5G背景下室内信号覆盖解决方案的研究

赵 博

（山西省邮电建设工程有限公司，山西 太原 030006）

1 5G网络概述

5G网络主要是指第五代移动通信网络，在网络体系中对新一代的移动通信网络相关的技术进行应用，其中包括应用Massive MIMO技术、同频全双工、高频段信号传输、SDN和NFV、MEC等技术。当前，5G网络主要的应用业务是eMBB增强移动宽带业务、mMTC大规模物联网业务以及uRLLC超高可靠超低时延通信的连接业务[1]。

2 信号室内分布系统的主要形式

在过去2G、3G背景下，我国的移动通信技术主要是低频段的发展，对室内信号盲点覆盖解决方案主要是通过室内分布DAS系统进行解决；进入4G时代后，仍然是室内分布DAS系统对信号覆盖问题进行解决；在进入4G时代后期乃至5G时代，为了能够对站点协调难、实时监控故障等问题进行解决，运营商在进行室内信号覆盖问题解决的过程中研发出了光分布的室内分布系统。信号室内分布系统的主要形式如下。

2.1 传统的室内DAS分布系统

在4G时代背景下，不同运营商在室内信号覆盖解决方案中普遍采用的方式就是传统的室内DAS分布系统方案，该系统方案主要包括同轴电缆、无源器件以及天线。在具体运行过程中，在同一套的信号分布系统中，借助合路器耦合不同制式的信号，同时在天线和电缆中连接功分器和耦合器，进而实现建筑室内的信号全覆盖。室内分布DAS系统在实际运行中虽然能够满足4G技术对信号室内覆盖的需求，然而考虑到该系统在实际空间部署方面存在一定的难度，需要工作人员在室内结构中进行打眼穿线，受到很多业主的阻挠和反对，同时该系统运行很容易造成馈线较大的损耗，因此只能在业务密度低的场景进行使用，同时需要对信源设备的使用数量进行增加。此外，该系统主要是运用无源器件，工作人员无法对系统的运行进行监控，所以当发生故障时，工作人员很难及时发现问题，同时该系统在后期若是进行改造，工序复杂，需要二次施工进行系统与信源分布的改造和完善。若是发挥MIMO功能，还需要在室内进行双路分布系统的建设，这样会大大增加资金的投入。总之，传统的室内分布DAS系统在投入使用后的故障定位和排查以及维护工作中很容易增加相应的工作量和难度，同时在建设过程中对制作接头、布放馈线等施工工艺有较高的要求，整个施工过程比较复杂，同时没有较好的美观性，所以，不同设备供应商以及厂商也不断研究开发出光纤分布系统，从而对传统的室内分布DAS系统中出现的问题进行解决[2]。

2.2 光分布室内分布系统

光分布室内分布系统主要是包括扩展单元、远端单元以及主控单元三部分，相较于传统室内分布DAS系统，光分布室内分布系统是一种数字化的光分布系统，主要是借助光电转换技术运行，同时将单个的信源覆盖面积进行提升，改变传统的普通馈线，采用新材料光电复合缆，同时也不需要在物业点就近安装信源的主设备，可以将天线内置设备，同时整体的施工过程更加简单，设备更加具有美观性，同时也会对MIMO功能进行支持，不仅满足2G和4G网络双模工作方式的需要，同时通过远端设备的独立网管可以实时监控整个设备系统的运行状态。

在5G时代之前，移动通信的制式设备在实际运行工作中都是低频段，传统的室内分布DAS系统使用地天线和无源器件无法满足5G设备运行的高频段需求， DAS系统信号覆盖方案已无法满足实际需要，同时也无法确保4G向5G平滑升级应用。所以在5G时代背景下，对室内分布DAS系统进行新建，其中的馈线会衰减高频段信号，同时增加合路点，导致投资信源的资金增加。为了满足5G对网络的需求，室内分布系统还需要确保天线方面满足4T4R的要求，不仅导致资金投入成倍增加，同时也因为多信道的原因导致链路出现不平衡的现象，最终导致系统整体性能较差。光分布室内分布系统的信源也是传统的RRU，该信源系统也无法直接将4G改造为5G对信号覆盖的需求。因此，所有设备的厂商以及铁塔企业还需要根据实际情况，进行新的室内信号覆盖解决方案的开发和研究创新[3]。

