楼宇内部5G信号覆盖方案的分析与探讨

摘要：室内是人类生活、生产的主要场景，随着5G商用网络成熟，将有更多的5G大流量业务在室内场景发生，为现有室分演进带来多方面的挑战。文章总结了目前的技术背景以及演进面临的挑战，以此展开，对比各类5G室分建设方案，结合测试结果估算及探讨5G室分的传播损耗与最大传输距离，提出现有室分的改造建议，并给出5G室分的综合部署建议。

关键词：5G;DAS;数字化室分;室内覆盖

1、引言

第五代移动通信代表未来网络发展的主要方向，人与人之间的宽带互联将逐步扩展到万物互联，涌现出如虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、智慧城市、车联网、远程医疗等各方各面如梦如幻的精彩应用，将深刻影响未来人类社会的生活方式。而室内是人类生活、生产的主要场所，分析与探讨室内5G业务需求、5G室分的建网演进方案是重要且十分有意义的工作。

2、技术背景

5G时代赋予“万物互联”的通信能力，能够支持多种新生业务应用。与4G相比，5G主流业务将承载在更高的频段（C-Band、毫米波频段）上，频段越高，传播路损和建筑物穿透损耗越大，室外网络覆盖室内将变更加困难，迫使室内业务需要由独立的室内网络来承载。

于是，为了满足最佳用户体验，并且实现更高效的运维、运营的要求，必须建设一张数字化、智能化的室内网络，稳定高速、灵活扩展、可视可管，以支撑超宽带、大连接、超低时延、室内定位等新型室内业务。

2.1室内分布系统

室内分布系统是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种方案。利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内，从而保证室內区域拥有理想的信号覆盖。室内分布系统根据使用器件类型可分为：无源分布系统、有源分布系统、漏缆分布系统等。

2.2 5G时代的室内业务

4G时代70%的业务发生在室内，但大部分是宏站吸收，高价值客户80%的时间都位于室内环境。而进入5G时代，将有更多5G大流量业务在室内场景发生，且室内吸收比例将进一步增大。

2.3室内5G业务对网络的需求

eMBB场景主要应用在商场、交通枢纽、住宅楼等，典型室分业务为超高清视频、增强现实，对网络速率要求极高，因此对室分覆盖的边缘场强和信噪比要求高。

URLLC场景主要应用于工业厂房车间、医院等，工业控制、远程医疗为典型业务，对网络可靠性要求极高，需保证近乎100%的区域和100%的时间可以接入网络并可靠传输，因此对室分覆盖的区域覆盖概率和边缘覆盖概率要求高。

mMTC场景主要应用在写字楼、住宅区等，提供远程抄表、智能停车、电梯监控等典型业务，对室分覆盖深度要求极高，以满足处于隐藏位置的物联网终端接入。

3、5G室分演进面临的挑战

3.1传播损耗与穿透损耗

根据电磁波传播规律，频率越高，空中传播损耗、墙体或玻璃的穿透损耗也越大，5G的室内覆盖将变得更加困难。为保证室内覆盖要求，基于实测结果，采用2.3GHz可穿透2堵砖墙，而3.5GHz只能穿透1堵砖墙，到了毫米波就只能穿透1堵玻璃墙。

3.2无源器件演进困难

现网无源器件、天线不支持5G主流的3.5/4.9GHz频段，需全部更换或新建，另一方面，现网缆线虽然支持，但由于频段提升损耗也会成倍增长。

3.3建设成本

未来5G分布式皮基站设备在信号带宽、通道数、发射功率等方面与4G有较大差别，信号带宽、通道数、工作频段、发射功率等增加引起成本增加，特别是3.5GHz设备成本可能上涨为2.3GHz设备的2.5倍。

4、5G室分建设方式

4.1 5G室分覆盖信号传播

5G高频段的传播损耗及穿透损耗是室分覆盖方案需要面对的一大困难。各频段在不同材质的穿透损耗差异较大，粗略估算2.6GHz相比2.3GHz穿透普通混凝土墙壁的穿透损耗约增大1dB，而3.5GHz相比2.3GHz穿透普通混凝土墙壁穿透损耗将增大2dB以上。

采用衰减因子传播模型计算路径损耗：PathLoss（dB）=PL（d0）+10*n*Log（d/d0）+R，根据最大允许路径损耗可以初步核算三类室分覆盖方案在开阔类场景（写字楼大堂、大型会展中心等）及封闭类场景（写字楼标准层等）的覆盖距离。

4.2现有室分改造方式

4.2.1传统无源室内分布系统

传统无源室内分布系统向5G演进建议采用新增数字化室分的方式。方式一：原有DAS系统不做改造，叠加建设数字化室分5G单频，需增加BBU、RHUB以及5GpRRU等设备。方式二：采用4G+5G一体化pRRU直接替换原有DAS系统。

4.2.2新型有源室内分布系统

现网有源分布式系统向5G演进，pRRU可通过同点位叠加5G模块、新增5G模块级联原有4G模块、利用5G一体化模块替换原有模块，三种方案进行演进改造;线缆方面，RHUB与pRRU之间可采用Cat6A网线及光电复合缆方式链接。

4.2.3漏缆分布系统

漏缆分布系统是一种线性覆盖方案，由传统的信源、合路器、无源器件及泄漏电缆组成。目前支持5G频段的漏缆传输损耗较大，可行的解决方案主要有两种：

1）新增支持更高频段、损耗更小的漏泄电缆，限于5G产业链成熟度;

2）在允许进行改造场景，新建微站或光纤分布系统进行覆盖。

4.3 5G室分综合部署建议

综合考虑成本与场景需求，给出5G室分部署建议。

5总结与展望

5G网络将为物联网、人工智能、大数据等领域提供强力支撑，是社会演进、科技生产的战略性需求。为良好支持室内5G业务，建议采用数字化有源室内分布系统、4T4R以上的室内数字化分布基站，以端到端数字化集成部署方式，规划建设一张满足室内5G业务需求的网络，并基于网络运营平台，实现室内5G网络的智能运营。

参考文献

[1]肖智维.5G网络室内覆盖解决方案研究[J].数字通信世界，2018（2）

[2]曹亘，吕婷，李轶群，等.3GPP5G无线网络架构标准化进展[J].移动通信，2018（1）：7-14

作者简介：黄琰奕，（1991.8 -），男，江西省鹰潭市，汉族，本科，中级工程师，长期从事无线网规划、优化及其新技术的研究与实践。