室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)分場(chǎng)景建設(shè)方案分析

汪潔云

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)上海有限公司）

1 引言

隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的不斷提速，我國(guó)的5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入大規(guī)模部署和應(yīng)用階段，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)表明，在5G時(shí)代，超過(guò)80%的數(shù)據(jù)流量將發(fā)生在室內(nèi)，如何解決室內(nèi)盲點(diǎn)、熱點(diǎn)區(qū)域的覆蓋和容量問(wèn)題成為關(guān)鍵所在，必須不斷完善建設(shè)方案，采用合適的信號(hào)源和信號(hào)分布系統(tǒng)，通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋，推動(dòng)各行各業(yè)改革升級(jí)。

2 室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景劃分

截止2022年7月，我國(guó)已經(jīng)建成開(kāi)通的5G基站約為200萬(wàn)個(gè)，雖然室外5G信號(hào)穩(wěn)定，但是室內(nèi)信號(hào)深度覆蓋能力不足。由于室內(nèi)環(huán)境比較復(fù)雜，不同建筑結(jié)構(gòu)對(duì)信號(hào)的屏蔽和吸收作用不同，容易出現(xiàn)不同程度的傳輸衰耗，而且不同場(chǎng)所對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的需求不同，需要通過(guò)不同技術(shù)手段，滿足網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的多元化需求。室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)分場(chǎng)景建設(shè)方案的制定首先要明確場(chǎng)所劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，結(jié)合5G信號(hào)傳遞特點(diǎn)，室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋典型場(chǎng)景可以從結(jié)構(gòu)形式和業(yè)務(wù)量進(jìn)行劃分，比如，按照樓層開(kāi)間大小，分為大型空曠結(jié)構(gòu)、隔斷稀疏空曠、大開(kāi)間、小開(kāi)間等，按照業(yè)務(wù)量大小劃分為低業(yè)務(wù)量、普通業(yè)務(wù)量、高業(yè)務(wù)量等，以學(xué)校建筑為例，宿舍屬于高業(yè)務(wù)量小開(kāi)間場(chǎng)景，圖書(shū)館屬于普通業(yè)務(wù)量大開(kāi)間場(chǎng)景，大禮堂屬于普通業(yè)務(wù)量隔斷稀疏空曠場(chǎng)景，體育館屬于普通業(yè)務(wù)的大型空曠場(chǎng)景。一般情況下，建筑隔斷越密集的場(chǎng)景，單個(gè)信源覆蓋面積越小，傳播半徑越小，反之，如果隔斷越少，在比較空曠的場(chǎng)景，單個(gè)信源覆蓋面積越大，傳播半徑越大。所以，需在明確室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景分類的基礎(chǔ)上，開(kāi)展具體的建設(shè)方案研究[1]。