3 5G背景下室内信号覆盖解决方案的思路

3.1 5G背景下室内信号覆盖解决的技术分析

5G时代背景下应用的室内系统分布技术如下。首先是超密集组网，该结构主要是控制并分离承载，通过集中簇化的控制方式架构网络。在具体操作中借助虚拟层技术，同时部署UDN网络，将单位面积的站点密度进行增加，也就是实现虚拟的单层实体多层网络架构，具体分为实体层和虚拟层，其中的实体微基站主要是传输承载数据，虚拟层主要是接收和发布控制承载的信号和命令，进行移动性管理。在超密集组网中实现移动性管理簇内小区之间的干扰、无线资源协同，确保网络容量不断提升；同时激活用户数，将站点数和用户数的比率不断增大，进而提高服务不同用户的节点，提升用户体验的满意度。

其次是虚拟nTnR网络，主要是借助数字化技术进行网络技术的创新，在硬件成本不增加的基础上，覆盖多个4T4R系统，在交叠区域形成16T16R或者是8T8R的虚拟网络架构，确保用户在网络体验中可以提高网速。同时虚拟nTnR网络在不改动硬件设施的基础上，对后台软件进行升级，从而实现成本的nTnR网络系统，促使用户的体验也是成本提升[4]。

最后是借助Massive MIMO技术进行天线阵列的大规模构建，该技术主要是对空间资源进行充分利用，借助多个天线的建构进行网络信号的多发多收，在频谱资源以及发射天线功率不增加的基础上，促使系统成倍增加信道容量；同时该系统能够自由利用空间， 从而最大化提升传输无线链路的可靠性和有效性，进而确保室内信号的覆盖面更加广，用户的体验感更好。与4G背景下MIMO系统的4天线不同，5G背景下MIMO 技术能够实现16/32/64/128天线，甚至更多天线，从而促使天线阵列更加大规模，确保波束赋形能够适应特定的场景，并合理进行天线的调整。例如，移动终端设置8天线宽带系统，其中的天线系统包括两种天线单元，由接地电线和耦合馈电线构成，这两种天线单元分别安装在室内的地板侧边和上方，两者之间正交， 通过耦合馈电方式发挥作用，从而确保宽带能够实现解耦效果，通过设置8天线，从而提高室内的信号覆盖率。在5G时代背景下应用MIMO技术，通过对天线阵列进行大规模布置，能够在接收端和发送端聚合大量的天线，进而形成更加密集的数组，通过波束赋形，在终端接收器中引导接收所有的信号，提高信号接收的强度，同时也避免了信号之间的干扰。此外，5G背景下MIMO应用系统能够对4天线同时进行深度衰落概率的降低，促使组合接收的信号更加稳定，信噪比波动稳定，同时提高信号接收的质量，对终端信号接收的强度进行提升；对同频的用户提供优质的服务，同时也扩充了网络的容量，对小区间之间的干扰进行有效的减少。MIMO技术和构建的系统能够通过独立的空间信道衰落，上下进行信号发送，向下在同频资源进行4个并行数据的传输，即有4个空间信道的维度，向上有两个空间信道的维度，重用空间，从而增加信号传输的效益，提高信号覆盖和传输接收的峰值率[5]。

