5G室內(nèi)覆蓋低成本解決方案研究與探討

呂 晨，許鵬飛，劉軍濤

（河南省信息咨詢設(shè)計研究有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著國家城市化腳步的逐漸加快，城市樓宇的建設(shè)密度也隨之加大。此種狀況下，網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋的問題也越發(fā)顯著。另外，通過大數(shù)據(jù)分析，大部分的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（90%）與業(yè)務(wù)量（70%）均發(fā)生在室內(nèi)。在各種類型的網(wǎng)絡(luò)投訴事件中，網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋在其中占據(jù)多數(shù)。因為5G頻段相對較高，因此組網(wǎng)方面需要具有密集性的特點，微蜂窩深度覆蓋規(guī)模不斷擴大，需要的成本有所加大。在這種情況下，采用常規(guī)建設(shè)模式，必然會導致綜合造價成本的升高，積極探尋低成本相關(guān)建設(shè)方案，是今后5G室內(nèi)覆蓋建設(shè)的必經(jīng)之路。

1 5G室內(nèi)覆蓋的特點

關(guān)于5G室內(nèi)覆蓋，其主要的特點如下。首先，5G室內(nèi)業(yè)務(wù)占據(jù)多數(shù)，同時存在的多樣性的特點。從業(yè)務(wù)承載上來看，由于室內(nèi)應(yīng)用存在多樣性方面的要求，這也對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出了更高的要求。其次，5G頻段偏高，這也給室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋增加了困難[1]。5G的運行一般都處于中頻與高頻，由于損耗比較高，針對5G信號來講，穿透墻體等建筑物便會更為困難，而室內(nèi)可以采用室內(nèi)分布系統(tǒng)加以覆蓋。另外，室內(nèi)傳播環(huán)境的不同，也促使覆蓋技術(shù)與成本投入上不盡相同。再次，隨著5G設(shè)備成本投入的大幅上漲，室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模與投入成本有所增加。同4G室內(nèi)分布系統(tǒng)相比較，5G室內(nèi)分布系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備，在載波帶寬、工作頻段等方面，都獲取了較為明顯的提高，所以5G室內(nèi)分布系統(tǒng)在建設(shè)的初始階段，設(shè)備成本投入會明顯加大，且后續(xù)需要投入較高的運營及維護上的成本投入，對5G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)成本進行預估，高至千億元級別。最后，存量室分場景中的網(wǎng)絡(luò)覆蓋存在一定的困難。從全網(wǎng)范圍中來看室分系統(tǒng)的保有量都在百萬級左右，其中，占據(jù)多于81%比例的1T1R無源室分，均很難使5G傳輸所具有的帶寬大與速度快等方面的優(yōu)勢獲取較好的發(fā)揮。這一系統(tǒng)中的多數(shù)，支持的頻段僅為2.5 GHz，無法實現(xiàn)對5G新頻段的有效支持。另外，通過多數(shù)場景的分析，三大運營商都已介入，這也在一定程度上限制了空間資源和室內(nèi)建設(shè)的位置，很難得到有效落實。

2 5G室內(nèi)覆蓋面對的挑戰(zhàn)

