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5G室内覆盖的挑战和探索

时间:2020-03-26 09:11:31

来源:慧聪物联网

作者:通信世界网

每一代移动通信技术都有其独特性,例如在室内网络覆盖方面,4G和5G就存在着较大差异。4G时代,室内网络覆盖的实现主要依靠室外站,及在既有无源室分引入4G射频信源,快速完成基础覆盖。在4G网络的长期发展中,为实现室内的良好覆盖,一方面,运营商引入可管可控的数字化室分,以满足品牌区域的体验和容量需求;另一方面,随着4G网络的业务黏性增强(VoLTE和移动支付等),运营商重耕3G低频段实现普遍室内深度覆盖,并陆续引入一体化小基站和微功率直放站作为点状补盲和快速应对用户投诉的有效手段。

到了5G时代,一方面,5G网络的主用频段已上移至中频段(如3.5GHz);另一方面,我国需要快速实现5G规模商用,在这种条件下, 4G时代的发展经验已不再完全适用于现在。

从5G的技术特征来看,以中国电信3.5GHz频段为例,具有两大短板:一是室外站覆盖室内的综合(传播)损耗比4G的1.8GHz高约14dB,上行覆盖呈现明显短板;二是现有室内无源分布系统不能有效支持3.5GHz频段,无法直接引入3.5GHz射频信源快速、有效地实现深度覆盖。

从产业发展来看,5G产业处于发展初期,室内覆盖以主设备厂家的高规格数字化室分产品为主,手段单一,运营商需根据业务需求持续探索新的低成本覆盖方案,主动研发,催熟多样化5G室内覆盖方案产业。

需结合5G业务需求,因地制宜、统筹规划5G室内覆盖

面向5G行业应用,一般可清晰地定义业务需求,且有较明确的合作回报,可按需要定制室内5G网络方案。面向公众用户的业务需求,统计分析一些大城市4G室内站小区自忙时指标发现,其主要呈现两个特征:一是不均衡性,少数的室内小区吸收了大部分流量,大部分室内小区为覆盖型小区,在线用户数少,资源利用率低;二是室内小区建设越多、室内小区数占室内外总小区数比例越高的城市,不均衡性越明显。如果5G网络要实现与4G同等规模的覆盖,运营商将需要建设更多的5G室内小区,以覆盖需求为主的室内小区占比将更高,这也是5G低成本室内覆盖方案的主要应用场景。

总而言之,5G室内覆盖应与室外覆盖统筹规划,兼顾用户体验、容量需求、建设和运营成本以及工程实施难度,因地制宜进行方案选择,满足5G室内业务的发展需求。

室外站可实现部分5G室内浅层覆盖

在5G网络部署中,仍然应充分发挥室外站能力,实现对部分楼宇的5G室内浅层覆盖。例如,3.5GHz宏站(多为Massvie MIMO站型)在实现室外覆盖的同时,可兼顾实现覆盖区域内离基站约百米的中小型建筑的浅层室内覆盖。链路预算表明,在考虑穿透损耗为25dB的情况下,对于距离基站约100米以内的建筑,3.5GHz宏站理论上具有3Mbit/s的室外覆盖室内的基本能力。在实际组网中,尽量保证目标楼宇的所有楼层应位于SSB和业务信道的主瓣包络范围,可结合站高、下倾角、服务小区与楼宇的具体距离、楼宇的楼层高度和宏站的SSB和业务信道的主瓣包络范围计算,必要时调整下倾角和修改SSB波束配置优化垂直方向覆盖。典型64T64R宏站垂直面主瓣包络范围约25°,在典型距离100米时,64T64R宏站理论可垂直覆盖楼宇高度约45米。后续运营商应大力推进4G频段的重耕,结合载波聚合和超级上行,实现中频与低频多频协同组网,弥补上行短板,实现覆盖能力倍增。

无法由室外宏站兼顾覆盖且难以部署室分系统的楼宇,典型如高层居民住宅楼,可参照4G的方式,通过室外“滴灌(RRU+光纤直放站+天线分布)”专项覆盖室内。不适合采用室外站覆盖室内的场景应区分品牌、容量以及覆盖场景,采用不同的5G室内深度覆盖方案。