3 室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)分場(chǎng)景建設(shè)方案分析

3.1 選擇合適的信號(hào)源

室內(nèi)分布系統(tǒng)可有效改善建筑物內(nèi)移動(dòng)通信環(huán)境，利用各種室內(nèi)天線，可將移動(dòng)通信基站的信號(hào)均勻地分布在室內(nèi)各個(gè)角落，提高室內(nèi)信號(hào)覆蓋水平，其主要包括施主信源和信號(hào)分布系統(tǒng)兩部分組成。其中，施主信源可以有效分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)壓力，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源配置，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化，主要包括基站、基站拉遠(yuǎn)設(shè)備、無(wú)線或有線中繼設(shè)備等，根據(jù)設(shè)備的不同，可以分為宏基站信源、微基站信源、皮基站信源、分布式基站信源、直放站信源等。以宏基站作為信號(hào)源，具有容量大、覆蓋廣、信號(hào)好、易擴(kuò)容、端口多等優(yōu)點(diǎn)，但是建設(shè)成本較高，建設(shè)周期長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境要求較高，很難通過(guò)密集部署宏基站解決室內(nèi)和熱點(diǎn)區(qū)域信號(hào)覆蓋和容量問(wèn)題。以微基站、皮基站為代表的小基站是解決室內(nèi)信號(hào)覆蓋深度不足的關(guān)鍵所在。微基站是室內(nèi)覆蓋區(qū)域獨(dú)立承載提供業(yè)務(wù)量的有效方式，設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，皮基站體積小，但更加靈活，具有重量輕、成本低、性能高、易部署、功耗低、支持多種回傳組網(wǎng)方式等優(yōu)點(diǎn)，覆蓋范圍為20m～50m，尤其適用于室內(nèi)公共場(chǎng)所，比如購(gòu)物中心、展覽館、車站等，實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)和盲區(qū)內(nèi)的定點(diǎn)深度覆蓋，滿足數(shù)據(jù)流量傳輸需求。各大運(yùn)營(yíng)商紛紛加大了小基站集采力度，更加專注于聚焦細(xì)分場(chǎng)景的信號(hào)覆蓋與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，通過(guò)宏基站加小基站的多元化模式，有利于構(gòu)建成本更低、覆蓋更強(qiáng)的組網(wǎng)方式，解決不同業(yè)務(wù)量需求場(chǎng)景分布問(wèn)題。分布式基站把傳統(tǒng)宏基站設(shè)備劃分成兩個(gè)功能模塊，即基帶單元和射頻單元，然后通過(guò)光纖將二者連接形成新的網(wǎng)絡(luò)覆蓋解決方案，有效提高了站址資源的利用率和基站的覆蓋能力，而且便于施工，降低了建設(shè)和維護(hù)成本。采用直放站作為信號(hào)源，不需要傳輸設(shè)備和基站設(shè)備，主要通過(guò)中繼接力方式將室外宏基站信號(hào)引入到室內(nèi)覆蓋盲區(qū)。

3.2 信號(hào)分布系統(tǒng)類型

信號(hào)分布系統(tǒng)是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸制式和頻段結(jié)合不同建筑物損耗及場(chǎng)景選取不同的覆蓋分布方式，常見(jiàn)的有有源分布系統(tǒng)、無(wú)源分布系統(tǒng)、光纖分布系統(tǒng)、泄漏電纜分布系統(tǒng)、混合分布系統(tǒng)等?，F(xiàn)階段，室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)分布系統(tǒng)主要采用5G有源室分的方式，比如在宿舍、辦公室、門(mén)診部等高流量場(chǎng)景，而在一些流量低的場(chǎng)景可以采用5G有源室分加無(wú)源天線的覆蓋方式加以解決，這種覆蓋方案能夠有效降低建設(shè)成本。有源分布系統(tǒng)主要包括放大器、功分器、耦合器、濾波器、合路器等器件以及饋線、天線等部分，放大器可以補(bǔ)償傳輸過(guò)程中的信號(hào)損耗，如果一級(jí)放大器不能滿足覆蓋要求，那么可以采用多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)延伸信號(hào)覆蓋。在采用5G有源室分方案時(shí)，需要首先明確目標(biāo)區(qū)域4G覆蓋情況，設(shè)計(jì)合適的5G覆蓋方案，如果該場(chǎng)景已有4G有源室分設(shè)備，而且符合安裝條件，可以新增5G單模有源室分設(shè)備，如果采用替換方案，可以先同點(diǎn)位部署4G/5G雙模有源室分設(shè)備，然后在設(shè)備順利開(kāi)通后再對(duì)原有4G有源室分設(shè)備進(jìn)行拆除，這樣可以有效降低工程建設(shè)影響程度。無(wú)源室內(nèi)分布系統(tǒng)主要包括功分器、耦合器、合路器等無(wú)源器件以及電纜、天線等部分，主要通過(guò)無(wú)源器件實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分路傳輸，在5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)分場(chǎng)景建設(shè)時(shí)，該系統(tǒng)存在諸多劣勢(shì)，應(yīng)用范圍比較有限，現(xiàn)有的無(wú)源分布式系統(tǒng)并不支持5G中的2.6GHz和4.9GHz頻段，系統(tǒng)改造難度較大，而且成本較高，無(wú)法滿足可管可控要求，如果出現(xiàn)故障，需要采取人工排查的方式加以解決，增加了維護(hù)成本。除了有源和無(wú)源信號(hào)分布系統(tǒng)，光纖室內(nèi)分布系統(tǒng)采用了全光纖分布的方式，直接將信號(hào)傳輸?shù)教炀€上，大大增加了建設(shè)成本，混合式分布系統(tǒng)能夠有效結(jié)合不同系統(tǒng)類型的特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)多制式多系統(tǒng)的重疊覆蓋[2]。

