基于5G的室内分布系统规划与设计

陈永霖

摘要：文章针对室内分布系统设计问题进行研究，首先阐述了该系统的设计特点与规划方案，然后围绕5G技术支持下系统设计要点展开了讨论，包括无源室内系统、有源室内系统、无线综合分布系统等，最后结合5G应用场景，对室分系统的应用方式与优化措施加以阐述。事实证明，与以往室分系统相比，5G数字室分系统的优点主要体现在两个方面，一是能够扩大网络覆盖范围，二是有助于网络质量与运维效率提升，对节约运维成本意义重大。

关键词：5G技术；室内分布系统；系统设计；规划方案

中图分类号：中图分类号  文献标志码：A文献标志码

0 引言

在现代科技飞速发展的背景下，移动通信的诞生为人们生产生活带来诸多便利，特别是5G通信技术的应用，进一步打破空间界限，真正实现了人之间、物之间、人与物间的交互。与4G系统相比，5G系统的频段相对更高，信号传播与穿墙中的消耗随之增加，需要注重信号合理分布与科学规划，结合各类场景的应用需求，对室内分布系统的优势进行发挥，在增加室内系统所覆盖应用场景数量的前提下，节约运维成本投入，帮助运营商树立良好的品牌形象。

1 室内分布系统的设计特点

传统的室内分布系统结构如图1所示，此种结构在安装与维护方面难度较大，需要用到许多设备，不支持实时监控，只有通过定期检查、用户投诉两个渠道才能够发现问题。人工检测法仅适用于小型系统，对大型室分系统进行人工检测，不仅要投入大量时间，检测准确性也难以得到保证，人资、运维成本自然随之增加。

新时期，移动网络进入飞速发展阶段，商业应用场景更加密集，机场航站楼、交通枢纽、大型车站均开始引入或创建数字室内系统。此类系统具有配置简单、扩展性强、网络容量大、操作和维护便利等优点。以往DAS系统很难为新频段提供灵活支持，且扩容能力较弱，若不对其进行调整，将出现远端单元功耗增加的问题，供电距离也会受到影响。与之相比，5G室内分布系统的优势更为显著，可使以往问题得到有效改善，该系统的特点如下：（1）新型室内分布系统与原本通信系统兼容，可促进网络系统的全方位部署。（2）网络布局较为简单且能够对原本复杂的部署方案、时间表进行简化。（3）数字室内分布系统扩容更为灵活，可有效促进网络容量提升，且运维可视化水平较强，可在一定程度上增强运维效率。（4）在网络高频段方面，以往DAS系统内的无源器件、馈线无法为其提供强大支撑，高频经过馈线传输时损耗较高，无法准确监控器件运行情况，只能在电梯、隧道、停车场等场景下使用。5G环境下的室内覆盖采用有源室分建设方式，构建新型数字室内分布系统，具有部署简单、支持可视化运维等优势，可为大规模MIMO提供强大技术支持置［1］。

2 室内分布系统的规划方案

对该系统进行规划设计前，先要采集真实完整的项目信息，明确运营商的具体需求，确定覆盖区域，做好容量规划工作，再选择恰当的设备并接入对应线路，切换点规划、分析路损，得出最佳方案，如图2所示。

2.1 项目信息采集

对建筑四周无线通信系统进行探查，明确周围基站的名称、位置、容量信息等，为合理选择覆盖方案提供资料支持；与运营商、客户进行交流，争取了解更多建筑物内部的覆盖要求。

2.2 明确覆盖范围

该阶段需要完成两项工作：一是充分采集站点信息；二是根据各区域功能进行划分，结合具体情况将其分成高等、中等、低等3个价值区，并制订针对性的覆盖方案。例如：在机场航班楼场景中，可将售票区、安检区、候机区划入高价值区，将商铺、值机区、银行自助取款机划入中价值区，将地下室、员工休息室划入低价值区。