2.1 傳統(tǒng)無源分布系統(tǒng)存在的問題

如今，DAS系統(tǒng)正處于開發(fā)中，然而就5G時代與網(wǎng)絡(luò)要求上來看，其面對比較多的挑戰(zhàn)，這亦對5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的應(yīng)用起到了一定的限制作用。一方面，從整體上來看，系統(tǒng)建設(shè)更加復雜，需要對創(chuàng)新工作方面的挑戰(zhàn)加以面對。針對當前應(yīng)用較為廣泛的外部手動交付系統(tǒng)，應(yīng)具有較多的被動組件對其加以支持，如此同樣的任務(wù)便可以得到有效完成，項目建設(shè)通常具有較高的工作量，出錯的概率也比較大。針對現(xiàn)存的4G攝像機（兩通道）來講，在具體轉(zhuǎn)換操作進行的過程中，其中的很多新站點都會受到多個方面的限制，例如，空間移動的限制。另外，存在于其中的部分部件老化率也比較高，這樣其在雙向平衡中起到的實際作用也將難以得到發(fā)揮。目前，在DAS系統(tǒng)內(nèi)，安裝了無源元件，對應(yīng)的工作頻帶為800 MHz～2.7 GHz，但同5G主頻帶間依然具有較大的差距。另一方面，出現(xiàn)的錯誤比較難以獲取有效修復[2]。針對內(nèi)部配電系統(tǒng)，在對其進行安裝時，工作人員應(yīng)對其進行加以檢查及維護，創(chuàng)建相應(yīng)的聯(lián)系，同時保證設(shè)置間較好的通信。目前，部分傳統(tǒng)場所內(nèi)也完成了組件和維護部件相應(yīng)的配置。從規(guī)模上來講，對于較大的分級控制操作，艙壁檢查一般都是所采用的方式，然而這種操作方式也具有一定的不足，令一些比較隱匿的問題難以得到有效解決。另外，外部連接因素也是較為重要的。比如，具有眾多的連接點，抑或一些比較復雜建筑結(jié)構(gòu)，這也在一定程度上增加了維護工作開展的困難性，同時也在一定程度上加大了運營與維護需要的成本投入。

2.2 室外覆蓋室內(nèi)存在的問題

針對無線電波，依照其相應(yīng)傳輸?shù)囊?guī)律性，電磁波所對應(yīng)的頻率越大，發(fā)生破壞情況的概率也就越大。眾多研究顯示，5G外部應(yīng)用毯式模式，穿透內(nèi)在能量[3]。將5G技術(shù)應(yīng)用于低層建筑中，能夠令其所具有的優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，主要是由于其存在陡波的穿透力，關(guān)于深度信號，從衰減上來看，較為嚴重。然而就4G網(wǎng)絡(luò)而言，在一般性接入功能方面，可以起到相應(yīng)的支持作用。針對5G網(wǎng)絡(luò)而言，為了能夠使其建設(shè)需求得到一定的滿足，便需要有效限制DAS交付系統(tǒng)。

3 5G室內(nèi)覆蓋低成本解決方案研究

3.1 室內(nèi)和室外覆蓋統(tǒng)籌規(guī)劃

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際情況出發(fā)，當前5G產(chǎn)業(yè)正處在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初始階段，在室內(nèi)覆蓋業(yè)務(wù)的實施中，主要的對象是高規(guī)格數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品，需要根據(jù)業(yè)務(wù)的具體要求，逐漸針對低成本投入技術(shù)覆蓋方案予以深入探索。從運營商的角度來講，需要有效組織業(yè)界人士進行研發(fā)，這樣可以有效推動多元化5G室內(nèi)覆蓋方案更為高速的發(fā)展。通過5G網(wǎng)絡(luò)的行業(yè)應(yīng)用，且對于城市4G室內(nèi)站小區(qū)忙時有關(guān)指標加以整理和分析得知，通常具有兩個方面的特點：首先是不平衡，數(shù)量上相對較少的室內(nèi)小區(qū)，占據(jù)了其中的大部分流量，很多的室內(nèi)小區(qū)都是覆蓋型小區(qū)，在線用戶比較少，相應(yīng)的資源運用率比較低。其次是室內(nèi)占據(jù)比例偏大，在室內(nèi)小區(qū)建設(shè)相對偏多的城市，這種不平衡的問題也越發(fā)顯著。在5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，為了達到可以和4G相等的規(guī)模，從運營商的角度，就需要對更多的5G室內(nèi)小區(qū)進行實際創(chuàng)建。在這種情況下，預想能夠使5G相應(yīng)覆蓋需要得以滿足，相應(yīng)的室內(nèi)小區(qū)建設(shè)占據(jù)的比例也會隨之上升，比較有助于5G建設(shè)初始階段針對部署成本的縮減[4]?？傊?G室內(nèi)和室外網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的覆蓋的規(guī)劃，需要同時兼顧容量需求、用戶體驗、工程施工困難性等多個層面，結(jié)合實際情況對選擇的建設(shè)方案加以選擇，保證5G室內(nèi)業(yè)務(wù)的相應(yīng)發(fā)展需要得以實現(xiàn)。

