基于TCO的5G室分场景化解决方案研究

吴晓乐，张 鹏，范天伟，薛超粤，陈 玲（.中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 450007；.中国联合网络通信集团有限公司，北京 000；.中国联通研究院，北京 00048）

1 概述

随着5G 室外覆盖的不断完善，5G 室内覆盖对用户感知的影响越来越大，5G室内覆盖质量已成为运营商的核心竞争力之一［1］。

一方面，5G室内分布系统（以下简称室分）建设规模大、投资大、运维成本高；另一方面，室分业务量分布极不均衡，根据某运营商的现网统计，25%的站点承载了80%的业务量，大部分室分小区为覆盖型小区，在线用户数少，资源利用率低，整体投资效益低。因此，应基于5G 网络频率部署、设备、天馈技术的特点，结合楼宇特征和业务需求，灵活选取室内覆盖技术手段，分场景差异化制定建设方案，降低TCO成本。

2 5G室内覆盖手段分析

2.1 5G室内覆盖手段概述

5G 室内覆盖手段种类繁多、差异大，按照系统组网形态，主要分为数字化室分、无源DAS 室分、移频MIMO 室分、扩展型微分布系统、数字直放站、室内外协同等类型。

a）数字化室分。数字化室分系统架构由BBU、汇聚单元和pRRU 单元组成，有内置天线和外接天线（多点位）2种形态，具备大容量、可监控、易安装等特点。

b）无源DAS 室分。无源室分（DAS）是由传统的信源（RRU）、无源器件（合路器、耦合器、功分器等）、馈线及天线组成。主要分为3.5 GHz DAS 和2.1 GHz DAS，现网应用的2G/3G/4G 无源室分支持2.1 GHz 设备，不支持3.5 GHz NR设备。

c）移频MIMO 室分。移频系统通过移频管理单元将5G 信源一路信号下变频为传统分布系统支持的中频信号，另一路直接与2G/3G/4G 射频信号进行合路，输出至原无源室分系统；通过移频覆盖单元接收无源室分系统内的变频信号并恢复至3.5/2.1 GHz 频段信号，与2G/3G/4G 信号同时在移频覆盖单元发射，达到利旧原有室分天馈系统，在单根馈线上实现5G信号2×2 MIMO覆盖的目的［2］。根据供电方式差异，移频方案分为2类，一类馈线供电，另外一类电源线或网线供电。内置供电方式，由近端机、远端机和管理平台等部分组成，替换掉原分布系统耦合器为过流耦合器，通过馈线为远端机供电；外置供电方式，由近端机、远端机、供电单元和管理平台等部分组成，不需替换源室分系统的无源器件，只在信源侧和室分天线侧新增一路电源线或网线为远端机供电。

d）扩展型微站。扩展型微站（微分布）系统由接入单元、扩展单元和远端单元三级架构组成。建网初期，先采用光纤分布系统进行覆盖，耦合室外信号，快速建网，实现低成本覆盖。随着容量提升，按需新增主机单元（带容量）替换接入单元，扩展单元和远端单元不需替换，实现容量平滑演进［3］。

e）数字直放站。按照信源耦合方式，分为光纤直放站和无线直放站2类。数字光纤直放站由接入单元和远端单元组成，接入单元与信源的耦合方式是有线耦合，采用射频馈入方式，通过数字传输方式，将信号传输至远端单元进行无线覆盖。数字无线直放站与信源的耦合方式为无线耦合，采用无线馈入方式，实现无线转发，双向放大2G/3G/4G/5G 基站上下行链路信号；无需机房等配套资源，无需光纤回传，部分厂家设备具备自激对消功能，部署灵活，用于扩展和填补无线覆盖盲区。

f）室内外协同手段。对于部署室分系统困难或室分系统效果不好的楼宇，可通过室外基站、楼间对打等室内外协同手段，实现对地上楼层的5G室内浅层覆盖。根据某运营商的工程经验和测试数据，对于商务楼宇，300 m 内有基站，单层面积小于1 000 m2或10层以下且单层面积小于1 600 m2，无阻挡的地上楼层可通过室外进行覆盖；对于住宅小区，300 m 内有基站且无阻挡，楼宇高度低于天线挂高的地上楼层可通过室外基站覆盖（见图1）。