2.3 容量计算

对容量估算产生影响的因素较多，如环境、设备性能、干扰因素等，应利用仿真软件进行分析，准确计算小区内部与周围的吞吐量，只有这样才能使信号分布更加人性化、合理化。

2.4 设备接入

5G背景下，可利用皮基站进行覆盖，使单个小区吞吐量均值需求得到满足，并计算出数据业务目标值，以该目标为核心，选取与之相对应的设备与接入方式。在切换点规划方面，小区切换以室内和室外为主，点位通常设置在建筑物入口位置，内部切换点位多设置在电梯口处。室内各个分布区均要创建信号传播模型，对传播路损消耗情况进行计算。

2.5 方案制订

以前期所采集信息为依据，制订不同区域的覆盖方案，选取最佳接入设备与方式，绘制安装图、通信系统图、天线位置分布图等，业主审核无误后，便可正式开始工程建设［2］。

3 5G技术背景下的室内分布系统设计

3.1 无源室内系统

该系统包括耦合器、功分器、馈线与天线等部分，信号源可经过耦合器、功分器进行分錄，将各路末端  输出信号调整平衡，使室内信号分布更加均匀。该系统分布形式如图3所示。此种分布形式强调将基站作为室内分布的信号来源，利用功分器使信号得到均匀分配，再经过馈线传递到室内不同的收发天线中，使室内各区域均得到有效覆盖，出于强化信号传播效果的考虑，可按照信号衰减程度增加干线放大器，此法具有成本低、安装便利等优势。

3.2 有源室内系统

该系统可依靠光纤对基带信号进行传递，具有配置便利、部署高效、维修便利等优势。皮基站多为分布式架构，先依靠光纤将基带与扩展单元相连接，再利用网线将扩展与远端相连接。BBU作为基带单元，主要负责操控全部基站，通常被安装在通信机房内，配有对环境进行检测的设备。PRRU作为射频单元，具有射频信号处理的功能。工作人员可结合现场情况将其设置在不同楼层区域内。CPRI为数据汇集单元，可在远端与基带间进行信号传输，该单元一般设置在各个楼层的设备间、弱电井内［3］。不同的室内应用场景应安装与之相匹配的分布系统，以机场航站楼为例，该场景所适用有源分布系统相关参数如表1所示。

3.3 无线综合分布系统

3.3.1 覆盖区设计

根据GB 9175—88对微波辐射的相关要求，天线EIRP应低于20 dBm，在一级安全区内，容许场强低于10 μW/cm3。对多频混合电磁波而言，复合场强的计算公式如下：

Ec=E21+E22+E23+…+E2n

式中，Ec代表的是复合场强，单位为V/m；E1到En代表的是不同频率下的场强值，单位为V/m；一般情况下，人与天线下方垂直距离要超过30cm。在R为30cm时，微波辐射的安全区内场强允许值不足10 μW/cm3。

3.3.2 容量测算

该系统内各个通信系统设计不仅要与覆盖要求相符，还应符合场点容量要求。对不同场点各系统的话务量计算公式如下：

ErlTotal=S×N×Erls

式中，ErlTotal代表的是场点内话务总量，N代表的是单位面积下的用户数量，S代表的是目标场点覆盖面积，Erls代表的是忙时各用户的话务量。在相同系统内，由于场点数量与用户分布状态不尽相同，单位覆盖面积下用户数量通常存在较大偏差，机场、宾馆等公共场所忙时话务量受用户性质的影响。考虑到忙时话务量不同，需要率先对目标点位的话务总量进行确定，才可使信号得到合理配置。

3.3.3 机房选择与设备配置

在5G技术支持下，将信号源设备设置在室内分布机房内，将AP设备、PHS基站设置在弱电井道中，全部通信系统共用机房，将其设置在管线出入便捷的位置，尽量与弱电井相邻。禁止在机房周围堆放易燃易爆物质，做好防潮工作；机房为非电信专用房，应综合分析设备重量、排列形式与尺寸等，准确计算楼面荷载，便于采取有效加固措施。结合YD5040-97的规定可知，PHS基站中应设置独立的220 V交流供电系统，波动范围控制在±20%以内。在独立的供电系统内，按照远期负荷进行配置，保证各个有源设备均有单独的空气开关，设置供电计量设备［4］。