3.2 室外站能夠?qū)崿F(xiàn)部分5G室內(nèi)淺層覆蓋

在5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中，需要保障室外站所具有的能力充分體現(xiàn)，保證樓宇5G室內(nèi)淺層覆蓋的實際需要可以得到較為有效的實現(xiàn)。在后續(xù)工作的開展中，從運營商的層面來看，應(yīng)對4G頻段的重耕加以重點推進，依照超級上行及其載波聚合等方面的相關(guān)要求，確保中低頻多頻相應(yīng)的協(xié)同組網(wǎng)可以獲取較好的實現(xiàn)，實現(xiàn)對上行短板的彌補，大幅提升覆蓋能力。

對于那些室外宏站不能覆蓋，同時也不能有效建設(shè)室分系統(tǒng)的樓宇，可以借鑒4G網(wǎng)絡(luò)所采用的部署方式，采取室分外放方式，形成對室內(nèi)的有效覆蓋。而針對應(yīng)用室外站建設(shè)，不是十分適合的室內(nèi)場所，需要對覆蓋場景與容量加以區(qū)分，應(yīng)用各不相同的5G室內(nèi)深度覆蓋方案。

對于室內(nèi)區(qū)域環(huán)境比較開闊且高容量的區(qū)域，比較典型的如車站、機場以及一些人員比較密集的場所，最好對應(yīng)用進行實際管控，需要具有持續(xù)性擴容能力的高規(guī)格5G數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)。另外，針對那些場地范圍比較開闊的環(huán)境，合適采用單一pRRU覆蓋，經(jīng)濟性良好，可以采用小區(qū)分裂的形式實施靈活性的擴容處理。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初始階段，在容量等多方面需求得到較好滿足的狀況下，針對無線射頻單元，應(yīng)盡量對其加以合并，保證其在一個小區(qū)中。對于同一樓層，應(yīng)盡可能規(guī)避實施眾多不同小區(qū)的設(shè)計方案，在必須進行多個小區(qū)設(shè)定的情況下，對于其中存在的切換位置，需要盡可能設(shè)置在人員流動量相對偏少的區(qū)域中。

對于其他容量型相應(yīng)的區(qū)域，其中學生宿舍是比較典型的場所，在這樣的區(qū)域中，房間通常存在較多隔斷，會產(chǎn)生比較大的穿透損耗，如此便會促使單一pR RU相應(yīng)的覆蓋面積比較小，就單位面積而言，其造價較高，在引入室分系統(tǒng)的情況下，采用單一pRRU，對于眾多的拉遠無源天線予以外接處理。對于單一pRRU相應(yīng)的覆蓋面積，予以擴展處理，這樣可以在一定程度上降低室分系統(tǒng)在單位面積上相應(yīng)的工程建設(shè)成本投入。

3.3 針對容量需求不高的場景采用低成本解決方案

通常情況下，從容量出發(fā)觀察覆蓋型區(qū)域，其對應(yīng)的需求并非很高。例如，針對普通的酒店賓館等場所，可以采用5G RRU與無源分布系統(tǒng)聯(lián)合進行建設(shè)，并采取分場景的工程建設(shè)施工方式。針對那些已經(jīng)布設(shè)了4G無源室分系統(tǒng)的樓宇而言，能夠選用的方案主要有如下兩種：首先，倘若原來擁有的相關(guān)無源器件能夠針對5G頻段加以支持，一般情況下，都應(yīng)用直接合路5G RRU信源。對于原本所配置的無源器件，如果無法支持相應(yīng)的5G頻段，在項目實際施工中便需要針對無源器件進行實際的更換，在弱電井中集中配置耦合器和功分器，應(yīng)用可以支持對應(yīng)頻段的無源器件。其次，在工程實際施工中，若是更換無源器件較為困難。例如，室內(nèi)樓層的天花板，具有封閉性，在這種情況下，便可以應(yīng)用成本投入相對較少的5G pRRU變頻拉遠系統(tǒng)。在弱電井RRU信源一側(cè)加入變頻的近端機，把5G pRRU兩個通道，對應(yīng)的100 MHz信號分別變頻下移至無源系統(tǒng)可以予以支持的兩個低頻點，通過無源分布系統(tǒng)，傳輸?shù)竭h端，把遠端的天線更換成可以進行監(jiān)控的變頻遠端機。這樣的設(shè)計方案中，不需要對分布于樓層天花板內(nèi)的功分耦合器進行更換，系統(tǒng)所能夠獲取的整體性能，同新雙通道無源室分相當，同時確保了無源室分系統(tǒng)監(jiān)控管理的有效實現(xiàn)。

