5G背景下室內(nèi)信號(hào)覆蓋解決方案的研究

趙 博

（山西省郵電建設(shè)工程有限公司，山西 太原 030006）

1 5G網(wǎng)絡(luò)概述

5G網(wǎng)絡(luò)主要是指第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)體系中對(duì)新一代的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，其中包括應(yīng)用Massive MIMO技術(shù)、同頻全雙工、高頻段信號(hào)傳輸、SDN和NFV、MEC等技術(shù)。當(dāng)前，5G網(wǎng)絡(luò)主要的應(yīng)用業(yè)務(wù)是eMBB增強(qiáng)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)、mMTC大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)以及uRLLC超高可靠超低時(shí)延通信的連接業(yè)務(wù)[1]。

2 信號(hào)室內(nèi)分布系統(tǒng)的主要形式

在過(guò)去2G、3G背景下，我國(guó)的移動(dòng)通信技術(shù)主要是低頻段的發(fā)展，對(duì)室內(nèi)信號(hào)盲點(diǎn)覆蓋解決方案主要是通過(guò)室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)進(jìn)行解決；進(jìn)入4G時(shí)代后，仍然是室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)對(duì)信號(hào)覆蓋問(wèn)題進(jìn)行解決；在進(jìn)入4G時(shí)代后期乃至5G時(shí)代，為了能夠?qū)φ军c(diǎn)協(xié)調(diào)難、實(shí)時(shí)監(jiān)控故障等問(wèn)題進(jìn)行解決，運(yùn)營(yíng)商在進(jìn)行室內(nèi)信號(hào)覆蓋問(wèn)題解決的過(guò)程中研發(fā)出了光分布的室內(nèi)分布系統(tǒng)。信號(hào)室內(nèi)分布系統(tǒng)的主要形式如下。

2.1 傳統(tǒng)的室內(nèi)DAS分布系統(tǒng)

在4G時(shí)代背景下，不同運(yùn)營(yíng)商在室內(nèi)信號(hào)覆蓋解決方案中普遍采用的方式就是傳統(tǒng)的室內(nèi)DAS分布系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)方案主要包括同軸電纜、無(wú)源器件以及天線。在具體運(yùn)行過(guò)程中，在同一套的信號(hào)分布系統(tǒng)中，借助合路器耦合不同制式的信號(hào)，同時(shí)在天線和電纜中連接功分器和耦合器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建筑室內(nèi)的信號(hào)全覆蓋。室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中雖然能夠滿足4G技術(shù)對(duì)信號(hào)室內(nèi)覆蓋的需求，然而考慮到該系統(tǒng)在實(shí)際空間部署方面存在一定的難度，需要工作人員在室內(nèi)結(jié)構(gòu)中進(jìn)行打眼穿線，受到很多業(yè)主的阻撓和反對(duì)，同時(shí)該系統(tǒng)運(yùn)行很容易造成饋線較大的損耗，因此只能在業(yè)務(wù)密度低的場(chǎng)景進(jìn)行使用，同時(shí)需要對(duì)信源設(shè)備的使用數(shù)量進(jìn)行增加。此外，該系統(tǒng)主要是運(yùn)用無(wú)源器件，工作人員無(wú)法對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，所以當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，工作人員很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)該系統(tǒng)在后期若是進(jìn)行改造，工序復(fù)雜，需要二次施工進(jìn)行系統(tǒng)與信源分布的改造和完善。若是發(fā)揮MIMO功能，還需要在室內(nèi)進(jìn)行雙路分布系統(tǒng)的建設(shè)，這樣會(huì)大大增加資金的投入?？傊?，傳統(tǒng)的室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)在投入使用后的故障定位和排查以及維護(hù)工作中很容易增加相應(yīng)的工作量和難度，同時(shí)在建設(shè)過(guò)程中對(duì)制作接頭、布放饋線等施工工藝有較高的要求，整個(gè)施工過(guò)程比較復(fù)雜，同時(shí)沒有較好的美觀性，所以，不同設(shè)備供應(yīng)商以及廠商也不斷研究開發(fā)出光纖分布系統(tǒng)，從而對(duì)傳統(tǒng)的室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行解決[2]。

2.2 光分布室內(nèi)分布系統(tǒng)