3.3 網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力分析

與4G基本相同，影響5G鏈路預(yù)算的因素包括確定性因素和不確定性因素，其中，確定性因素有輸出功率、噪聲系數(shù)、天線增益、人體損耗、穿透損耗、解調(diào)門(mén)限等，不確定性因素有干擾余量、慢衰落余量等，根據(jù)這些影響因素，計(jì)算路徑損耗，采用合適的傳播模型，進(jìn)行覆蓋能力分析，按照不同材質(zhì)在2.6GHz和4.9GHz的穿透損耗情況，分別計(jì)算5G和4G有源設(shè)備單個(gè)遠(yuǎn)端單元在穿透不同介質(zhì)時(shí)的覆蓋能力。通過(guò)計(jì)算結(jié)果比對(duì)發(fā)現(xiàn)，在開(kāi)闊環(huán)境下，二者的室分設(shè)備覆蓋能力基本相同，在復(fù)雜多隔斷環(huán)境下，5G有源設(shè)備覆蓋能力略低于4G有源設(shè)備，但基本能滿足與4G有源室分設(shè)備同點(diǎn)位部署的要求[3]。

3.4 分場(chǎng)景設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.4.1 寫(xiě)字樓設(shè)計(jì)要點(diǎn)

寫(xiě)字樓中的會(huì)議室、大廳、開(kāi)放式辦公區(qū)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)間較大，這種類似場(chǎng)景一般將遠(yuǎn)端單元放在中央位置，按照20m左右考慮設(shè)備間距，如果是小型會(huì)議室場(chǎng)景，可以在走廊區(qū)域安裝設(shè)備，并根據(jù)辦公區(qū)域尺寸判斷是否在室內(nèi)也安裝遠(yuǎn)端單元，對(duì)于隔斷式辦公區(qū)、套間、走廊等障礙較多的場(chǎng)景，如果寫(xiě)字間縱深不超過(guò)10m，那么在門(mén)口走廊安裝天線就可以解決室內(nèi)信號(hào)覆蓋問(wèn)題，如果房間復(fù)雜間壁墻多或者縱深大于15m，那么就要根據(jù)墻體阻隔效應(yīng)的大小，在室內(nèi)考慮遠(yuǎn)端單元的設(shè)置[4]。

3.4.2 酒店賓館設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在酒店賓館內(nèi)，普通客房的面積通常比較小，而且在走廊兩側(cè)對(duì)稱分布，因此可以在中間走廊區(qū)域安裝遠(yuǎn)端單元，覆蓋半徑能夠達(dá)到7m～10m，每邊可以覆蓋2個(gè)～3個(gè)房間。對(duì)于豪華客房，面積通常比較大，而且內(nèi)部存在較多間隔墻，許多墻面裝有隔音材料，大大增加了穿透損耗，這時(shí)就需要在室內(nèi)安裝，但要盡可能靠近走廊，能夠有效覆蓋走廊區(qū)域。在酒店大堂，應(yīng)該著重考慮前臺(tái)區(qū)域及商務(wù)中心等人流量比較密集的地方，根據(jù)遠(yuǎn)端單元輸出功率，合理設(shè)置安裝間距，當(dāng)大堂四周有較大玻璃墻時(shí)，還應(yīng)該考慮信號(hào)外泄控制。

