5G背景下室内信号覆盖解决方案的研究

巩倩倩 段宗维 杨青青 张虎

摘 要：移动通信技术日新月异，从2G到3G，从LTE到5G商用，几年时间已经有了翻天覆地的变化。5G技术的商用，对室内深度覆盖解决能力提出了更高的要求。文章根据现网存量室内分布系统网络结构，充分考虑各运营商共建共享，结合当前主流新技术，优化建设方案，按照不同场景，因地制宜制定建设方案，为运营商开展5G工程建设提供指导。

关键词：5G技术;深度覆盖;建设方案;室内分布系统

0    引言

随着当下用户需求的发展及移动无线网通信技术的更新，越来越多的移动业务发生在室内。4G时代室内已是业务承载区和投诉重灾区，超过90%的数据业务发生在室内，因此建设一张优质的室内分布网络尤为重要。随着5G牌照的发放，5G基于的高频段势必造成室内信号盲区增加，各运营商解决室内深度覆盖已经迫在眉睫。

为实现4G到5G的平滑升级，运营商及铁塔公司都在积极寻求创新覆盖方案、建设新型室内分布系统。

1    室内分布系统现状

在2G、3G时代，移动通信技术处于低频段发展，传统室内分布DAS系统（Distribute Antenna System）是解决室内覆盖盲点的有效方案;4G时代传统室内分布DAS系统仍然可以作为有效的解决手段。4G时代后期运营商为了能够解决故障实时监控及站点协调难的问题，光分布室内分布系统应运而生。

1.1  传统DAS分布系统

传统DAS室内分布系统方案是4G时代各运营商室分建设中采用的主流建设方式，主要是由无源器件、同轴电缆和天线组成。通过合路器将不同制式的信号耦合入同一套分布系统中，使用耦合器和功分器链接电缆和天线，完成楼宇内部信号覆盖。

传统DAS室内分布系统虽然能够满足4G时代的覆盖需求，但是其自身部署困难，需要对楼内打眼穿线，经常遭遇业主阻挠、馈线损耗较大，应用于低业务密度场景，增加信源设备用量，均采用无源器件，无法监控，故障排查困难[3]且后期改造复杂，信源及分布系统均需要二次施工。如果要实现MIMO功能，需要建设双路室内分布系统，投资将会大幅度增加。

传统DAS室内分布系统对于故障定位及后续维护相对困难，同时，对接头制作、馈线布放的工艺要求较高，施工过程相对复杂，美观性较差。因此各设备厂商相继推出光纤分布系统，以弥补传统分布系统的不足。

1.2  光分布室内分布系统

光分布室内分布系统的主要组成部分有远端单元、扩展单元、主控单元3个部分。与传统室内分布相比，采用光电转换技术是数字光分布系统一大特点，同时提升了单个信源覆盖面积，普通馈线被光电复合缆所代替，信源主设备不需就近安装在物业点，设备可内置天线，施工过程相对简单、美化程度高，设备支持MIMO功能，不仅支持2/4G双模工作方式，同时远端设备可通过独立网管进行监控。

扩展单元与主控单元之间通过光纤的方式连接，远端单元与扩展单元之间通过光电复合缆的方式连接。光纤及光电复合缆相对于馈线，节约资源，降低成本，可与宽带一同进场施工，降低协调难度。主要组成单元均为有源设备，远端设备可通过独立的网管进行监控，便于后续维护与故障排查。

4G时代以前各制式通信设备工作于低频段（2.7 GHz以下），使得现网存量传统DAS室内分布系统的无源器件及天线不支持5G高频段（3.5 GHz，4.9 GHz），因此5G时代合路现网存量传统DAS室内分布系统的方案无法实现4G到5G的平滑升级。

如果新建传统DAS室内分布系统，馈线对高频段信号衰减较大，造成合路点增多，增加信源投资;同时要达到5G时代的速率要求，室内分布系统天线侧要满足4T4R，就意味着要建设4路分布系统，不仅投资将成倍增加，多信道也会导致链路不平衡，造成性能差问题。

同时，由于光分布室内分布系统同样是由传统RRU作为信源，也无法完成4G到5G的直接改造。所以，各设备厂商及铁塔公司都在积极探索新的解决方案。

2 5G时代室内分布系统发展趋势

随着人们对室内网络的需求越来越多，新业务应用不断更新，新技术部署日新月异，使5G室内分布系统建设面对超大容量业务需求，网络演进需求多样化，网络建设复杂度高等问题。针对以上问题，5G室内分布系统采用数字化有源的网络架构，易于网络演进，便捷实现MIMO，实现网络扩容动态化，适配需求智能化。

