李光健

（廣西通信規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣西 南寧 530007）

0 引 言

隨著5G標(biāo)準(zhǔn)逐漸趨于固定化，5G投入商業(yè)使用正在推行。5G時(shí)代，DAS的無(wú)源器件與饋線無(wú)法適配高頻段，因此無(wú)法監(jiān)督管控旗下器件。如果對(duì)其進(jìn)行適應(yīng)化改造，則需要較高的成本投入，同時(shí)大規(guī)模地對(duì)其進(jìn)行容量擴(kuò)展十分困難。因此，只能將其應(yīng)用于對(duì)容量需求不高的低頻段場(chǎng)景，如地下通道、火車隧道、電梯等位置。新型數(shù)字化室分系統(tǒng)相較而言具有更多優(yōu)點(diǎn)，一方面較易部署推行，另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行與維護(hù)的可視化，并能夠滿足大規(guī)模MIMO的需要。因此，這種系統(tǒng)更適應(yīng)5G的生存與發(fā)展，將會(huì)成為未來(lái)5G室內(nèi)分布體系中的重要組成部分[1-2]。

1 5G室內(nèi)分布系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

我國(guó)的運(yùn)營(yíng)商為了實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋的最大化，借助傳統(tǒng)的DAS方式解決有關(guān)問(wèn)題。傳統(tǒng)的DAS一般以無(wú)源器件為主，由于發(fā)展年限較長(zhǎng)，因此DAS產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)十分成熟。不僅投資成本低，而且出現(xiàn)故障的概率較小，整體系統(tǒng)運(yùn)維簡(jiǎn)單易上手，還能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)容量的擴(kuò)增。但是，由于移動(dòng)業(yè)務(wù)的迅速擴(kuò)張，傳統(tǒng)DAS的缺陷也日益凸顯。

1.1 工程建設(shè)存在較高的難度系數(shù)，很難優(yōu)化改造現(xiàn)有工程

傳統(tǒng)室分系統(tǒng)往往配備較多的無(wú)源器件，極大程度上增加了工程建設(shè)的挑戰(zhàn)性。加上安設(shè)過(guò)程中會(huì)設(shè)置許多節(jié)點(diǎn)，為日后的安全問(wèn)題埋下了隱患。建設(shè)過(guò)程中安設(shè)輔助設(shè)備需要和物業(yè)進(jìn)行多次協(xié)調(diào)，整體的建設(shè)過(guò)程十分具有挑戰(zhàn)性。此外，在雙路改造LTE室分系統(tǒng)時(shí)，往往需要新設(shè)較多節(jié)點(diǎn)，而在需要新設(shè)節(jié)點(diǎn)的位置可能并不能提供足夠的空間來(lái)滿足改造。加上器件的老化速度往往有所差異，建造的工藝參差不齊，無(wú)法確保改造后的LTE雙路保持平衡。要確保改造后的成果能夠滿足大規(guī)模MIMO的要求，則是難上加難。

1.2 故障的排除與檢查存在較大難度

室內(nèi)分布系統(tǒng)無(wú)論是在最開(kāi)始安裝時(shí)還是后期維修養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，都不可避免地要與物業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)和溝通。而傳統(tǒng)室分器件往往數(shù)量多、品種雜，無(wú)法很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)源器件的實(shí)時(shí)監(jiān)督與管控。要想發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，只能依靠用戶的投訴和定期的巡查檢驗(yàn)。針對(duì)大型室分系統(tǒng)而言，即使定期巡檢也無(wú)法確保檢查到每一個(gè)位置，使得部分隱藏的問(wèn)題很難被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。此外，部分樓棟會(huì)不適當(dāng)改造等外界因素，排查故障位置時(shí)一般耗費(fèi)大量的人力與物力，甚至可能仍然一無(wú)所獲。這種局面直接大幅提升了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行與維護(hù)的成本。

1.3 傳統(tǒng)DAS的大部分器件并不能夠適配高頻段

有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)DAS的無(wú)源器件能夠適配的頻段最高不超過(guò)2.7 GHz。一旦頻段超過(guò)這個(gè)限制，有關(guān)器件往往處于無(wú)法使用的狀態(tài)。同時(shí)，同軸電纜的傳輸損耗和頻段呈正比，意味著頻段越高，傳輸損耗越高。對(duì)于超過(guò)3.5 GHz的頻段而言，傳輸損耗過(guò)于巨大，甚至產(chǎn)生虧損。因此，工程中鮮少會(huì)使用3.5 GHz及以上的頻段。