3.2 5G背景下室内信号覆盖方案的发展特征

5G移动通信网络工作属于高频段网络，即工作频段在3.5 GHz以上，进而要求在室内网络分布系统中需要增加天线的点位数量。在5G时代背景下，人们对网络的需求和要求不断增高，尤其是手机终端的应用软件呈现爆炸式的增加，从而要求5G室内网络分布系统需要有以下几个特征，从而满足信号覆盖的需求。首先，5G背景下室内分布系统需要确保使用的设备具有较轻的重量和较小的体积，从而减小室内空间的占用； 其次，5G网络信号的覆盖和传输需要具有较高容量、较低时间延迟的网络架构，从而确保用户有良好的5G 网络体验效果；第三，5G室内信号网络分布系统在实际的施工中需要确保施工更加便捷，同时在网络改造和升级的过程中无需二次进场施工；第四，室内网络分布系统能够确保4G与5G信号平滑演进；最后，实现室内分布系统的可视化运行和维护，工作人员在维护系统和排查故障的过程中工序更加简单。

4 5G背景下运用新型的数字化室内信号覆盖系统

随着5G时代的到来，传统的室内分布DAS系统自身存在不可协调的弊端和问题，尤其是在大型场馆、交通枢纽等重点密集型业务的场景中，相关设备厂家和运营商还需要摒弃传统的室内分布DAS系统，在室内信号覆盖方面开发使用新型的数字化技术和信号室内分布系统，从而保证信号在室内全方位覆盖。目前，我国满足5G发展的新型的数字化室内分布系统有中兴通讯5G QCell、华为LampSite系统以及爱立信的RDS系统等。相较于传统的室内分布DAS系统，系统的数字化室内分布系统在实际施工中具有较小的协调难度，同时方便设备部署，网络架构具有灵活的容量扩充性，可视化的运行和维护体系等都能够对室内网络的容量进行最大化的提高，同时也提高了运行和维护网络的效率。新型的室内网络分布系统主要包括扩展单元、远端单元以及基带单元三级网络架构，其中的远端单元自身集成了天线以及射频单元的功能，在实际应用中起到美化作用，对天线的尺寸进行降低； 通过光电复合缆或者是网线将远端单元连接到扩展单元，从而降低了实际施工难度以及工作协调的难度； 在远端单元中进行4T4R天线的设置，能够充分发挥Massive MIMO的功能，促使用户的容量不断提高，提升用户的体验满意度；此外，远端单元内置的设备都是有源设备，能够多模开通，工作人员能够实时监控远端单元的设备运行情况，更加简单、直观地进行设备故障的排查和设备维护[6]。

新型数字化的室内网络分布系统在实际应用中具有智能化的管理模式、便捷的维护、可视化的运维系统以及简单的设备部署等优势，方便工作人员对系统标准进行随时跟踪监控，同时该系统模式能够满足4G以及5G不同阶段的用户体验、网络容量和业务等方面的需求，实现4G向5G的平滑升级，对整体网络架构的建设周期进行缩短，是实现5G背景下室内信号覆盖的最佳解决方案。考虑到运营商对室内信号覆盖分布系统的实际投资成本问题，在室内网络分布系统的建设中，传统的室内分布DAS系统仍然在使用中，在特殊场景中，设备厂家以及铁塔企业需要对新型的电缆、天线等设备进行合理设计和创新，从而满足不同场景的室内信号覆盖需求。

5 结束语

总之，在5G时代背景下，考虑到传统的室内分布DAS系统在实际应用的馈线和无源器件无法满足实际网络工作的高频段需求，同时也无法对传统的室内分布系统设备运行进行实时监控，较高的系统改造成本，以及无法进行大规模的容量扩充，进而导致传统的室内分布DAS系统并不能很好地满足5G对不同场景室内信号覆盖的需求，在5G背景下，室内分布DAS系统主要是用于隧道、电梯、地下停车场等低量和低频段的场景中。相关单位、厂家和运营商还需要基于5G的特点对室内信号覆盖和网络分布系统进行探究和创新，合理应用新型的数字化室内分布系统，从而确保室内网络系统能够可视化运维，支持MIMO功能，方便部署和故障排查，从而有效地从4G平滑过渡到5G，实现室内信号的全覆盖，满足用户对网络的需求。■