5G 增速器在室分覆蓋中的應(yīng)用研究

黃旭陽

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司廣州分公司，廣東 廣州 510000）

1 5G 室分覆蓋的瓶頸問題

截止2022 年，我國累計(jì)建設(shè)開通了5G 基站231 萬個(gè)，大部分為室外5G 基站，而5G 室內(nèi)站的網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)完成率相對較低。目前，5G 流量主要是發(fā)生在室內(nèi)，但大部分室內(nèi)覆蓋是4G 時(shí)代建設(shè)的傳統(tǒng)分布式天線系統(tǒng)（Distributed Antenna Systems，DAS）。該建設(shè)模式系統(tǒng)容量、速率和適配頻段均不能滿足5G 網(wǎng)絡(luò)需求，對4G 時(shí)代原有DAS 分布系統(tǒng)進(jìn)行升級，是亟需解決的問題，常規(guī)的解決思路主要有以下3 種。

（1）新建一路DAS 分布系統(tǒng)。該方案通過在現(xiàn)有傳統(tǒng)單路DAS 系統(tǒng)上新建一路系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙路分布系統(tǒng)，從而為用戶提供雙流接入。但是，由于需要沿原有饋線重新建一路饋線，涉及協(xié)調(diào)物業(yè)進(jìn)行天饋線系統(tǒng)施工，存在物業(yè)協(xié)調(diào)難度大和建設(shè)成本高等問題，并且很大部分原有的分布系統(tǒng)已經(jīng)被封鎖在樓宇天花板，無法進(jìn)行二次施工。

（2）5G 有線移頻建設(shè)。該方案需要將原有分布系統(tǒng)中的功分器、耦合器、天線以及饋線等器件進(jìn)行更新和替換，需要全面排查現(xiàn)有分布系統(tǒng)的設(shè)備安裝情況。因此，該方案涉及有源設(shè)備替換原來的無源設(shè)備的情況，一旦全面排查無源器件存在疏漏，就可能導(dǎo)致分布系統(tǒng)的過電短路或移頻設(shè)備擊穿。該方案存在安全隱患大、物業(yè)協(xié)調(diào)難度大、更換器件較多以及難以落地實(shí)施的問題。

（3）對原有DAS 分布系統(tǒng)進(jìn)行簡單合路。該方案通過采用2 通道合路設(shè)備直接饋入原有無源DAS系統(tǒng)，可以快速實(shí)現(xiàn)覆蓋。目前，中國移動(dòng)通信集團(tuán)有限公司（以前簡稱中國移動(dòng)）較多采用該覆蓋方式。但是，由于前期中國移動(dòng)75%的室內(nèi)分布系統(tǒng)為單路DAS 場景，通過該方案進(jìn)行簡單合路只能提供單流的5G 信號，網(wǎng)絡(luò)速率僅有300 MB/s，用戶體驗(yàn)效果不好，不能體現(xiàn)5G 的高速率優(yōu)勢。

如何實(shí)現(xiàn)低成本且高效的覆蓋效果，是目前國內(nèi)運(yùn)營商5G 網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋面臨的重大難題。

2 5G 室分技術(shù)發(fā)展態(tài)勢分析

2.1 5G 組網(wǎng)態(tài)勢分析

目前，5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式為共建共享，其中中國移動(dòng)和中國廣播電視網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司采用“700 MHz+2.6 GHz+4.9 GHz”的協(xié)同組網(wǎng)方式，通過室內(nèi)外協(xié)同組網(wǎng)，多層次網(wǎng)絡(luò)部署，提供高質(zhì)量的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，從而提高上行和下行速率。而中國電信集團(tuán)有限公司（以下簡稱中國電信）和中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司（以下簡稱中國聯(lián)通）采用“2.1 GHz+3.5 GHz”的雙頻組網(wǎng)方式，主要通過數(shù)字化室分建設(shè)，提高5G 室內(nèi)用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)[1]。

