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5G室内覆盖方案研究

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：邹良营

[导读] 摘要：随着智能手机的广泛普及，越来越多的互联网数据业务发生于室内。

        广西华南通信股份有限公司
        摘要：随着智能手机的广泛普及，越来越多的互联网数据业务发生于室内。而5G凭着其具有更高传输速率、更高容量的优势，能够实现显著增强用户体验，提高业务接入速度，因此，研究并解决5G室内覆盖和容量问题已经刻不容缓。本文就5G室内覆盖方案进行了深入探讨，希望对5G室内覆盖方案研究者提供一定的参考意义。
        关键词：5G；室内；覆盖；方案；
        一、5G室内覆盖需求
        据4G移动网络数据分析表明，发生在室内区域的移动宽带业务流量大约占总流量的70%左右。也就是说，运营商大约70%受益来自室内覆盖。伴随5G业务种类持续增多和行业边界不断扩展，未来超过80%的移动业务将发生在室内场景。随着购物扫码支付、万物互联、娱乐视频等新兴业务的崛起，一些重要的区域，比如校园、大型商业区、停车场、车站等人员密集的地方，必须要保证良好的室内覆盖效果，否则运营商将会失去竞争力，进而丢失客户。在这些人口稠密区域的众多应用场景中，对5G网络的覆盖范围构成了巨大挑战，室内网络的需求尤为明显，迫切需要解决5G的室内覆盖和容量问题。因此，运营商室内移动网络能力至关重要，是5G时代的核心竞争力之一。
        二、当前5G室内覆盖面临的挑战
        1、高容量快速增长带来的挑战。移动互联网、物联网、高清视频、AR/VR（增强现实/虚拟现实）等越来越多的移动新业务对网络提出了大带宽、高容量等刚性需求，快速增长的高容量需求对室内移动网络提出了前所未有的挑战。
        2、高频段下室内覆盖不足。为了满足容量要求，5G要求超大频谱带宽，故5G移动网络将部署在更高的频段和毫米波频段上。与4G网络使用的3GHz以下的频段相比，5G移动网络部署高频段后，其宏基站信号在穿墙覆盖室内场景时会有更大的链路损耗。通过室外5G宏基站信号穿透进入室内来完成室内覆盖将非常困难，要想提供优质的室内5G业务，需要在室内建设专门的室分网络[1]。
        3、传统室分系统智能运维困难。传统室分系统无法可视化监控，需要人工到现场进行维护。而5G网络采用超密集组网，致使其5G室内网络设备数量庞大，如何实时监测5G室内网络海量设备和其他网元设备的工作状态，如何自动根据周边信道条件和用户密度进行自动优化分配网络资源，如何做到网络的可视化运维和故障自动诊断愈合，是移动通信网络维护必须要考虑的运营成本问题，因此，如果5G网络设备不能实际智能运维，将会成为5G网络发展的障碍。
        4、能耗管理要求更高。5G时代，万物互联而需要连接大量设备。而大容量、可视化管理与运维的5G室内设备因采用了超密集部署技术，大量有源设备的部署带来了电源能耗的挑战，对运营商的设备能耗管理提出了更高的要求。
        三、5G室内覆盖建设原则
        当前，4G网络的室内覆盖方式，主要为分布式天线系统。但是，随着移动通信技术向5G方向发展，室内覆盖在部署问题上，面临着容量高速增长。同时，5G网络采用高频毫米波段进行覆盖，在传递过程中的穿透损耗很大，致使网络传输距离不送。而传统的分布式天线系统存在明显的缺陷，需要采用更加灵活的新型组网方式，来保障5G室内覆盖效果。因此，5G室内覆盖必须遵循灵活、智能、高效的建设原则，同时要坚持经济性建点，兼顾覆盖范围和覆盖容量，采用新技术与新设备，减少部署过程工作量，高质量建设5G室内覆盖网络。
        四、5G室内覆盖方案选择
        1、传统室分覆盖方案。传统室分网络始于2G / 3G网络时代，主要用来解决室内信号弱覆盖问题。随着网络制式的更迭，无源器件、天馈系统等越来越不适合高频段、高阶调制、MIMO（多输入多输出）多通道等网络演进需求。传统室分的射频电缆和耦合器等不支持5G的C-band和毫米波段，需要重新部署。而在室内重新部署新的射频电缆成本很高，有些地方甚至没有空间部署。比如4x 4MIMO需要部署4根馈线、4套器件和天线，工程无法落地，还会导致链路不平衡，引起性能下降。

