支持的频段范围是800 MHz～2.7 GHz。3大运营商的5G DAS分析如表2所示。

对于电联场景，3.5 GHz频段无法利旧存量的DAS无源设备。如果采用DAS部署5G，就需要新建一套DAS系统，并且要采用新的无源器件支持3.5 GHz频段。由于新建双路DAS工程复杂， 3.5 GHz馈线损耗高，所需室分天线点位较多，以及建设成本偏高，因此不建议电联采用DAS来建设5G室分。

由于主流5G的频段是2.6 GHz，因此中国移动可以利旧已有室分无源器件，在中低容量场景中可采用增加2.6 GHz 信源的方法部署室内5G。已有室分大部分是单独DAS，不能体现5G大容量多通道的优势。中兴通讯独创的多通道联合收发技术，可在不改变传统DAS系统网络架构的前提下，通过信源改造的方式快速实现单路DAS双流、双路DAS四流的效果，大大提升了传统DAS网络的性能。2.6 GHz多通道联合收发技术对于有存量DAS的低价值场景来说是一个优选方案。

2.1.2 DAS多通道联合收发提升网络容量

根据现有DAS的部署情况，如图2所示，多通道联合收发技术可以应用于以下3类典型场景：

（1）跨楼层-双流实现四流：现有DAS已经部署双路，并且具备支持2×2 MIMO的能力。此场景可以实现在上下楼层重叠覆盖区域组成支持4×4 MIMO的网络；

（2）跨楼层-单流实现双流：现有DAS仅部署单路。此场景可以实现在上下楼层重叠覆盖区域组成支持2×2 MIMO的网络；

（3）同楼层-双流实现四流：现有DAS有多个运营商分别部署双路，并且可被用于共享。此场景可以实现在同楼层重叠覆盖区域组成支持4×4 MIMO的网络。

多通道收发技术的容量增益与楼层间隔离度密切相关。实测结果显示，如表3所示，对于跨楼层-双流实现四流的场景，随着隔离度的增加，速率、RANK（指矩阵的秩）增益逐渐下降。因此，我们建议，DAS多通道联合技术可应用于楼层隔离度小于30 dB的部署环境。

2.2 数字室分

数字室分在4G时代崭露头角并实现了规模部署。目前，主流设备商都支持数字室分，如中兴通讯的QCell、华为的LampSite和爱立信的Dot等[8]。

数字室分采用三级架构。如图3所示，以中兴通讯QCell为例，QCell由基带单元（BBU）、汇聚单元pBridge（PB）和远端射频单元（pRRU）组成。其中，BBU实现多模基带及多模协议栈功能；PB对pRRU供电，同时通过对多路pRRUIQ（IQ指通信调制的I路数据和Q路数据）数据求和来实现小区合并功能；pRRU实现RRU功能，且发射功率为毫瓦级。

表2 中国5G DAS 器件能力评估

▲图2 多通道联合接收的典型场景

表3 不同隔离度下跨楼层-双流实现四流的性能提升效果

▲图3 中兴通讯QCell智能室分方案典型架构

数字室分具备DAS无法比拟的优势，具体包括：

（1）部署快捷。与DAS系统采用的信源、合路器、耦合器、馈线、小天线的多级架构相比，数字室分只有BBU-PB-pRRU三级架构。此外，用光纤和网线替代笨重的馈线，极大地降低了部署的工程量，同时缩短了施工的时间。

（2）弹性容量。DAS信源容量固定，并且一个信源通常配置一个或两个逻辑小区。数字室分则采用独特的小区合并技术，其一个光链路下最大4级PB相连的若干个pRRU合并成一个逻辑小区，并可根据话务情况弹性改变小区数：当用户少、话务量低时，最大可将32个pRRU合并成一个小区；当话务量高时，可将少数几个（最少一个）pRRU合并成一个逻辑小区。

（3）全链路可监控。DAS采用无源器件部署室分网络，器件损坏时无法被及时监控到，比较影响用户体验。数字室分的各级网元BBU-PB-pRRU是有源设备，可通过告警、诊断等功能实时监控设备状态。

（4）多频多模。pRRU实现RRU的功能。由于功率是毫瓦级，pRRU可以在2.5 L的体积内支持运营商的多个频段，并且每个频段可开通不同制式。

（5）多通道MIMO。对于DAS系统，如果要支持4TR MIMO，那么每个点位均需要部署四路馈线。这意味着工程将会极其复杂，同时四流的效果也很难保证。pRRU集成4TR通道，同时采用一根光纤与PB相连，可轻松实现4TR MIMO功能。

