基于变频双路升级NR-5G网络室分系统的解决方案

吴培玺 殷满义 赵建勋

中国移动通信集团青海有限公司

0 引言

5G技术需要较大的频谱带宽，当前运营商获得的5G网络频段都是高频，而高频导致的空衰和穿透损耗较之4G更加明显，因此仅通过宏站覆盖室内效果有限，5G室分建设势在必行。目前，中国移动、中国电信和中国联通的存量室分设备大约有100万套，其中80%为DAS系统，DAS系统中90%为单路。仅中国移动就有近50万个4G室分站。数量庞大的存量站点如何顺利升级到5G，充分发挥原有室分建设优势，保护已有投资，是5G室分建设需要重点考虑的问题。

1 5G建设要求

M-MIMO（Multi-Input Multi-Output，大规模阵列多输入多输出）是5G的核心技术之一，在通信领域，M-MIMO技术也是无线通信不断发展的关键技术。在宏站建设中，可通过矩阵天线来实现M-MIMO功能，但在室分的单根馈缆中，无法实现同频信号的多通道M-MIMO传输，使得终端速率仅为网络标称值的一半以下，较低的网速会极大影响用户体验，尤其无法实现5G三大核心功能中决定速率的增强移动宽带（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）功能。

1.1 M-MIMO与SISO的对比

传统通信技术可以称之为“SISO”（Single Input Single Output，单输入单输出），发射端和接收端分别使用单个发射单元和接收单元，在一对一的情况下完成数据传输，无法实现多通道收发功能。

MIMO技术是在发射端和接收端分别使用多个发射单元和接收单元，使信号通过发射端与接收端的多个单元传送和接收，从而改善通信质量、提高传输速率。

1.2 中国移动集团建设指导意见

基于中国移动集团公司的5G室分规划要求，5G室分的建设要做到大流量、低延时和广连接，且分布系统可管可控。分布式皮基站4T4R的建设方式占比较少，大部分场景都落在了新建2T2R的建设方式下。如何在现有条件下低成本、高指标地实现2T2R分布系统且实现可管可控，是一个新的挑战。

2 利用变频技术升级DAS的方案

设计一种利用变频技术实现单缆双路覆盖+可管可控的方案。

2.1 变频技术的原理

变频技术在TD-LTE时代就已经有所应用。5G时代，变频核心思路是通过对5G-NR RRU的一个通道进行变频，实现在一路天馈系统中传输两路信号，达到双流5G-NR传输的目的，原理如图1所示。变频系统设备由近端机和远端机组成，其中近端机可以和多系统合路器集成，远端机和双极化天线集成。

图1 变频技术原理

2.2 核心技术

（1）双流功率自动平衡

功率自动平衡功能，监控两路NR信号的功率并使其自动平衡，幅度差在1 dB以内，保证了最佳的传输速率，克服了双缆施工时布线差异造成的功率失衡。

（2）功率自动补偿

功率自动补偿机制，监控天线末端输出功率是否达到标准，当天线输出功率较低时自动补偿放大相应功率至标准值，实现天线智能化增益补偿。

（3）实时监控

可实现对室内覆盖馈缆和天线的实时监控，避免运营商对传统无源馈缆扫雷式健康检测和难以定位故障的难题。消除监控盲区，先于用户投诉发现问题。

（4）单缆变频双向MIMO

使用单馈缆传输2T2R双向5G-NR同频信号。

（5）多系统单缆共存

系统可实现除5G-NR外的2G/3G/TDD-LTE/FDD-LTE多业务信号单缆同时接入，即使本系统发生故障，仍能保证其它系统和NR单流（直通路）正常覆盖。

（6）近端机与远端机解决大规模施工重建

在原有线路不变的情况下，安装唯得单缆室分系统，在5G RRU后安装近端机，将原有天线替换为远端机。没有了大规模重建和改造，无需协调物业，施工成本降低了至少3倍，建设周期是原来的1/5。

2.3 存量站点升级到5G的方案

对于存量的单路或者双路DAS系统直接升级到5G，目前只有通过合路的方式进行。对于低价值场景如停车场和电梯，单路直接合路的方式也未尝不可。

但是中高价值的双路站点，合路以后2T2R效果并不理想。双路工作，其两个支路的功率差必须低于1 dB，否则上下行速率达不到双路的要求。而无论是利旧双路还是利旧一路新建一路，都无法克服因施工工艺或线路老化而引起的功率差过高的问题，且无源分布系统无法实现可管可控的需求。