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另外，传统室分不提供可视化和智能化运维，人工成本高，故传统室分网络不能很好地向5G网络平滑演进[2]。
        2、室外站覆盖方案。该方式将室外站作为室内覆盖系统的信号源，适用于低流量和较小面积的室内盲区覆盖，在市郊非热点区域使用较多，直放站也是属于此类覆盖方式。在室外站容量富余的情况下，可以通过将室外站信号直接引入到室内的覆盖盲区，解决室内的盲区覆盖问题。但如果采用室外站覆盖方式进行5G室内覆盖，那只能通过不断増加室外站来实现，必然面临机房资源、传输资源、站址资源等多方面挑战。除此之外，室外站覆盖不易维护，室外站布局一旦发生改变，将会对网络覆盖产生影响。由此可见，室外站覆盖不适用于5G网络室内覆盖。
        3、Small Cell（也称之为小基站）覆盖方案。Small Cell是一种低功率、集成的无线接入节点，使用了智能化技术，是利用智能化技术对传统蜂窝网络的一种补充和完善。在建筑物内部以及外部增加Small Cell，能够解决室内盲区覆盖问题，使得信号能够覆盖建筑物内的全部区域，而且能够吸收较多数据流量与热点[3]。与前面两种覆盖方案进行对比，Small Cell 是更好解决室内覆盖的方案。Small Cell覆盖具有不需要机房与配套设施、能够满足大容量网络覆盖需求等特点，而且Small Cell设备集成度高，站址和应用场景选择灵活，能有效满足室内网络覆盖与容量需求，无需额外配套设施，节省了网络建设成本。
        五、5G室内小基站覆盖设备选取
        5G室内小基站覆盖主要使用Femto Cell和Pico Cell两种设备。Femto Cell是一种低功率、具备小范覆盖能力的设备，初期用于部署家庭环境的无线接入点，可为用户提供高速、高质量的无线通信服务，有着较强的自配置能力，是室内热点区域覆盖方案的首选。而Pico Cell是低功率紧凑型小基站设备，常用于企业或公共室内区域，因其具备较强的覆盖范围能力，也可部署在室外环境中。小基站设备按照功率划分，可分为瓦级小基站和毫级小基站。（1）瓦级小基站：发射功率为1～10W，通常为一体化设备，集成BBU（基带处理部分）+RRU（射频部分）+内置天线，支持光纤、五类线、无线等多种回传方式；（2）毫瓦级小基站：发射功率为10～250mW，常见设备形态为一体化设备和Pico RRU（做RRU需远端连接BBU），支持光纤、五类线、无线等多种回传方式。
        六、5G室内小基站覆盖应用场景
        1、Femto Cell应用场景。它主应用于写字楼、宾馆酒店、高校宿舍楼、家庭住宅等相对封闭的室内场景，以保证室内覆盖效果，并解决室外站室内覆盖难问题。在楼字密集区域内，无线规划工作是难题，简单地提高室外站功率无法解决问题，加上5G工作频谱多数分配在更高频段，穿透损耗大。Femto Cell因势而生，能够很好地解决上述问题。在实际应用中，一个 Femto Cell可以解决lO0～200平方米室内覆盖问题，并起到分流室内数据业务的作用，有效减轻了室外站的负荷。
        2、Pico Cell（微型小基站）应用场景。它主要应用于交通枢纽、商场、大型室内场馆等空旷的室内场景，其发射功率为0.1～5W，覆盖半径往l00m左右，与主要面向个人或者家庭的Femto Cell不同的是，Pico Cell可以为政企客户提供运营商级的覆盖。从技术上看，Pico Cel1支持多种回传方式（包括电口、光口），其部分产品与WiFi设备整合能解决“最后一公里”难题，真正做到随插随用。
        七、结语
        总之，5G室内覆盖问题是当前5G网络建设发展中不可忽视的问题。为了达到5G网络深度覆盖建设，以及满足用户良好体验和服务质量的要求，相关工程建设者必须结合实际室内应用场景进行分析研究，采用适合5G网络室内覆盖的方案进行网络建设。
        参考文献：
        [1]姚美菱、张星、张志平、李莉曲文敬.5G室内覆盖系统的探讨[J]电信快报：网络与通信.2019（07）
        [2]舒文琼.新型数字化室分系统已成中国移动5G时代主流[J]通信世界.2018（19）
        [3]王冬冬.浅析5G网络室内覆盖的解决方案[J]卷宗.2019（14）