数字室分在4G时代已经成为规模部署的室分方案。目前，传统的DAS厂商正在逐步向数字化转型，并且推出了数字室分产品。可以预见，数字室分在5G时代将逐渐成为主流的室分方案。这里，我们以中兴通讯的QCell为例，探讨数字室分涉及的关键技术。

2.2.1 多运营商共享

多运营商共享在5G时代成为一个强需求。这要求一个pRRU能支持多个运营商的频段。以中国电联共享为例，pRRU需要支持3 400～3 600 MHz的200 MHz带宽。如果要支持3 300～3 400 MHz，那么pRRU的能力需要进一步提升到300 MHz 带宽。具体来说，共享场景需要以下几种规格：

• 5G单模200 MHz：用于电联各100 MHz 独立载波方式共享场景；

• 5G单模300 MHz：用于电联各100 MHz 独立载波共享，同时有支持3 300～3 400 MHz带宽的潜在需求；

•多模200 MHz：用于新建场景支持多模，电联各100 MHz独立载波共享；

• 多模300 MHz：用于新建场景支持多模，电联各100 MHz独立载波共享，同时有支持 3 300～3 400 MHz带宽的潜在需求。

2.2.2 精准匹配行业应用

5G行业应用逐步升温，行业应用中室内场景占据了半壁江山。中国移动针对5G行业定义了“优享”“专享”与“尊享”3种模式，每种模式对应了不同的基础网络能力与增值能力，具体如图4所示。

在具体到5G室内分布时，行业应用要求的功能主要有容量增强、高精度定位等。由于DAS已经不能满足这些需求，目前只能采用数字室分。

2.2.2.1 容量增强

行业应用场景对带宽有更高的需求。此时可采用以下方式全面提升上下行容量。

（1）上行带宽增强。

1D3U帧格式能够给上行分配更多的时隙资源。5G公网主要有2.5 ms双周期和5 ms单周期两种帧结构。这两种帧结构给下行分配了更多的时域资源，因此小区下行容量高于上行。而行业应用可能需要上行有更多的时域资源。这类场景可采用2.5 ms 单周期的DSUUU（1D3U）帧格式。

▲图4 5G行业应用的基础网络-增值功能-个性组合架构

（2）下行带宽增强。

虚拟8TR可增强下行带宽。射频单元在硬件上最大只支持4TR。部分5G终端，如客户前置设备（CPE），支持8根接收天线。两个射频单元的覆盖重叠区可以支持8通道的下行数据发送。

（3）上下行带宽增强。

载波聚合（CA）可同时提高上行与下行带宽。主流运营商通常有多个新空口（NR）频段，并且在同一个频段可能会存在超过100 MHz的连续带宽。可开通同频内多个NR载波CA以及不同频段间载波CA，以提高上行与下行带宽。

（4）区域面积容量增强[9]。

当采用CA和虚拟8TR都无法满足场景的容量需求时，可以考虑采取小区分裂（极限情况下是一个pRRU组成一个逻辑小区）的方式在该区域部署更多的小区，提供更多容量。

随着分裂的小区数增加，小区之间同频干扰的程度也会增加。由于干扰会降低网络容量，因此可以考虑采用基带合并（超级小区）的方式将多个小区合并成一个逻辑小区，以消除多个小区之间的同频干扰。与此同时，在合并后的逻辑小区中开启空分复用功能，可保证整个区域的容量不会因为基带合并而降低。

2.2.2.2 室内定位

位置信息是未来建设智慧城市的重要组成部分。对于室内场景定位，目前有两种定位方法[10]：

（1）QCell设备自身定位。这种方式可基于探测参考信号（SRS）测量来计算UE的位置坐标，不需要借助其他辅助定位设备。该方式的定位精度可达5 m。

（2）借助蓝牙/超宽带（UWB）方式定位。这种方式首先通过pRRU的网口连接蓝牙/UWB设备，然后借助蓝牙/UWB测量对终端进行测量。测量的数据借用pRRU-PB-BBU物理链路透传到定位服务器MEC，最后由MEC计算终端位置，如图5所示。这种方式的定位精度可达亚米级。

2.2.2.3 能力开放

5G核心网是基于服务化架构（SBA）构建的。能力开放是核心网的一个基本功能。在行业应用中，5G工业园区需要在无线侧提供能力开放业务。目前，借助MEC可以实现能力开放功能[11-12]。