2.2 5G室分建设手段对比

根据某运营商的工程造价，估算出5G室分主要建设手段的单位面积TCO（含建设成本和10 年运营成本），具体如表1所示。

从表1 可以看出，5G 室分系统的带宽越大、通道数越多，网络速率越高，单位面积的TCO 成本越高。因此，应科学选取5G 室内覆盖方案，在满足业务需求的前提下，降低TCO成本。

对于四流5G室分系统，扩展型微站的成本约为数字化室分的80%，有一定成本优势；对于双流5G 室分系统，数字化室分（三点位）和3.5 GHz DAS 成本基本相当，移频MIMO 和扩展型微站有一定成本优势，楼间对打成本优势明显；对于单流5G 室分系统，新建DAS和数字化室分（四点位）基本相当，2.1 GHz DAS 合路或升级的成本优势明显；5G 直放站系统的成本约为3.5 GHz DAS 室分的50%以下，成本优势明显，是低业务室分场景的重要解决方案之一。

3 5G室分场景化覆盖方案

3.1 住宅小区覆盖方案

3.1.1 覆盖方案

住宅小区的深度覆盖问题对用户感知影响很大，是5G网络的投诉热点和建设重点区域。有研究表明，住宅场景下，用户使用5G网络70%以上的时间和80%以上的流量发生在家里［4］。由于住户内部隔断多，信号穿透衰耗大，从楼道内部安装天线覆盖室内效果差、投资大，但是住户外部大多是玻璃窗户或阳台，信号穿透衰耗小，因此通过室外基站或楼间对打方式解决住户室内的浅层覆盖，效果更好、投资更低，可根据业务需求，灵活选取3.5 GHz 或2.1 GHz 覆盖，解决住宅小区的深度覆盖问题。

a）高层小区内楼房布局多样，楼层一般在20层以上，高层信号杂乱、干扰严重，底层存在弱覆盖情况，电梯及地下室为信号盲区。建议小区外围以室外宏站覆盖为主，小区内部通过楼顶对打进行覆盖，采用RRU+射灯天线覆盖方式，在建筑物楼顶安装大张角射灯天线，由室外天线覆盖至室内，覆盖楼宇平层，地下停车场采用直放站+天线进行覆盖。

b）多层建筑小区内楼房密集，布局基本整齐，一般楼高6～8层；绿化面积大，建筑物及绿化对信号衰减严重，尤其低层信号较差。建议以室外宏站覆盖为主，宏站无法覆盖的区域或无法建设宏站时，采用pRRU/RRU作为信源，通过光纤直放站+天线的方式进行覆盖。

c）别墅区由成片住宅小区组成，以2～3 层为主，单个房间面积较大且内部纵深较大，区域内楼宇排列相对整齐，楼间距一般较大。建议优先利用别墅区周边建筑物建设宏站进行覆盖，宏站无法覆盖的区域或无法建设宏站时，采用室外微站覆盖室内的方案。

d）城中村建筑物密集，楼间距小，一般在2～8 层，信号阻挡严重，室内一般为弱覆盖或覆盖盲区，物业协调难度极大。建议室外宏站进行上层区域的覆盖，下层区域采用RRU/微站+天线方式进行覆盖。

3.1.2 应用案例

以某高档小区为例，该小区共有15 栋楼，原有6个4G RRU 和13个射灯天线，分别安装在6栋楼上，4G室外覆盖情况良好，5G 覆盖较差。5G 覆盖采用射灯楼间对打方案，新增6个3.5 GHz RRU，在原4G 射灯天线点位新放馈线、功分器、电源线、3.5 GHz 6 端口射灯天线。5G 设备开通后，低楼层存在阻挡导致的弱覆盖，中高楼层覆盖良好。具体覆盖测试结果见表2。

表2 某高档小区楼间对打覆盖测试数据（平均值）

3.2 商务楼宇覆盖方案

由于需要室分覆盖的商务楼宇规模大、场景多、业务需求不均衡，如果全部新建3.5 GHz DAS 或数字化室分等手段，则投资过大、效益较低。为了解决这个问题，可通过评估室分楼宇价值，针对不同价值等级的楼宇，制定差异化解决方案，使室分的建设更加精准高效［5］。