中國移動(dòng)利用700 MHz 黃金頻段超強(qiáng)的覆蓋能力，即在室內(nèi)淺層覆蓋能力方面，700 MHz 頻段比2.1 GHz（4 通道）整體可多穿透一堵墻，覆蓋面積約為2.1 GHz（4 通道）的3 ～4 倍，通過室外站解決部分單體室內(nèi)場景。在室內(nèi)深度上，中國移動(dòng)基于原有4G 室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)模優(yōu)勢，通過2.6 GHz 合路快速升級室內(nèi)覆蓋質(zhì)量。中國電信和中國聯(lián)通采用雙頻的組網(wǎng)方式，通過改造存量2.1 GHz 分布系統(tǒng)，快速部署5G 室內(nèi)基站，并通過大量采用數(shù)字化室分，重點(diǎn)提升重要場景的網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量[2]。

2.2 5G 室分技術(shù)應(yīng)用分析

隨著5G 室內(nèi)覆蓋技術(shù)的發(fā)展，在工程建設(shè)中呈現(xiàn)多種5G 室內(nèi)覆蓋產(chǎn)品及技術(shù)創(chuàng)新，主要包括5G增速器、有線移頻系統(tǒng)、擴(kuò)展型皮基站、5G 滿格寶、拉遠(yuǎn)皮飛站、5G 毫輕輕蜂窩（Femtocell）基站以及云小站等[3]。從設(shè)備安裝、投資情況、維護(hù)問題、測試情況以及應(yīng)用場景等幾個(gè)方面對產(chǎn)品進(jìn)行多維度分析，進(jìn)而明確其應(yīng)用場景及范圍。5G 室內(nèi)覆蓋產(chǎn)品特點(diǎn)及應(yīng)用場景如表1 所示。

表1 5G 室內(nèi)覆蓋產(chǎn)品特點(diǎn)及應(yīng)用場景

經(jīng)過多維度分析比較，5G 增速器在技術(shù)、適用場景、部署成本等方面具有一定優(yōu)勢，在部分增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景具有較好的推廣意義。

3 5G 增速器的應(yīng)用

3.1 5G 增速器設(shè)計(jì)原理

5G 室內(nèi)增速器整合了無線傳輸及變頻核心技術(shù)，具有極簡改造、便捷安裝、即插即用、差異化覆蓋、靈活部署、低本部建設(shè)以及多流效果等優(yōu)勢[4]。

增速器由遠(yuǎn)端機(jī)和近端機(jī)2 級架構(gòu)組成，其在現(xiàn)有傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)的合路器上增加一路5G信號輸入，同時(shí)增加一個(gè)5G 增速器近端單位，另一端在傳統(tǒng)無源天饋線覆蓋區(qū)域增加一個(gè)即插即用的5G 增速器遠(yuǎn)端單元。該技術(shù)通過將遙控射頻單元（Remote Radio Unit，RRU）的A 通道信號經(jīng)5G 增速器近端機(jī)變頻，在DAS 中與RRU 的B 通道信號共同傳輸，在末端用戶側(cè)由遠(yuǎn)端機(jī)還原為2.6 GHz 信號，與從DAS 發(fā)射出來的B 通道信號形成多通道能力，從而實(shí)現(xiàn)多流性能[5]。單變雙5G 增速器方案如圖1 所示。

圖1 單變雙5G 增速器方案

對于原DAS 為單路分布系統(tǒng)的場景，通過5G增速器可以改造實(shí)現(xiàn)雙流效果。在RRU 位置新增5G增速器的近端單元，將RRU 中一個(gè)通道的2.6 GHz信號變頻為中頻信號，并使用原有分布系統(tǒng)傳輸中頻信號和RRU 中另一個(gè)通道原有的2.6 GHz 信號，不需要改造原來垂直面及水平面的分布系統(tǒng)。在遠(yuǎn)端覆蓋需求區(qū)域，經(jīng)分布系統(tǒng)無線發(fā)射中頻信號及一路原有的2.6 GHz 信號，其中中頻信號通過5G 增速器的遠(yuǎn)端單元還原為2.6 GHz 信號，同時(shí)該路的2.6 GHz信號與原有的2.6 GHz 信號一起被5G 終端接收，從而實(shí)現(xiàn)雙流性能。