針對一些新建場景，一般應(yīng)用如下減少施工成本的方案：首先，對于酒店和賓館等室內(nèi)隔斷較多場所。基于成本方面的考慮，新建的場所需要可以支持5G頻段雙通道，抑或?qū)瓮ǖ罒o源室分系統(tǒng)加以應(yīng)用，相應(yīng)的下行峰值速度需要大于600 Mbps與300 Mbps，預估這樣的系統(tǒng)在成本投入方面，便會比高規(guī)格室分系統(tǒng)與pRRU拉遠無源天線聯(lián)合的方案得到顯著的降低。但這一系統(tǒng)也具有自身的不足之處，不能實現(xiàn)對其的有效管理、維護與監(jiān)控，其次，針對那些隔斷偏少室內(nèi)較為開闊的超市等場所，可以采用5G pRRU變頻拉遠系統(tǒng)，這一系統(tǒng)以傳統(tǒng)單/雙路DAS作為基礎(chǔ)的場景，采用單一pRRU部署的方式，可以有效實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)覆蓋?？梢圆扇p少主設(shè)備實際應(yīng)用數(shù)量的手段，實現(xiàn)對室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)成本投入的有效縮減，并且這種方案施工建設(shè)比較方便。

3.4 重視5G運營成本的縮減

5G業(yè)務(wù)在原本黏性得到一定增強的情況下，對于室內(nèi)小范圍場景，可以對一體化小基站加以應(yīng)用，確保部署更加具有靈活性的特點，這樣可以令投訴問題在一定程度上得到解決。除了施工成本投入，有效縮減項目運營成本也是需要加以充分重視的。相較于無源室分系統(tǒng)，數(shù)字化室分系統(tǒng)在能源方面的消耗更大，單個pRRU頭端能效只有2%～3%。5G時代背景下，數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)的部署也將有所增多，相應(yīng)的運營成本投入亦會獲取較大幅度的提高。綠色節(jié)能針對較低的運營成本投入極為關(guān)鍵，首先，業(yè)界應(yīng)一同促進設(shè)備集成性與器件相應(yīng)工藝能力的有效提高，直接性減小設(shè)備相應(yīng)的能源消耗。其次，從運營商角度來看，應(yīng)進行涵蓋客戶價值、用戶容量等多個不同層面綜合性評估系統(tǒng)的建設(shè)，這樣可以保證室分系統(tǒng)的特點得到較好地發(fā)揮，比如，基于4G/5G協(xié)同的5G pRRU深度休眠機制，比較典型的諸如寫字樓和商場等場所能夠獲取較為顯著的節(jié)能效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，在5G室內(nèi)覆蓋的建設(shè)中，主要面臨工作頻段較高、設(shè)備成本投入大、需求多樣性及其建設(shè)困難等眾多方面的問題。對此，運營商應(yīng)結(jié)合容量、成本投入和覆蓋等方面的需求，實施精細化建設(shè)，并根據(jù)室分網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢，實施相關(guān)智能化技術(shù)的演進，確保低成本室內(nèi)覆蓋建設(shè)方案的有效實施，實現(xiàn)對5G室內(nèi)覆蓋建設(shè)成本高問題的有效破解?！?/p>