▲图5 pRRU外接蓝牙/UWB 定位架构

MEC能力开发是基于X86的虚拟化特性设计的。4G BBU并不支持虚拟化，需要采用独立的硬件来实现MEC的功能，这大大提高了MEC部署的难度。由于5G BBU本身支持网络功能虚拟化（NFV），MEC可以以软件应用的方式部署在5G BBU上。与4G时代独立硬件的方式相比，这极大地降低了部署难度，间接推动了5G行业应用的发展。

2.2.3 AI节能

传统节能方式通常是根据话务需求进行分层分级、关断相应设备的，具体包括：

（1）符号级关断。在没有数据发送的符号时隙，及时关闭射频单元的功放。

（2）通道级关断。在小区话务低时，关闭射频单元的部分通道。比如，4TR射频单元关闭2通道，只用2通道收发数据。

（3）小区级关断。通过定义网络覆盖层和容量层，在低话务期间关闭容量层小区，只保留覆盖层。

（4）设备级关断。在无话务的时间段，将射频单元下电或进行深度休眠。

传统的节能方式因为无法精准定制差异化策略影响了节能效果。如图6所示，AI节能方案借助AI和大数据技术，可以在保证网络关键绩效指标（KPI）不受影响的基础上，使节能效果达到最优，实现能耗与性能的最佳平衡。

（1）场景特征自学习。根据网络拓扑和历史性能数据归纳小区场景特征，并基于场景特征来预测未来各时段的话务量。

（2）节能参数自配置。基于场景特征与话务预测自动编排各种节能策略，同时自动配置各种策略的节能参数。

（3）节能效果自优化。节能策略实施后，根据策略报告（MR）、KPI、用户感知等数据综合评价节能实施后的效果，并且自动对节能参数进行优化调整。节能效果自优化可使网络性能和节能效果达到最优。

2.2.4 可视化运维

与室外RRU的形态不同，数字室分的射频头端是在室内密集部署的，这对网络运维提出了更精细化的要求。

（1）拓扑管理。基于设计院计算机辅助设计（CAD）施工图能够直接生成2D/3D建筑物模型，并可按建筑和楼层展示汇聚单元与射频单元的部署位置及连接关系，同时展示小区配置等拓扑信息。

（2）资产管理。按建筑分楼层统计数字室分资产信息。

（3）无线运维。按建筑分楼层生成性能报表、楼层覆盖栅格图并，给出针对性的网络优化建议。

3 频谱重耕

在话务量不低的区域，利旧DAS是最经济的5G室内部署方案。在中国的电联市场，存量DAS系统不支持3.5 GHz频段，不能通过更换信源的方式来支持5G。对于庞大的存量DAS系统，在短期内全部改造成数字室分并不现实，只能逐步向数字室分过渡。采用4G频谱重耕的方式把现有DAS用起来也是一种可行的方案。目前主要采用的方式是将2.1 GHz 频段重耕到NR。

▲图6 人工智能节能策略

表4 n1/n3支持NR各种带宽的路标

R15的终端只支持2.1 GHz频段20 MHz带宽NR，因此可以在话务量要求不高的区域部署2.1 GHz 20 MHz NR DAS（如居民楼、经济型酒店、地下停车场等场景），如表4所示。R16的终端则可以利旧DAS开通 2.1 GHz 40 MHz/50 MHz大带宽的NR。由于2.1 GHz属于频分双工（FDD）频段，40 MHz/50 MHz NR小区容量和3.5 GHz频段100 MHz NR小区容量基本相当，可以满足大部分中低容量场景业务需求。因此，2.1 GHz DAS频段重耕支持40 MHz/50 MHz NR可以作为一种主流的5G室内部署方式。

4 结束语

5G网络赋能各行各业，并推动全社会数字化转型。室内覆盖是5G时代的关键战场。在选择5G室内室分方案时，应综合考虑目标、需求、成本等多因素，采用多种解决方案来建设高效、经济的室内覆盖网络。

主流5G室分部署有DAS利旧和数字室分两种。现有DAS系统支持的频段为800 MHz～2.7 GHz。如果5G的频谱在这个频段内，那么可以考虑采用更换信源的方式来利旧DAS。中国移动在现有DAS系统上支持2.6 GHz频段160 MHz带宽。电联的3.5 GHz频段无法在现有DAS上使用。此时可考虑采用2.1 GHz频谱重耕的方式来利旧DAS。对于新建和话务量较高的场景，我们建议可直接部署5G数字室分。数字室分具有高容量、全链路可监控、成本适中等特点，不仅能够全面满足国际电信联盟（ITU）定义的各种5G指标，同时还可以结合MEC支撑各种行业应用。随着5G的发展，数字室分将会在5G室内分布领域扮演越来越重要的角色。