對于原DAS 為雙路分布系統(tǒng)的場景，其原理與單路場景基本一致，僅近端單元的接線方式有所不同。雙變四5G 增速器方案的具體接線方式如圖2 所示。

圖2 雙變四5G 增速器方案的具體接線方式

遠(yuǎn)端單元的工作頻段為2 515 ～2 615 MHz，發(fā)射功率為下行最大（24±1）dBm，上行最大（15±1）dBm，上行增益為（30±2）dBm，下行增益為（80±2）dBm?？捎? 種供電方案可選，分別為直流12 V 電源供電（可將遠(yuǎn)端單元安裝于便于取電的位置或通過重新布線進(jìn)行取電）和使用以太網(wǎng)供電（Power over Ethernet，POE）。遠(yuǎn)端單元覆蓋面積約為400 ～600 m2，具體的覆蓋范圍需要視現(xiàn)場隔斷情況而定。

近端單元工作頻段同樣為2 515 ～2 615 MHz，發(fā)射功率為下行最大（38±1）dBm，上行最大為（-30±1）dBm，上行增益為（50±2）dB，下行增益為（40±2）dB。供電方式主要為交流220 V 電源供電，功率小于80 W。

3.2 5G 增速器技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

（1）極簡改造。改造僅在合路器位置進(jìn)行調(diào)整，可充分盤活現(xiàn)網(wǎng)存量DAS 資源。

（2）便捷安裝。僅需在原有RRU 位置安裝近端單元，并在需覆蓋的位置安裝遠(yuǎn)端單元，就近接電即可快速完成安裝部署。

（3）即插即用。遠(yuǎn)端設(shè)備安裝完成即可使用，無須進(jìn)行太多調(diào)測，方便快捷。

（4）差異化覆蓋。對于同樣的室內(nèi)站點(diǎn)、高流量需求區(qū)域，可進(jìn)行差異化覆蓋，其他區(qū)域可按實(shí)際情況不增強(qiáng)覆蓋或選擇性覆蓋。

（5）靈活部署?？蛇x擇性地實(shí)現(xiàn)室內(nèi)分布系統(tǒng)的部分區(qū)域或全部區(qū)域的多流覆蓋效果，按需調(diào)整部署。

（6）低本部建設(shè)。以占地面積為50 000 m2的單一物業(yè)點(diǎn)為例進(jìn)行計(jì)算，新增一路傳統(tǒng)DAS 分布系統(tǒng)預(yù)計(jì)需要增加20 萬元左右投資，而使用5G 增速器方案，在同樣增加多流的效果情況下，可將投資控制在6 ～8 萬元，投資節(jié)省了60%以上。

（7）多流效果。經(jīng)過多點(diǎn)驗(yàn)證得出：單變雙測試的下載速率為632 Mb/s，比單流提升80%；雙變四測試的下載速率為930 Mb/s，比雙流提升75%。

3.3 5G 增速器應(yīng)用場景及規(guī)劃原則

5G 增速器的應(yīng)用場景較廣，對于不采用分布式皮站建設(shè)的站點(diǎn)，優(yōu)先采用錯(cuò)層或5G 增速器的方式開展建設(shè)；對于無法采用錯(cuò)層方案進(jìn)行覆蓋的站點(diǎn)，優(yōu)先選擇5G 增速器進(jìn)行覆蓋，其次可選擇簡單合路的方式快速完成5G 覆蓋。

3.3.1 5G 增速器分場景部署建議

5G 增速器分場景部署如表2 所示。

表2 5G 增速器分場景部署

3.3.2 新建室分規(guī)劃原則

原覆蓋方式為傳統(tǒng)DAS 建設(shè)模式，原則上優(yōu)先采用錯(cuò)層覆蓋進(jìn)行建設(shè)，如果局部有高速率業(yè)務(wù)需求，而錯(cuò)層覆蓋效果較差，那么可以適度考慮疊加5G 增速器提升整體覆蓋性能。

對于高度低于5 m 的樓層，非金屬天花等物理?xiàng)l件比較好的傳統(tǒng)雙路DAS 場景，優(yōu)先采用錯(cuò)層進(jìn)行覆蓋。其他原則規(guī)劃采用雙路DAS 建設(shè)的場景，優(yōu)先采用單路傳統(tǒng)DAS+5G 增速器的方式實(shí)現(xiàn)多流性能。