3.4.3 會(huì)展中心設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在會(huì)展中心進(jìn)行室內(nèi)分布設(shè)計(jì)時(shí)，可以在出入口大廳位置安裝PRRU，作為一種有源皮基站設(shè)備，它是一種小型化、低功耗、低功率的室內(nèi)覆蓋射頻單元，通常情況下，出入口大廳空曠無(wú)遮擋，大多為玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，為了防止信號(hào)外泄，可以在盡可能遠(yuǎn)離出入口的位置安裝PRRU，而且這個(gè)區(qū)域的潮汐效應(yīng)比較明顯，需要充分結(jié)合容量分析進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。會(huì)展中心走廊比較狹長(zhǎng)，考慮到隧道效應(yīng)，將遠(yuǎn)端單元布放間距控制在30m左右，在轉(zhuǎn)角、拐角等連接區(qū)域優(yōu)先考慮。會(huì)展中心展廳層高較高時(shí)，可以在展廳合適位置安裝PRRU，一般裝在馬道或四周墻壁上，展位之間的隔斷穿透損耗應(yīng)該處于石膏墻和玻璃墻之間，同樣由于潮汐效應(yīng)的影響，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮容量，遠(yuǎn)端單元布放間距控制在40m左右，如有必要，可以采用窄波束天線控制覆蓋范圍，這樣可以有效減少多區(qū)域信號(hào)干擾，會(huì)展中心的辦公區(qū)同樣可以在走廊安裝PRRU加以解決，如果辦公室縱深大于15m，那么就要是考慮是否入室覆蓋。

3.4.4 機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在值機(jī)大廳，如果層高超過(guò)24m，就需要在側(cè)面進(jìn)行安裝覆蓋，如果層高在24m之內(nèi)，可以采用掛頂覆蓋的方式，遠(yuǎn)端的布放間距通?？刂圃?0m左右，同時(shí)要優(yōu)先考慮貼近功能性房間，選擇外接高增益窄波束天線，可以有效控制覆蓋范圍。安檢口的設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合候機(jī)廳整體考慮，由于該位置用戶停留較多，值機(jī)大廳和候機(jī)廳的切換區(qū)不能設(shè)置在安檢等待區(qū)，候機(jī)廳的設(shè)計(jì)應(yīng)該分兩部分考慮，在商鋪區(qū)，遠(yuǎn)端布放間距控制在20m左右，在登機(jī)口附近，遠(yuǎn)端布放間距按照30m左右考慮。VIP休息室的設(shè)計(jì)應(yīng)該結(jié)合物業(yè)需求作為重點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景單獨(dú)設(shè)計(jì)，選擇合適的設(shè)備安裝方式和位置。在行李區(qū)，根據(jù)設(shè)備輸出功率的不同，遠(yuǎn)端單元布放可按40m左右考慮，如果空間立柱較多，那么遠(yuǎn)端單元不能完全平行，需要交錯(cuò)設(shè)置，防止出現(xiàn)覆蓋死角，采用掛墻或吸頂兩種方式安裝遠(yuǎn)端單元，如有必要，可以通過(guò)外接高增益窄波束天線控制覆蓋范圍。

3.4.5 醫(yī)院設(shè)計(jì)要點(diǎn)

醫(yī)院的5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布設(shè)計(jì)主要針對(duì)門(mén)診部、大廳、普通病房、VIP病房等幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行研究，在一樓大廳空曠區(qū)域，可以采用吸頂安裝遠(yuǎn)端單元的方式進(jìn)行信號(hào)覆蓋。如果人流量較大，那么可以適當(dāng)縮小覆蓋半徑，控制布放間距，如果在門(mén)診部中央?yún)^(qū)域采用了中空式設(shè)計(jì)，設(shè)置了分區(qū)覆蓋，那么各樓層靠近中空區(qū)域的遠(yuǎn)端單元要嚴(yán)格控制距離，防止其他樓層信號(hào)外泄到一樓。在藥房、收費(fèi)、掛號(hào)等房間附近，應(yīng)該著重考慮是否存在休息室、庫(kù)房等小房間，如有必要，需要在這些區(qū)域適當(dāng)縮減遠(yuǎn)端單元覆蓋半徑。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要內(nèi)容，直接關(guān)系到室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的穩(wěn)定性。室內(nèi)場(chǎng)景環(huán)境復(fù)雜，覆蓋需求多樣化，在進(jìn)行5G室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該通過(guò)多種形態(tài)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備滿足差異化的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)部署需求，同時(shí)，要充分考慮建設(shè)成本問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)5G深度覆蓋提供新的解決方案。