2.1  5G室分采用的关键技术

2.1.1  超密组网

5G超密集组网是将控制和承载分离，并以簇化集中控制为主要技术特征的网络架构。采用UDN网络部署，增加单位面积内站点密度，利用虚拟层技术，即单层实体网络构建虚拟多层网络（虚拟层和实体层），虚拟层承载控制信令，负责移动性管理，实体微基站承载数据传输。

实现簇内小区间干扰协同、无线资源协同、移动性管理，提升了网络容量;激活用户数与站点数比率越来越大，每个用户的服务节点数得到提高，以提升用户体验。

2.1.2  虚拟nTnR

基于数字化技术的nTnR网络，通过技术创新，在不增加硬件成本的条件下，利用多个4T4R pRRU覆盖的交叠区组成一个8T8R/16T16R的虚拟网络，从而为用户带来成倍的高速体验。无须硬件改动，通过后台软件升级即可快速实现8T8R或16T16R，成倍提升用户高速体验;

2.1.3  Massive MIMO及大規模天线阵列

Massive MIMO技术能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量。同时采用空间自由度，最大限度地提高无线链路传输的可靠性，从而获得更广的覆盖范围和更好的用户体验。区别于4G MIMO的最多8天线，5G MIMO中可实现16/32/64/128天线，甚至更多，形成大规模天线阵列，以满足波束赋形根据特定场景自适应的调整天线。

5G时代MIMO技术，通过大规模天线阵列负责在发送端和接收端将越来越多的天线聚合进越来越密集的数组，同时波束赋形负责将每个信号引导到终端接收器的最佳路径上，提高信号强度，避免信号干扰。同时大大降低了四根天线同时经历深度衰落的概率，使组合接收信号的信噪比波动稳定，提高了接收信号的质量。能够有效提升终端接收信号强度;同频服务更多用户，提高网络容量;有效减少小区间的干扰。利用空间信道衰落的独立性，向下4个空间信道的维度（四个并行数据流在同时频率资源上传输），上行两个空间信道的维度，空间重用增益，峰值率提高100%[2]。

2.2  5G室内覆盖发展思路

在5G时代，主要工作频段处于3.5GHz、4.9GHz及以上的高频段网络，以至室内分布系统天线点位数量会有所增加[1]，随着5G时代人们对网络要求越来越高，手机终端各种应用将爆炸式增多，要求5G室内分布系统具有以下特点：（1）5G室内分布设备要体积小、重量轻;（2）5G网络具有高容量，低时延，提升用户体验;（3）施工简便，改造升级无须二次进场;（4）实现4G、5G共摸平滑演进;（5）可视化运维，系统维护及故障排查简单。

35G时代新型数字室分的运用

5G时代，随着传统DAS室内分布系统暴露出不可协调的弊端，针对业务密集型重点场景（例如交通枢纽、大型场馆等）各设备厂家推出新型数字室分系统，如华为的LampSite、中兴的Qcell、爱立信的RDS等。和传统DAS相比，新型数字化室分系统具有部署简单、施工协调难度小、扩容灵活、运维可视等优点，可以大大提高网络容量，提升网络运维效率。

新型数字室分主要由基带单元（BBU）、扩展单元（p-Bridge）、远端单元（pRRU）3级架构组成。远端单元将射频单元和天线功能集成于一身，提高了美化程度，降低了天线尺寸，扩展单元与远端单元之间采用网线或光电复合缆连接，降低了协调及施工难度。远端单元内置4T4R天线，可以实现Massive MIMO功能，提高用户容量，增加用户体验。同时远端单元为有源设备，可以实现多模开通，可实时对远端设备进行监控，使故障排查更加直观简单。

新型数字化室分系统部署简单、运维可视、管理智能、维护方便，能够跟随标准，支持4G、5G各阶段的业务、容量、用户体验等需求，可以平滑升级，最大程度缩减建设周期，将是5G时代重点场景室内分布系统的主要解决方案。考虑运营商投资成本，传统DAS系统仍将占有一席之地，铁塔公司积极探索创新型广角泄露电缆设计方案，解决覆盖问题的特殊场景。

4    结语

5G时代，由于现网存量传统DAS分布系统的无源器件和馈线不支持高频段，不能对器件进行监控，改造成本高，不能大规模扩容，因此传统DAS分布系统在5G时代只能用于某些低频段、低容量场景（例如隧道、地下停车场、电梯等）。而新型数字化室分系统由于部署简单、运维可视化、支持大规模MIMO等优点，更适合向5G平滑过渡，将是5G室内分布系统的主角。

[参考文献]

[1]陈武，刘金凤.5G时代室内分布系统发展趋势[J].数字通信世界，2019（10）：139-140.

[2]王成文，孫鹏飞，王宏博.5G网络在室内分布系统中的发展趋势[J].中国新通信，2019（16）：70-71.

[3]李民.浅析5G时代室内分布系统发展趋势研究[J].电子世界，2018（24）：42.

（编辑 何 琳）