2 有源和無(wú)源混合組網(wǎng)方案

在5G混合組網(wǎng)中，基本架構(gòu)主要有藍(lán)牙信標(biāo)、基帶單元、智慧室內(nèi)分布、路由單元以及遠(yuǎn)端信源等。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以使用皮基站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端信源，在其內(nèi)部集成藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)。一般而言，智慧室內(nèi)分布天線是藍(lán)牙信標(biāo)的室內(nèi)分布天線，基于射頻饋線和遠(yuǎn)端信源進(jìn)行連接處理。為了提高室內(nèi)定位精度，使用藍(lán)牙信標(biāo)進(jìn)行增補(bǔ)處理，采取網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)端信源進(jìn)行連接。

圖1描述的是無(wú)源和有源混合方案的實(shí)際組網(wǎng)示意圖，具有5G室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)。

（1）智能運(yùn)維。圖1中，遠(yuǎn)端信源內(nèi)部集成藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)，智慧室內(nèi)分布天線內(nèi)部集成藍(lán)牙信標(biāo)?；跓o(wú)源網(wǎng)絡(luò)，藍(lán)牙信標(biāo)發(fā)射的廣播信號(hào)發(fā)送至藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)，若藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)成功接收到廣播信號(hào)，則表明這個(gè)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常?；跓o(wú)源網(wǎng)絡(luò)的作用，藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)還可以對(duì)藍(lán)牙信標(biāo)的參數(shù)進(jìn)行配置處理，為運(yùn)營(yíng)商維護(hù)藍(lán)牙信標(biāo)狀態(tài)提供便利條件。針對(duì)藍(lán)牙信標(biāo)的供電問(wèn)題，因?yàn)橥饨訜o(wú)源器件支持通直流，方案中遠(yuǎn)端信源通過(guò)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)向智慧室內(nèi)分布天線提供直流電源。

（2）弱覆蓋分析。根據(jù)低功耗藍(lán)牙（BLE）具有的室內(nèi)定位功能，終端用戶可以基于信令層或應(yīng)用層同時(shí)上報(bào)ELE數(shù)據(jù)（MAC和RSSI）和網(wǎng)絡(luò)覆蓋數(shù)據(jù)（SINR和RSPP）?；谒{(lán)牙信標(biāo)RSSI信號(hào)的強(qiáng)度，對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋數(shù)據(jù)的歸屬問(wèn)題進(jìn)行綜合判斷，確定其屬于哪一個(gè)室內(nèi)分布天線覆蓋區(qū)域，以此獲取室內(nèi)精細(xì)化強(qiáng)弱覆蓋對(duì)比分析的結(jié)果，輔助運(yùn)營(yíng)商對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行綜合優(yōu)化。

（3）室內(nèi)定位。此方案具有多兼容、自動(dòng)定位和低成本等諸多優(yōu)點(diǎn)。在藍(lán)牙定位功能中，定位精度非常高，達(dá)到了藍(lán)牙信標(biāo)布放間距的1/2以內(nèi)。由于智慧室內(nèi)分布天線的布放間距往往設(shè)置成15 m，因此它的定位精度可以達(dá)到7 m。若需要進(jìn)一步提升定位精度，那么需要升級(jí)該方案，增設(shè)一定數(shù)量的藍(lán)牙信標(biāo)，進(jìn)一步提升定位精度。通過(guò)增加獨(dú)立的藍(lán)牙信標(biāo)，控制藍(lán)牙信標(biāo)之間的距離為7 m，將定位的進(jìn)度提升至3 m。

（4）人流量分析。由于遠(yuǎn)端信源具有基站通信的功能，可以輔助分析室內(nèi)人流量的分布情形，運(yùn)營(yíng)商可以借助其進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析工作。

（5）易于擴(kuò)展。遠(yuǎn)端信源外接的智慧室內(nèi)分布天線、射頻饋纜和功分器等具有寬帶特性，當(dāng)前已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出支持0.8～3.8 GHz頻段的相關(guān)產(chǎn)品，天然支持4G/3G/2G以及C-Band l00 MHz等相關(guān)頻段，也可以快速兼容未來(lái)市場(chǎng)上出現(xiàn)的制代系統(tǒng)。

圖1 有源和無(wú)源混合方案實(shí)際組網(wǎng)示意

（6）彈性擴(kuò)容。在網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容前，該方案可以合并4個(gè)遠(yuǎn)端信源為一個(gè)小區(qū)，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)容過(guò)需求后，基于小區(qū)分裂功能，4個(gè)遠(yuǎn)端信源的速率提升4倍。

（7）nTnR。在5G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)端信源中，可以實(shí)現(xiàn)4T4R的功能。它外接的智慧分布天線是雙級(jí)化天線，可以實(shí)現(xiàn)2T2R的功能。所以，這個(gè)方案兼具2T2R和4T4R的功能。