3.3.3 改造室分規(guī)劃原則

采用傳統(tǒng)DAS 建設(shè)的場景，現(xiàn)場垂直面改造難度較低且為非金屬天花、天線外置的樓宇，可采用錯(cuò)層技術(shù)進(jìn)行覆蓋建設(shè)。其他采用傳統(tǒng)DAS 合路方式覆蓋的場景，對于有高速率要求的區(qū)域，可疊加5G增速器進(jìn)行強(qiáng)化覆蓋。

3.3.4 遠(yuǎn)端單元施工取電原則

對于無物業(yè)協(xié)調(diào)問題且在覆蓋范圍內(nèi)取電便利的站點(diǎn)，采用即插即用的方式建設(shè)5G 增速器，快速完成強(qiáng)化覆蓋，提升客戶體驗(yàn)。對于無物業(yè)協(xié)調(diào)問題但是覆蓋范圍內(nèi)取電不便利的站點(diǎn)，可采用POE 集中供電的方式進(jìn)行建設(shè)5G 增速器。POE 集中供電器通過超5 類線給遠(yuǎn)端單元供電，遠(yuǎn)距離傳輸電壓時(shí)，超5 類線最長可支持260 m，每臺POE 供電器可以帶8 臺遠(yuǎn)端單元。

3.4 5G 增速器部署效果分析

針對5G 增速器效果進(jìn)行測試，選擇多個(gè)不同區(qū)域的省市大樓為測試點(diǎn)，包括單路實(shí)現(xiàn)雙流、雙路實(shí)現(xiàn)四流的多個(gè)試點(diǎn)，整體試點(diǎn)效果良好。

（1）湖南省長沙市某大樓22 樓增速器效果測試。在長沙市某大樓的22 樓進(jìn)行5G 增速器的信號強(qiáng)度測試，開啟增速器后，信號傳輸質(zhì)量、上行速率和下行速率均有較大改善。上傳速率達(dá)到62 Mb/s，與不開啟增速器時(shí)相比提升了90%；下載速率達(dá)到567 Mb/s，與不開啟增速器時(shí)相比提升了92%。信號強(qiáng)度提升了8 dBm，信噪比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）提升了2 dB。

（2）深圳市城市中心某大樓8 ～12 樓的單路實(shí)現(xiàn)雙流效果測試。在原來大樓內(nèi)有效利舊原有室內(nèi)分布系統(tǒng)，不需要進(jìn)行垂直面和水平面的改造，僅在合路器位置進(jìn)行簡單改造，即可實(shí)現(xiàn)單路饋線雙流覆蓋效果。原單流下行均值速率為380 Mb/s，開啟5G增速器實(shí)現(xiàn)雙流效果后，下行均值速率達(dá)670 Mb/s以上，整體提升了76%。

（3）廣東省廣州市某大樓2 樓會(huì)議廳的雙路實(shí)現(xiàn)四流效果測試。在某大樓2 樓會(huì)議廳內(nèi)對覆蓋效果進(jìn)行測試，按需覆蓋，測試四流效果良好。未改造前，雙流下行均值速率為530 Mb/s，安裝5G 增速器后四流下行均值速率達(dá)到930 Mb/s，較安裝5G 增速器之前提升75%。

4 結(jié) 論

文章研究了5G 增速器在室分覆蓋中的應(yīng)用，并驗(yàn)證其在提高室內(nèi)信號質(zhì)量和建設(shè)成本方面的優(yōu)勢。分析5G增速器的設(shè)計(jì)原理，發(fā)現(xiàn)其具有極簡改造、便捷安裝、即插即用、差異化覆蓋、靈活部署、低成本建設(shè)以及多流效果等優(yōu)勢。同時(shí)，與其他5G 室內(nèi)覆蓋產(chǎn)品進(jìn)行比較和分析發(fā)現(xiàn)，5G 增速器在技術(shù)、適用場景和部署成本等方面具有一定的優(yōu)勢。通過實(shí)際項(xiàng)目數(shù)據(jù)結(jié)果的驗(yàn)證，進(jìn)一步證明了5G 增速器在提高室內(nèi)信號質(zhì)量和建設(shè)成本方面的顯著優(yōu)勢。未來可以進(jìn)一步探索5G 增速器在其他應(yīng)用場景中的潛力，并不斷完善其設(shè)計(jì)和技術(shù)，以推動(dòng)5G 室內(nèi)覆蓋的發(fā)展。