王東洋，郭希蕊，張 濤，李福昌（中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京 100048）

0 前言

隨著5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模建設(shè)和廣泛商用，移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈指數(shù)級增長。業(yè)界預(yù)測未來超過80%的移動業(yè)務(wù)將發(fā)生在室內(nèi)，如智慧工廠、觸覺互聯(lián)網(wǎng)、移動AR/VR、智慧醫(yī)療等，這些業(yè)務(wù)的應(yīng)用對5G 網(wǎng)各項指標(biāo)要求很高，如表1 所示。因此在5G 時代室內(nèi)移動網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)選擇、規(guī)劃和部署對運營商來說將是一個巨大挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的室分系統(tǒng)（DAS）由功分器、耦合器、饋線、吸頂天線等組成，高容量、低時延的5G 室分網(wǎng)絡(luò)無論與現(xiàn)網(wǎng)共享還是新建，在技術(shù)、方案、成本等方面都存在巨大的挑戰(zhàn)。因此，隨著5G 產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展與完善，面對5G 室內(nèi)新興業(yè)務(wù)的需求與挑戰(zhàn)，5G 一體化微RRU 應(yīng)用而生，它具有支持多場景覆蓋、多類型業(yè)務(wù)接入等特征，成為有效解決5G室內(nèi)覆蓋的主要方案之一。本文基于中國聯(lián)通5G 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)情況，對5G 一體化微RRU 應(yīng)用于室分場景時在覆蓋、容量、移動性、時延等多個維度進(jìn)行研究，并提出網(wǎng)絡(luò)部署建議。

1 5G一體化微RRU架構(gòu)

5G 一體化微RRU 由基帶單元、匯聚單元和遠(yuǎn)端單元組成，采用數(shù)字化技術(shù)，是基于光纖或網(wǎng)線承載無線信號傳輸和分布的微功率室內(nèi)多模覆蓋方案。相對于大功率宏站系統(tǒng)，5G 一體化微RRU 不僅具有發(fā)射功率低的典型特點，還具有架構(gòu)簡單、部署靈活、成本低、多制式、深度覆蓋等特點，適用于熱點擴(kuò)容、盲點補(bǔ)充等場景，幫助運營商快速解決室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋、抑制干擾問題。

表1 5G業(yè)務(wù)對室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的需求

在功能上，基帶單元主要完成基帶部分信號處理、上下行信令交互與業(yè)務(wù)處理，匯聚單元主要完成射頻域上下行信號和數(shù)據(jù)的匯聚/分發(fā)及供電，遠(yuǎn)端單元主要完成微功率射頻收發(fā)功能，從而實現(xiàn)分布式覆蓋，而且遠(yuǎn)端單元集成天線一體化設(shè)計，安裝簡便，施工部署靈活、快捷，也可以與傳統(tǒng)DAS 系統(tǒng)兼容，擴(kuò)展型好，如圖1所示。

圖1 5G一體化微RRU系統(tǒng)架構(gòu)

2 5G一體化微RRU性能研究

2.1 網(wǎng)絡(luò)配置

為了深入分析和研究5G 一體化微RRU 系統(tǒng)性能、室內(nèi)覆蓋能力、移動性等方面能力，搭建了5G一體化微RRU 室分網(wǎng)絡(luò)，選取典型試驗場景，制定特別測試方案，其中在試驗網(wǎng)中要求配置3個匯聚單元，每個匯聚單元下分別連接2 個以上遠(yuǎn)端單元（RRU），且微RRU 部署數(shù)量和站間距滿足連續(xù)覆蓋需求；基帶單元（RRU）與現(xiàn)網(wǎng)4G同站部署，如圖2所示。

圖2 5G一體化微RRU網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

在明確了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?，還對5G室內(nèi)分布的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行了明確和定義，分別按照NSA Option3x 和SA option的要求進(jìn)行了配置，具體如表2所示。

為了模擬5G新型業(yè)務(wù)場景，對室內(nèi)典型場景進(jìn)行了特別要求：應(yīng)當(dāng)選取總面積為5 000 m2左右的室內(nèi)場景進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署和試驗，其中空曠型室內(nèi)面積大于1 500 m2且無隔斷和明顯遮擋；本次在2個測試點分別選取開闊、隔斷場景各1個，分別部署若干匯聚單元和遠(yuǎn)端單元，做到連續(xù)覆蓋，并且每個匯聚單元都連接2個以上遠(yuǎn)端單元，具體如表3所示。

2.2 覆蓋能力分析

通過對5G 一體化微RRU 在室內(nèi)覆蓋的場景進(jìn)行遍歷測試，采取FTP 業(yè)務(wù)進(jìn)行上傳、下載業(yè)務(wù)，并與覆蓋區(qū)域內(nèi)4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對比，主要對5G NSA、5G SA、4G室分網(wǎng)絡(luò)的下行覆蓋、上行覆蓋指標(biāo)，以及下行、上行PDCP層吞吐量進(jìn)行對比。結(jié)果如表4和表5所示。

從表4和表5中可以看出，5G NSA、5G SA 的RSRP、SINA 相差不大。5G 室分系統(tǒng)的下行（PDCP層）平均吞吐率在630 Mbit/s 以上，上行平均吞吐率在187 Mbit/s 以上；4G 網(wǎng)絡(luò)下行（PDCP 層）平均吞吐率在30 Mbit/s 以上，下行平均吞吐率在9 Mbit/s 以上，但都遠(yuǎn)低于5G；另外，RRU配置4T4R相對2T2R來說，下行吞吐率（PDCP 層）有7%～13%的增益，上行吞吐率有31%以上的增益，上行、下行增益不同主要因為測試終端為2T4R；另外SA 網(wǎng)絡(luò)、NSA 網(wǎng)絡(luò)吞吐率整體上相差不大。