3.2.1 现网无室分系统的楼宇

3.2.1.1 覆盖方案

对于现网无室分系统的楼宇，以3.5 GHz 室分为主，适度控制4TR数字化室分的规模。对于机场、高铁站、地铁站、旗舰营业厅等业务量高、品牌重要性高的场景，以3.5 GHz 4TR 数字化室分为主建设，按需部署200M/300M，保障用户感知；对于大型宾馆酒店、大型写字楼等中等业务密度的场景，以2TR/1TR为主，灵活采用扩展型微基站、3.5 GHz 1TR DAS 等手段覆盖；其他中小型商务楼宇、电梯、地下停车场等场景，以2.1 GHz DAS或直放站等手段，低成本解决覆盖问题。

3.2.1.2 应用案例

某地大型超市，共2 层，建筑面积约为12 000 m2，现网无室分系统，业务密度较高。本站采用扩展型微站方案，设备数量包括5G 主机单元2 台、扩展单元2台、4T4R 远端单元13台，基本实现了5G 双流MIMO 的的指标性能，总体投资比新建4TR 数字化室分节省20%～30%。具体覆盖测试结果见表3。

表3 某大型超市扩展型微站覆盖测试数据（平均值）

3.2.2 现网有室分系统的楼宇

3.2.2.1 覆盖方案

现网有室分系统的楼宇，适度控制3.5 GHz 室分使用规模，采用DAS 合路或升级方式，充分利用存量室分资源，大大降低网络建设成本。建议重点场景新建3.5 GHz 室分系统，具备实施改造条件的中高业务场景使用移频MIMO 系统，其他场景以2.1 GHz NR 合路/升级为主，能升尽升，快速、低成本实现5G 室内覆盖。

3.2.2.2 应用案例

某地综合商务楼，集商务酒店、办公、金融通信、休闲娱乐及特色餐饮为一体，地上9 层，地下2 层，总建筑面积50 000 m2，现网已有4G DAS 室分系统，业务密度中等偏上。本站采用移频MIMO 改造方案，在原有单缆上实现5G 双流效果，移频改造共新增了1 台5G RRU、2 台近端机、78 个远端机（有源天线），原有（800～2 300 MHz）耦合器、功分器、天线更换为（800～3 600 MHz）馈电耦合器、功分器、远端机（有源天线），改造后上下行峰值速率可提升至5G 单流的2 倍，总体投资比新建数字化（三点位）系统节省25%～35%。具体覆盖测试结果见表4。

3.3 大型楼宇（群）分区覆盖策略及应用案例

对于同时具有多种功能的大型楼宇（群），各功能区的业务需求差异较大，应基于功能分区制定混合组网方案。

3.3.1 高校校园混合组网方案

高校校园各功能区业务分布特点明显，根据某高校校园流量评估（详见表5），宿舍楼为超高负荷场景，教学楼业务需求其次，图书馆和食堂业务需求中等，办公楼/行政楼数据业务需求较低，礼堂和食堂在特定时间人员密集、数据业务需求较高。该校园采用混合组网方案，宿舍楼、教学楼、图书馆等高流量区域新建3.5 GHz 数字化分布系统，办公楼等低流量区域采用2.1 GHz NR 设备合路原有DAS 系统。总体投资比全部新建数字化系统约节省20%～30%。

表5 某高校校园业务分布特点

3.3.2 商业综合体混合组网方案

某大型商业综合体，B1F 为商业区及地下停车场混合区，1F～8F 为商业购物区，9F～39F 为商务写字楼，总覆盖面积约为400 000 m2，已有4G 室分覆盖。本站点采用混合组网方案，其中休闲娱乐区、餐饮区、购物区等热点区域新建3.5 GHz 数字化分布系统；写字楼、电梯及车库采用2.1 GHz 设备合路改造方案。总体投资比全部新建数字化系统约节省80%。具体覆盖测试结果见表6。

表6 某商业综合体混合组网覆盖测试数据（平均值）

4 结束语

采用场景化的建设手段快速实现5G室内覆盖，是当前5G 网络建设的重点。本文总结了当前主要的5G室分建设手段，并进行TCO 成本和设备能力对比，提出了分场景的低成本应用策略：对于住宅场景，应通过室内外协同覆盖；对于商务楼宇，灵活选取室内覆盖技术手段，分场景差异化制定建设方案；对于同时具有多种功能的大型楼宇，应基于楼宇功能分区制定混合组网方案。本文给出的分场景实施建议，对后续的5G室内覆盖建设有一定的参考价值。