（8）低成本。該方案中，有效控制遠(yuǎn)端信源使用量，增多智慧室內(nèi)分布天線使用量，有效控制整體建網(wǎng)的成本?；谒墓Ψ制鞯淖饔?，4個(gè)遠(yuǎn)端信源連接有8根智慧分布天線，形成了1:8混合組網(wǎng)的方案。

3 現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用效果

本文提出了無(wú)源和有源混合組網(wǎng)的方式。首先，對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試研究，表明其結(jié)論也適用于5G網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)楝F(xiàn)網(wǎng)4G皮基站是2T2R設(shè)備，在此次試點(diǎn)研究中外接單極化指揮室內(nèi)分布天線，未來(lái)5G皮基站是4T4R設(shè)備，將外接雙極化智慧室內(nèi)分布天線。4G皮基站的主要內(nèi)容有擴(kuò)展型皮基站或分布式皮基站，兩者存在一定的區(qū)別，主要表現(xiàn)為基帶單元可以獨(dú)立支撐的小區(qū)數(shù)量。在本次試點(diǎn)過(guò)程中，選擇擴(kuò)展型皮基站，選取一棟寫(xiě)字樓的各個(gè)樓層評(píng)估建網(wǎng)測(cè)試方案，各方案描述如下：方案1采取純擴(kuò)展型皮基站，實(shí)際建網(wǎng)的方式；方案2采取純擴(kuò)展型皮基站，預(yù)估可以達(dá)到5～7 m的定位精度水平；方案3采取智慧室內(nèi)分布天線和擴(kuò)展型皮基站的方式，以1:4進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)際建網(wǎng)的方式；方案4采取智慧室內(nèi)分布天線+擴(kuò)展型皮基站的方式，以1:8進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)際建網(wǎng)的方式；方案5采取智慧室內(nèi)分布天線+擴(kuò)展型皮基站的方式，以1:8組網(wǎng)和獨(dú)立藍(lán)牙信標(biāo)；方案6采取單一路DAS進(jìn)行預(yù)估分析。在這些方案中，第1、3、4、5是現(xiàn)網(wǎng)建設(shè)，第2、6方案沒(méi)有采取現(xiàn)網(wǎng)建設(shè)方式，只是用來(lái)進(jìn)行分析。

3.1 建網(wǎng)成本對(duì)比

如圖2所示，對(duì)6種建網(wǎng)方案進(jìn)行歸一化處理，進(jìn)行成本對(duì)比分析的結(jié)果。建筑面積設(shè)置為20 000 m2，將單路DAS作為比較基準(zhǔn)，純擴(kuò)展性皮基站的建網(wǎng)成本大約增加22%。若將室內(nèi)的定位精度設(shè)置為5 m，則要考慮加密純擴(kuò)展型皮基站，此時(shí)的建網(wǎng)成本增加138%。針對(duì)混合組網(wǎng)方案，采取1:4組網(wǎng)和組網(wǎng)的建網(wǎng)成本分別是單路DAS的93%和83%。

3.2 覆蓋性能對(duì)比

如表1所示，在對(duì)覆蓋性能進(jìn)行打點(diǎn)測(cè)試中，測(cè)試結(jié)果顯示：幾種測(cè)試方案得出的RSRP均值不小于-85 dBm，SINR均值小于20 dB；方案3和方案5的下行平均速率都是50 Mb/s，與單流系統(tǒng)的理論速率55 Mb/s非常接近；方案1是純擴(kuò)展型皮基站方案，下行平均速率90 Mb/s，和雙流系統(tǒng)的理論速率值（110 b/s）比較接近；因?yàn)?G終端是單發(fā)系統(tǒng)，這兩種方案的上行平均速率是一樣的；通過(guò)覆蓋性能的定點(diǎn)測(cè)試，結(jié)果顯示在測(cè)試終端位于距離信號(hào)源7m+l堵墻、近點(diǎn)和距離信號(hào)源3m+l堵墻時(shí)，這幾種方案的上行與下行的平均速率和理論速率比較接近。

圖2 歸一化建網(wǎng)成本對(duì)比

表1 不同室內(nèi)分布系統(tǒng)建網(wǎng)方案對(duì)比分析

4 結(jié) 論

綜上所述，要想推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和配套業(yè)務(wù)能力的進(jìn)一步提升，全方位實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互相聯(lián)接的目標(biāo)，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化5G組網(wǎng)建設(shè)，加速網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的云端化，采用成熟且合理的5G核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓寬網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的范圍，加速社會(huì)信息化的形成與發(fā)展。