光分布室內(nèi)分布系統(tǒng)主要是包括擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)端單元以及主控單元三部分，相較于傳統(tǒng)室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)，光分布室內(nèi)分布系統(tǒng)是一種數(shù)字化的光分布系統(tǒng)，主要是借助光電轉(zhuǎn)換技術(shù)運(yùn)行，同時(shí)將單個(gè)的信源覆蓋面積進(jìn)行提升，改變傳統(tǒng)的普通饋線，采用新材料光電復(fù)合纜，同時(shí)也不需要在物業(yè)點(diǎn)就近安裝信源的主設(shè)備，可以將天線內(nèi)置設(shè)備，同時(shí)整體的施工過(guò)程更加簡(jiǎn)單，設(shè)備更加具有美觀性，同時(shí)也會(huì)對(duì)MIMO功能進(jìn)行支持，不僅滿足2G和4G網(wǎng)絡(luò)雙模工作方式的需要，同時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)端設(shè)備的獨(dú)立網(wǎng)管可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

在5G時(shí)代之前，移動(dòng)通信的制式設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行工作中都是低頻段，傳統(tǒng)的室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)使用地天線和無(wú)源器件無(wú)法滿足5G設(shè)備運(yùn)行的高頻段需求， DAS系統(tǒng)信號(hào)覆蓋方案已無(wú)法滿足實(shí)際需要，同時(shí)也無(wú)法確保4G向5G平滑升級(jí)應(yīng)用。所以在5G時(shí)代背景下，對(duì)室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)進(jìn)行新建，其中的饋線會(huì)衰減高頻段信號(hào)，同時(shí)增加合路點(diǎn)，導(dǎo)致投資信源的資金增加。為了滿足5G對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求，室內(nèi)分布系統(tǒng)還需要確保天線方面滿足4T4R的要求，不僅導(dǎo)致資金投入成倍增加，同時(shí)也因?yàn)槎嘈诺赖脑驅(qū)е骆溌烦霈F(xiàn)不平衡的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能較差。光分布室內(nèi)分布系統(tǒng)的信源也是傳統(tǒng)的RRU，該信源系統(tǒng)也無(wú)法直接將4G改造為5G對(duì)信號(hào)覆蓋的需求。因此，所有設(shè)備的廠商以及鐵塔企業(yè)還需要根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行新的室內(nèi)信號(hào)覆蓋解決方案的開發(fā)和研究創(chuàng)新[3]。

3 5G背景下室內(nèi)信號(hào)覆蓋解決方案的思路

3.1 5G背景下室內(nèi)信號(hào)覆蓋解決的技術(shù)分析

5G時(shí)代背景下應(yīng)用的室內(nèi)系統(tǒng)分布技術(shù)如下。首先是超密集組網(wǎng)，該結(jié)構(gòu)主要是控制并分離承載，通過(guò)集中簇化的控制方式架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。在具體操作中借助虛擬層技術(shù)，同時(shí)部署UDN網(wǎng)絡(luò)，將單位面積的站點(diǎn)密度進(jìn)行增加，也就是實(shí)現(xiàn)虛擬的單層實(shí)體多層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具體分為實(shí)體層和虛擬層，其中的實(shí)體微基站主要是傳輸承載數(shù)據(jù)，虛擬層主要是接收和發(fā)布控制承載的信號(hào)和命令，進(jìn)行移動(dòng)性管理。在超密集組網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理簇內(nèi)小區(qū)之間的干擾、無(wú)線資源協(xié)同，確保網(wǎng)絡(luò)容量不斷提升；同時(shí)激活用戶數(shù)，將站點(diǎn)數(shù)和用戶數(shù)的比率不斷增大，進(jìn)而提高服務(wù)不同用戶的節(jié)點(diǎn)，提升用戶體驗(yàn)的滿意度。

其次是虛擬nTnR網(wǎng)絡(luò)，主要是借助數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的創(chuàng)新，在硬件成本不增加的基礎(chǔ)上，覆蓋多個(gè)4T4R系統(tǒng)，在交疊區(qū)域形成16T16R或者是8T8R的虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，確保用戶在網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)中可以提高網(wǎng)速。同時(shí)虛擬nTnR網(wǎng)絡(luò)在不改動(dòng)硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上，對(duì)后臺(tái)軟件進(jìn)行升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)成本的nTnR網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，促使用戶的體驗(yàn)也是成本提升[4]。