3 应用验证实例情况

以下为中国移动某地市实际运用变频技术升级5G的案例。

3.1 基本情况介绍

物业点为某地市某商场，隔断较多，用户均使用流量上网，属于流量高发的热点场景。本次运用变频系统在原有的4G单缆分布上，成功实现双路的5G效果，各项性能指标和覆盖效果均达到验收要求。

现场建筑原天线分布在走廊。通过变频的系统升级到5G时，4G的天线点位没有变化。

3.1.1 设备使用情况

组网方式：NSA组网。

信源设备：该物业点原有4G RRU为华为3182-e，为室分E频段设备，现场新增一台华为5G大功率RRU 5152-fad。新增一套变频系统。

分布系统：利旧原有单缆DAS系统，无需重新布放线缆。

3.1.2 设备连接图

现场使用合路器，将NR RRU的一路信号、NR锚点信号和原LTE信号合路进入变频系统近端机的主路，NR的另外一路信号直接进入变频系统近端机的辅路。所有信号通过变频近端机的输出路传送至变频远端机，再由一体化远端机还原成双路5G信号、单路4G信号进行覆盖，如图2所示。

图2 现场设备连接示意图

3.1.3 网管监控功能

设备主机具备TCP/IP、GPRS、4G和短信通信方式，可接入网管平台，实现对变频近端机和远端一体化天线的监控。

3.2 性能测试情况

3.2.1 下载速率测试

（1）速率值对照表

5G下载速率测试时共进行了三次，第一次开启变频系统，此时下载测试为双流的数值；第二次关闭变频系统，系统下载恢复到了单流数值；第三次开启变频系统进行遍历测试，测试数值略低于定点测试。

（2）边缘场强与速率的关系

现场也记录了5G双流时，各场强下的速率变化情况，由图3可以看出，场强超过-85db以后，下载速率下降明显。

图3 场强与下载速率关系图

表1 5G变频系统开启前后下载速率对比

3.2.2 覆盖指标

（1）NR和LTE覆盖效果占比统计，如表2所示。

表2 覆盖效果占比统计表

备注：此次RRU的功率为39.7db，约10W的输出功率。没有按照设备标称的满功率100W配置。

（2）NR和LTE场强高均低对比统计，如表3和图4所示。

图4 5G和LTE场强高均低统计对比图

表3 5G和LTE场强高均低对比统计表

本次也评估了5G变频双路系统接入后，对原有4G室分的覆盖指标有无影响，经测试，4G覆盖指标与之前相同。

4 结束语

从本次系统测试可以看出：

第一，通过变频技术，可以在单缆上实现5G 2T2R双路的效果。变频双路系统开启前，单路平均下载速率为355.48Mbps，变频双路系统开启后，双路平均下载速率为666.93Mbps，是单路的1.87倍，体现了2T2R的指标性能。变频双路系统采用动态自动功率平衡和补偿技术，能够控制双路末端功率差稳定保持在1dB以内，与传统双路建设相比较，避免了因施工工艺和现场环境限制而影响双支路效果。变频双路技术的下载速率接近5G NR 2T2R理论峰值。

第二，可广泛应用于5G的2T2R建设场景。首先对存量DAS室分，变频双路技术是一种很好的2T2R的改造方案。利用原有单路室分系统的线缆，无需再进行线缆施工，物业协调简单，免除大规模室分重建、改造，极大地减少了工程量，易于协调实施和快速部署。

第三，变频系统兼容4G E频段，安装前后覆盖质量略有提升，指标波动都在合理范围之内，表明该系统不会对原有室分系统产生影响。

第四，系统具备实时的天馈监控系统。该系统设备远端机带直流电，能够监控到末端天线工作状态，有利于及时排障，可极大提高工作效率，优化工作流程，降低运维成本。能耗方面也低于数字化室分。

运营商的5G建设目前主要集中在宏站的建设上，对于存量室分站点的升级和建设，除了新型室分外，各地仍在采用简单的合路方式进行，但是直接合路的方式也存在各种问题；而新建双路的建设方式也存在协调难和性能指标不高的问题。变频系统的出现，平衡了施工与性能指标，是一种创新的5G升级方式。