品牌和容量区域,第一选择数字化室内分布

品牌的室内区域环境开阔,一般也是高容量区域,典型如交通枢纽(机场、大型车站)以及人流密集的商场等,宜采用可管可控、可提供高峰值体验(1Gbit/s以上)和持续扩容能力的高规格5G数字化室内分布系统。同时,开阔环境利于单个pRRU覆盖较大面积,获得较好的经济性,高规格数字化室分可通过小区分裂(减少每个小区的无线射频单元数量)进行灵活扩容。网络建设初期,在满足容量和上行底噪要求的情况下,可把尽可能多的pRRU合并成一个小区,尽量避免把同一楼层设置为多个小区,必须设置多个小区时,应尽量把切换位置选择在人流量少的区域。

其他容量型区域,典型场景如校园学生宿舍等,其房间隔断多、穿透损耗大,导致单个pRRU覆盖面积较小、单位面积造价高,宜引入5G数字化室内分布系统的同时,通过一个pRRU外接多个拉远无源天线的方式,扩展单个pRRU的覆盖面积,降低数字化室分的单位面积综合建设成本。

针对容量需求不高的场景,可实施低成本解决方案

一般的覆盖型区域容量需求不高,典型如一般的写字楼和宾馆酒店,建议采用5G RRU+无源分布系统或低规格的数字化室分系统等低成本解决方案,并分场景实施。

首先是大量已有4G无源室分的楼宇,其中的无源器件(合路器、功分器、耦合器、天线)一般不能有效支持3.5GHz频段,可优先考虑3种利旧改造方案。

方案一,工程上可更换无源器件的楼宇(如功分器和耦合器在弱电井集中放置、楼层天花板易打开),可直接替换为支持3.5GHz的无源器件。

方案二,如工程难以更换无源器件(如因室内楼层天花板封闭程度较高),可采用低成本的5G移频MIMO系统。在弱电井RRU信源侧增加移频的近端机,将3.5GHz RRU MIMO两个通道的100MHz信号分别移频到无源系统支持的两个低频点,在无源分布系统中传送至远端,将远端天线更换为可监控的移频远端机。这种方案无需更换分布在楼层天花板内的功分耦合器,系统可获得的整体性能与新建双通道无源室分相当,并实现无源室分系统的监控管理。

方案三,基于现有无源室分引入支持2.1GHz频段的5G RRU信源,共享使用中国电信与中国联通的2.1GHz FDD频段,这种方式较为快捷简易,但也有明显缺点。2.1GHz频段目前可用频带带宽较少,较难满足5G eMBB高速率体验的要求,且该频段还涉及与现有LTE、WCDMA系统的共存,需进行现网调整,以及LTE与NR进行频率共享,尚待逐步推进。

其次是新建场景。场景一,隔断较多的室内,如宾馆酒店或隔断较多的办公室,考虑到成本,建议新建场景支持3.5GHz双通道或单通道无源室分系统,下行峰值速率分别为600Mbit/s和300Mbit/s以上,预估双通道无源室分系统成本明显低于高规格数字化室内分布系统+拉远无源天线方案。无源室分系统的缺点在于难以有效监控、管理和维护。场景二,较为开阔的室内,如超市和隔断较少的办公楼,建议采用产业链更为广泛的低规格数字化室分系统(具有BBU支持小区数较少、单小区支持的用户数较少、pRRU通道较少等特点),成本相比高规格室分系统预期大幅降低。

中国电信正在牵头推进无线网络开放,重点通过无线网络架构的接口开放,降低数字化室分系统的研发门槛,引入更多的设备商。中国电信已推进完成基于Option8前传接口的多个组合对接测试,同时也在组织和推进业界各方研发低规格的数字化室内分布系统。预计相关产品在2020年内具备商用能力。

随着未来5G业务的黏性增强,室内小范围点状补盲场景可以采用5G一体化毫瓦级小基站以及小型的数字直放站设备灵活部署,快速解决投诉问题。目前中国电信也正在进行研发推进,预计相关设备可在2021年正式商用。

降低运营成本也需重视

除了建设成本,如何降低运营成本也需重视。数字化室分相比无源室分能耗更高,单个pRRU头端能效只有2%~3%。5G时代,数字化室分部署将增多,运营成本也将大幅提升,绿色节能对于低成本运营至关重要。一方面,业界需共同推进设备的集成度和器件工艺水平的提升,直接降低设备能耗;另一方面,运营商也需建立包括客户价值、用户容量、业务负荷等多个维度在内的综合能效评估系统,大力推动数字化室分系统节能特性的实施,如基于4G/5G协同的5G pRRU深度休眠机制,典型场景(如商场、写字楼)可以取得明显的节能效果。

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