4 5G室内分布系统在大型馆室中的应用

4.1 5G应用场景

现阶段，5G应用已渗透到人们工作、生活的方方面面，在城市商业圈、体育场、交通枢纽、机场与车站等场所中，受人流密度大、高移动性、高连通性等特点影响，5G应用效果往往难以达到预期，对5G室分系统进行布置势在必行。在上文所提及众多应用场景中，除高移动性场景之外，剩余场景均为室内场景，如何妥善处理室内覆盖与容量问题成为关键所在。在通信技术飞速发展的当下，开放式系统直接连接部署难度加大，容量增长受到较大限制，严重阻碍了新型技术的演进与研发，针对该情况，有关人员指出简化和集成远程射频单元，降低部署难度，节约维护成本，采用新型组网方式满足室内覆盖与容量需求十分必要，同时也是5G技术普及应用的必经之路。

4.2 优化措施

为了促进5G室内分布系统效能的发挥，可采取以下措施对其进行优化：一方面，强化运维可视化。在5G网络模式下，组网结构发生明显改变，格局变得常态化，发射末端射频单元量明显增加，应加强运维可视化，对网络运行状态进行实时监控。值得强调的是，在新型数字室分创建中，有源器件数量显著增加，除特殊情况外，只需通过全面监控的方式，便能够保证潜在故障被及时发现，在快速确定故障位置的前提下，对其加以解决，为可视化运营维护的推广与实现助力［5］。另一方面，促进系统升级改造。新型数字室分系统以光纤、网线信号传输为主，涉及的信号量极多，需要科学开展MIMO设计。其中，2T2R为关键设备默认支持频段，研究人员可利用现有软件，促使2T2R朝着4T4R转变，或是通过引入Massive MIMO技术的方式，为4×4MIMO提供强大支持［6］。

5 结语

综上所述，以往2G、3G和4G网络单纯适用于中低频操作，外部信号的覆盖范围有限。5G时代，随着数字室分系统的诞生与应用，火车站、机场、交通枢纽等处的信号覆盖范围进一步拓展，网络质量得到显著提升。从整体来看，在5G技术支持下，该系统使传统网络布局得以改变，可通过无源室内系统、有源室内系统、无线综合分布系统的应用，覆盖更多的场景，为运维管理提供诸多便利，在保证以往存在的网络问题得到妥善解决的前提下，减少运营商投资金额。可以预见的是，未来，5G室分系统将拥有更广阔的市场，围绕该系统的规划及设计展开讨论自然很有必要。

参考文献

［1］王庆，沙伯祥，刁兆坤，等.4G/5G室内分布系统中边缘场强与设计功率关系研究［J］.通信世界，2021（23）：336-338.

［2］毛华胜.5G大型场馆室内分布系统设计分析［J］.华东科技（学术版），2020（6）：122-122.

［3］林善亮，阎春.光纤数字化的5G室内分布系统设计方案［J］.电信技术，2020（8）：325-327.

［4］李民.浅析5G时代室内分布系统发展趋势研究［J］.电子世界，2021（24）：205-209.

［5］张琴琴，宋勇.关于4G室内分布系统向5G平滑演进的研究［J］.移动信息，2020（2）：41-44.

［6］汪洋.室內分布系统现状分析及5G室分建设方式探讨［J］.数字通信世界，2020（5）：112-114.

（编辑 王永超）

Planning and design of indoor distribution system based on 5G

Chen  Yonglin

（Hainan Telecom Planning and Designing Institute Co.， Ltd.， Haikou 570203， China）

Abstract：  This paper studies the problem of indoor distribution system design， first expounds the system design characteristics and planning scheme， and then around the 5G technical support system design points are discussed， including passive indoor system， active indoor system， wireless integrated distribution system， finally combined with 5G application scenarios， the application of the room subsystem way and optimization measures. Facts have proved that compared with the previous room subsystem， the advantages of 5G digital room subsystem are mainly reflected in two aspects： one is to expand the coverage of the network， and the other is to help with the improvement of network quality and operation and maintenance efficiency， which is of great significance to save the operation and maintenance costs.

Key words： 5G technology; indoor distribution system; system design; planning scheme