表2 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置

表3 測試網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)

表4 5G（NSA/SA）、4G下行無線覆蓋對比

表5 5G 和4G上行無線覆蓋對比

針對5G 網(wǎng)絡(luò)特點，分別測試基站側(cè)RRU 配置不同發(fā)射功率（250 mW、200 mW、100 mW）對網(wǎng)絡(luò)吞吐率的影響，具體情況如圖3 所示。從圖3 中可以看出，基站配置不同發(fā)射功率時，下行（PDCP 層）吞吐率都在606 Mbit/s以上，4T4R的RRU下載速率略高于2T2R的RRU，且下行無線覆蓋指標(biāo)變化也不明顯。

2.3 單站拉遠(yuǎn)性能分析

分別對5G NSA、5G SA 網(wǎng)絡(luò)覆蓋場景下，RRU 配置不同發(fā)射功率（250 mW、200 mW、100 mW）時進(jìn)行單站拉遠(yuǎn)測試，分別統(tǒng)計終端速率為0、50、100 Mbit/s的最遠(yuǎn)覆蓋距離，具體情況如圖4和圖5所示。

RRU 配置不同發(fā)射功率的拉遠(yuǎn)覆蓋半徑（邊緣速率100 Mbit/s）均大于83 m，250 mW、200 mW、100 mW覆蓋半徑逐次降低，但是相差不大，基本上符合理論預(yù)期。從圖4 和圖5 中可以看出，邊緣速率不同（0、50、100 Mbit/s），其對應(yīng)的覆蓋半徑也不同，邊緣速率越低，測試得到的覆蓋半徑越大。

圖3 不同發(fā)射功率RRU（5G）下行吞吐率（Mbit/s）

圖4 NSA單站拉遠(yuǎn)覆蓋（m）

圖5 SA單站拉遠(yuǎn)覆蓋（m）

2.4 移動性能分析

在5G一體化微RRU的不同匯聚單元/遠(yuǎn)端單元覆蓋范圍移動時，用戶在業(yè)務(wù)上傳、下載時能夠平滑切換，統(tǒng)計結(jié)果如表6所示。

從表6 可以看出，用戶能夠在4G、5G 室分系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行切換，能夠完成小區(qū)間切換，成功率為100%，能保證終端移動對業(yè)務(wù)不產(chǎn)生影響，滿足5G業(yè)務(wù)對移動性要求。

表6 5G室內(nèi)系統(tǒng)移動性指標(biāo)

2.5 單用戶/小區(qū)性能分析

實際測試中，5G 一體化微RRU 單用戶下載峰值速率最高達(dá)1.4 Gbit/s左右，上傳峰值速率在184 Mbit/s以上，均能滿足大多數(shù)新型業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的需求；5G 室分的小區(qū)容量遠(yuǎn)高于LTE室分小區(qū)容量（見表7）。

表7 單用戶/小區(qū)性能

另外，在5G 一體化微RRU 覆蓋的好、中、差點，分別發(fā)起包大小為32 B、1 500 B 的Ping 測試，統(tǒng)計成功率和時延，具體如表8所示。

表8 5G室內(nèi)業(yè)務(wù)時延

5G 一體化微RRU 系統(tǒng)的Ping 包（32 B）平均時延為6 ms，最小時延為5 ms，最大為11 ms；Ping 包（1 500 B）平均時延為7 ms，最小時延為5 ms，最大為12 ms，可以看出大包（1 500 B）時延略高于小包（32 B）時延；5G NSA與5G SA Ping包時延相差不大。

3 總結(jié)

從5G 一體化微RRU 網(wǎng)絡(luò)測試和分析中可以看出，NSA 和SA 網(wǎng)絡(luò)的下行速率均能達(dá)到1.4 Gbit/s，NSA上行能達(dá)到180 Mbit/s，SA上行能達(dá)到360 Mbit/s，信令時延和Ping 包時延均在12 ms 以內(nèi)；250 mW 單站拉遠(yuǎn)（邊緣速率100 Mbit/s）為92 m 以上，100 mW 單站拉遠(yuǎn)（邊緣速率100 Mbit/s）為83 m 以上。上述數(shù)據(jù)表明，采用5G 一體化微RRU 部署室分系統(tǒng)，完全可以滿足5G新業(yè)務(wù)對系統(tǒng)容量、帶寬、時延等的要求。

對未來5G一體化微RRU的部署給出如下建議。

a）根據(jù)測試及分析結(jié)果，未來網(wǎng)絡(luò)部署時在不同場景應(yīng)該采取不同覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，如大型交通樞紐、大型會展中心、業(yè)務(wù)演示營業(yè)廳等口碑區(qū)域建議下/上行邊緣速率標(biāo)準(zhǔn)為150/20 Mbit/s，95%的SS-RSRP不低于-105 dBm；而在辦公室、餐飲場所、酒店等區(qū)域建議下/上行邊緣速率標(biāo)準(zhǔn)為100/10 Mbit/s，95%的SS-RSRP不低于-110 dBm。

b）遠(yuǎn)端單元中，2T2R 相比較4T4R 平均吞吐率下降10%左右，對大多數(shù)業(yè)務(wù)、場景影響不大；網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前期對容量需求適中的場景可以使用2T2R產(chǎn)品，以降低投資成本。

c）基站配置250 mW 發(fā)射功率時在覆蓋和容量方面稍微好于200 mW 和100 mW，基于投資成本、系統(tǒng)干擾等諸多因素，實際規(guī)劃和建設(shè)時應(yīng)靈活配置基站發(fā)射功率。

d）考慮到3.5 GHz 載頻的穿透損耗，建議遠(yuǎn)端單元盡量明裝，提升室分覆蓋能力，節(jié)約投資。