最后是借助Massive MIMO技術(shù)進(jìn)行天線陣列的大規(guī)模構(gòu)建，該技術(shù)主要是對(duì)空間資源進(jìn)行充分利用，借助多個(gè)天線的建構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的多發(fā)多收，在頻譜資源以及發(fā)射天線功率不增加的基礎(chǔ)上，促使系統(tǒng)成倍增加信道容量；同時(shí)該系統(tǒng)能夠自由利用空間， 從而最大化提升傳輸無(wú)線鏈路的可靠性和有效性，進(jìn)而確保室內(nèi)信號(hào)的覆蓋面更加廣，用戶的體驗(yàn)感更好。與4G背景下MIMO系統(tǒng)的4天線不同，5G背景下MIMO 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)16/32/64/128天線，甚至更多天線，從而促使天線陣列更加大規(guī)模，確保波束賦形能夠適應(yīng)特定的場(chǎng)景，并合理進(jìn)行天線的調(diào)整。例如，移動(dòng)終端設(shè)置8天線寬帶系統(tǒng)，其中的天線系統(tǒng)包括兩種天線單元，由接地電線和耦合饋電線構(gòu)成，這兩種天線單元分別安裝在室內(nèi)的地板側(cè)邊和上方，兩者之間正交， 通過(guò)耦合饋電方式發(fā)揮作用，從而確保寬帶能夠?qū)崿F(xiàn)解耦效果，通過(guò)設(shè)置8天線，從而提高室內(nèi)的信號(hào)覆蓋率。在5G時(shí)代背景下應(yīng)用MIMO技術(shù)，通過(guò)對(duì)天線陣列進(jìn)行大規(guī)模布置，能夠在接收端和發(fā)送端聚合大量的天線，進(jìn)而形成更加密集的數(shù)組，通過(guò)波束賦形，在終端接收器中引導(dǎo)接收所有的信號(hào)，提高信號(hào)接收的強(qiáng)度，同時(shí)也避免了信號(hào)之間的干擾。此外，5G背景下MIMO應(yīng)用系統(tǒng)能夠?qū)?天線同時(shí)進(jìn)行深度衰落概率的降低，促使組合接收的信號(hào)更加穩(wěn)定，信噪比波動(dòng)穩(wěn)定，同時(shí)提高信號(hào)接收的質(zhì)量，對(duì)終端信號(hào)接收的強(qiáng)度進(jìn)行提升；對(duì)同頻的用戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，同時(shí)也擴(kuò)充了網(wǎng)絡(luò)的容量，對(duì)小區(qū)間之間的干擾進(jìn)行有效的減少。MIMO技術(shù)和構(gòu)建的系統(tǒng)能夠通過(guò)獨(dú)立的空間信道衰落，上下進(jìn)行信號(hào)發(fā)送，向下在同頻資源進(jìn)行4個(gè)并行數(shù)據(jù)的傳輸，即有4個(gè)空間信道的維度，向上有兩個(gè)空間信道的維度，重用空間，從而增加信號(hào)傳輸?shù)男б?，提高信?hào)覆蓋和傳輸接收的峰值率[5]。

3.2 5G背景下室內(nèi)信號(hào)覆蓋方案的發(fā)展特征

5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)工作屬于高頻段網(wǎng)絡(luò)，即工作頻段在3.5 GHz以上，進(jìn)而要求在室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)中需要增加天線的點(diǎn)位數(shù)量。在5G時(shí)代背景下，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求和要求不斷增高，尤其是手機(jī)終端的應(yīng)用軟件呈現(xiàn)爆炸式的增加，從而要求5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)需要有以下幾個(gè)特征，從而滿足信號(hào)覆蓋的需求。首先，5G背景下室內(nèi)分布系統(tǒng)需要確保使用的設(shè)備具有較輕的重量和較小的體積，從而減小室內(nèi)空間的占用； 其次，5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋和傳輸需要具有較高容量、較低時(shí)間延遲的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而確保用戶有良好的5G 網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)效果；第三，5G室內(nèi)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)在實(shí)際的施工中需要確保施工更加便捷，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)改造和升級(jí)的過(guò)程中無(wú)需二次進(jìn)場(chǎng)施工；第四，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)能夠確保4G與5G信號(hào)平滑演進(jìn)；最后，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)分布系統(tǒng)的可視化運(yùn)行和維護(hù)，工作人員在維護(hù)系統(tǒng)和排查故障的過(guò)程中工序更加簡(jiǎn)單。

4 5G背景下運(yùn)用新型的數(shù)字化室內(nèi)信號(hào)覆蓋系統(tǒng)

隨著5G時(shí)代的到來(lái)，傳統(tǒng)的室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)自身存在不可協(xié)調(diào)的弊端和問(wèn)題，尤其是在大型場(chǎng)館、交通樞紐等重點(diǎn)密集型業(yè)務(wù)的場(chǎng)景中，相關(guān)設(shè)備廠家和運(yùn)營(yíng)商還需要摒棄傳統(tǒng)的室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)，在室內(nèi)信號(hào)覆蓋方面開發(fā)使用新型的數(shù)字化技術(shù)和信號(hào)室內(nèi)分布系統(tǒng)，從而保證信號(hào)在室內(nèi)全方位覆蓋。目前，我國(guó)滿足5G發(fā)展的新型的數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)有中興通訊5G QCell、華為L(zhǎng)ampSite系統(tǒng)以及愛立信的RDS系統(tǒng)等。相較于傳統(tǒng)的室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)，系統(tǒng)的數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)在實(shí)際施工中具有較小的協(xié)調(diào)難度，同時(shí)方便設(shè)備部署，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有靈活的容量擴(kuò)充性，可視化的運(yùn)行和維護(hù)體系等都能夠?qū)κ覂?nèi)網(wǎng)絡(luò)的容量進(jìn)行最大化的提高，同時(shí)也提高了運(yùn)行和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的效率。新型的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)主要包括擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)端單元以及基帶單元三級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中的遠(yuǎn)端單元自身集成了天線以及射頻單元的功能，在實(shí)際應(yīng)用中起到美化作用，對(duì)天線的尺寸進(jìn)行降低； 通過(guò)光電復(fù)合纜或者是網(wǎng)線將遠(yuǎn)端單元連接到擴(kuò)展單元，從而降低了實(shí)際施工難度以及工作協(xié)調(diào)的難度； 在遠(yuǎn)端單元中進(jìn)行4T4R天線的設(shè)置，能夠充分發(fā)揮Massive MIMO的功能，促使用戶的容量不斷提高，提升用戶的體驗(yàn)滿意度；此外，遠(yuǎn)端單元內(nèi)置的設(shè)備都是有源設(shè)備，能夠多模開通，工作人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控遠(yuǎn)端單元的設(shè)備運(yùn)行情況，更加簡(jiǎn)單、直觀地進(jìn)行設(shè)備故障的排查和設(shè)備維護(hù)[6]。

新型數(shù)字化的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有智能化的管理模式、便捷的維護(hù)、可視化的運(yùn)維系統(tǒng)以及簡(jiǎn)單的設(shè)備部署等優(yōu)勢(shì)，方便工作人員對(duì)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行隨時(shí)跟蹤監(jiān)控，同時(shí)該系統(tǒng)模式能夠滿足4G以及5G不同階段的用戶體驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)容量和業(yè)務(wù)等方面的需求，實(shí)現(xiàn)4G向5G的平滑升級(jí)，對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建設(shè)周期進(jìn)行縮短，是實(shí)現(xiàn)5G背景下室內(nèi)信號(hào)覆蓋的最佳解決方案?？紤]到運(yùn)營(yíng)商對(duì)室內(nèi)信號(hào)覆蓋分布系統(tǒng)的實(shí)際投資成本問(wèn)題，在室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的建設(shè)中，傳統(tǒng)的室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)仍然在使用中，在特殊場(chǎng)景中，設(shè)備廠家以及鐵塔企業(yè)需要對(duì)新型的電纜、天線等設(shè)備進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，從而滿足不同場(chǎng)景的室內(nèi)信號(hào)覆蓋需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，在5G時(shí)代背景下，考慮到傳統(tǒng)的室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的饋線和無(wú)源器件無(wú)法滿足實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工作的高頻段需求，同時(shí)也無(wú)法對(duì)傳統(tǒng)的室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，較高的系統(tǒng)改造成本，以及無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模的容量擴(kuò)充，進(jìn)而導(dǎo)致傳統(tǒng)的室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)并不能很好地滿足5G對(duì)不同場(chǎng)景室內(nèi)信號(hào)覆蓋的需求，在5G背景下，室內(nèi)分布DAS系統(tǒng)主要是用于隧道、電梯、地下停車場(chǎng)等低量和低頻段的場(chǎng)景中。相關(guān)單位、廠家和運(yùn)營(yíng)商還需要基于5G的特點(diǎn)對(duì)室內(nèi)信號(hào)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)進(jìn)行探究和創(chuàng)新，合理應(yīng)用新型的數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)，從而確保室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠可視化運(yùn)維，支持MIMO功能，方便部署和故障排查，從而有效地從4G平滑過(guò)渡到5G，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)信號(hào)的全覆蓋，滿足用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求?！?/p>