如何實(shí)現(xiàn)多樣化的5G室內(nèi)覆蓋方案
每一代移動(dòng)通信技術(shù)都有其獨(dú)特性,例如在室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面,4G和5G就存在著較大差異。4G時(shí)代,室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的實(shí)現(xiàn)主要依靠室外站,即利用既有無(wú)源室分引入4G射頻信源,快速完成基礎(chǔ)覆蓋。在4G網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期發(fā)展中,為實(shí)現(xiàn)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的良好覆蓋,一方面,運(yùn)營(yíng)商可引入可管可控的數(shù)字化室分,以滿(mǎn)足品牌區(qū)域的體驗(yàn)和容量需求;另一方面,隨著4G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)黏性增強(qiáng)(VoLTE和移動(dòng)支付等),運(yùn)營(yíng)商重耕3G低頻段實(shí)現(xiàn)普遍室內(nèi)深度覆蓋,并陸續(xù)引入一體化小基站和微功率直放站成為點(diǎn)狀補(bǔ)盲和快速應(yīng)對(duì)用戶(hù)投訴的有效手段。
到了5G時(shí)代,一方面,5G網(wǎng)絡(luò)的主用頻段已上移至中頻段(如3.5GHz);另一方面,我國(guó)若想快速實(shí)現(xiàn)5G規(guī)模商用,那么4G時(shí)代的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)已不再完全適用于現(xiàn)在,持續(xù)探索創(chuàng)新是必然。
室內(nèi)覆蓋應(yīng)與室外覆蓋統(tǒng)籌規(guī)劃
從5G的技術(shù)特征來(lái)看,以中國(guó)電信3.5GHz頻段為例,其具備兩大短板:一是室外站覆蓋室內(nèi)的綜合損耗比4G的1.8GHz高約14dB,上行覆蓋呈現(xiàn)明顯短板;二是現(xiàn)有室內(nèi)無(wú)源分布系統(tǒng)不能有效支持3.5GHz頻段,無(wú)法直接進(jìn)行射頻信源合路快速、有效地深度覆蓋。
從產(chǎn)業(yè)發(fā)展來(lái)看,5G產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展初期,室內(nèi)覆蓋以主設(shè)備廠(chǎng)家的高規(guī)格數(shù)字化室分產(chǎn)品為主,手段單一,需根據(jù)業(yè)務(wù)需求持續(xù)探索新的低成本覆蓋方案,運(yùn)營(yíng)商也需要組織業(yè)界研發(fā),主動(dòng)催熟多樣化5G室內(nèi)覆蓋方案產(chǎn)業(yè)。
面向5G行業(yè)應(yīng)用,一般可清晰地定義業(yè)務(wù)需求,且有較明確的合作回報(bào),可按需要定制室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)方案。面向公眾用戶(hù)的業(yè)務(wù)需求,統(tǒng)計(jì)分析一些大城市4G室內(nèi)站小區(qū)自忙時(shí)指標(biāo)發(fā)現(xiàn),其主要呈現(xiàn)兩個(gè)特征:一是不均衡性,少數(shù)的室內(nèi)小區(qū)吸收了大部分流量,大部分室內(nèi)小區(qū)為覆蓋型小區(qū),在線(xiàn)用戶(hù)數(shù)少,資源利用率低;二是室內(nèi)小區(qū)建設(shè)越多、占室內(nèi)小區(qū)比例越高的城市,不均衡性越明顯。如果5G網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)與4G同等規(guī)模的覆蓋,運(yùn)營(yíng)商將需要建設(shè)更多的5G室內(nèi)小區(qū),預(yù)計(jì)以覆蓋需求為主的室內(nèi)小區(qū)占比提高,這也是5G低成本室內(nèi)覆蓋方案的主要應(yīng)用場(chǎng)景。
總而言之,5G室內(nèi)覆蓋應(yīng)與室外覆蓋統(tǒng)籌規(guī)劃,兼顧用戶(hù)體驗(yàn)、容量需求、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本以及工程實(shí)施難度,因地制宜進(jìn)行方案選擇,滿(mǎn)足5G室內(nèi)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。
室外站可實(shí)現(xiàn)部分5G室內(nèi)淺層覆蓋
在5G網(wǎng)絡(luò)部署中,仍然應(yīng)充分發(fā)揮室外站能力,實(shí)現(xiàn)對(duì)部分樓宇的5G室內(nèi)淺層覆蓋。例如,3.5GHz宏站(多為Massvie MIMO站型)在實(shí)現(xiàn)室外覆蓋的同時(shí),可兼顧實(shí)現(xiàn)覆蓋區(qū)域內(nèi)離基站約百米的中小型建筑的淺層室內(nèi)覆蓋。鏈路預(yù)算表明,在考慮穿透損耗為25dB的情況下,對(duì)于距離基站約100米以?xún)?nèi)的建筑,3.5GHz宏站理論上具有3Mbit/s的室外覆蓋室內(nèi)的基本能力。在實(shí)際組網(wǎng)中,盡量保證目標(biāo)樓宇的所有樓層應(yīng)位于SSB和業(yè)務(wù)信道的主瓣包絡(luò)范圍,可結(jié)合站高、下傾角、服務(wù)小區(qū)與樓宇的具體距離、樓宇的樓層高度和宏站的SSB和業(yè)務(wù)信道的主瓣包絡(luò)范圍計(jì)算,必要時(shí)調(diào)整下傾角和修改SSB波束配置優(yōu)化垂直方向覆蓋。典型64T64R宏站垂直面主瓣包絡(luò)范圍約25°,在典型距離100米時(shí),64T64R宏站理論可垂直覆蓋樓宇高度約45米。后續(xù)運(yùn)營(yíng)商應(yīng)大力推進(jìn)4G頻段的重耕,結(jié)合載波聚合和超級(jí)上行,實(shí)現(xiàn)中頻與低頻多頻協(xié)同組網(wǎng),彌補(bǔ)上行短板,實(shí)現(xiàn)覆蓋能力倍增。
無(wú)法由室外宏站兼顧覆蓋且難以部署室分系統(tǒng)的樓宇,典型如高層居民住宅樓,可參照4G的方式,通過(guò)室外“滴灌(RRU+光纖直放站+天線(xiàn)分布)”專(zhuān)項(xiàng)覆蓋室內(nèi)。不適合采用室外站覆蓋室內(nèi)的場(chǎng)景應(yīng)區(qū)分品牌、容量以及覆蓋場(chǎng)景,采用不同的5G室內(nèi)深度覆蓋方案。
品牌的室內(nèi)區(qū)域環(huán)境開(kāi)闊,一般也是高容量區(qū)域,典型如交通樞紐(機(jī)場(chǎng)、大型車(chē)站)以及人流密集的商場(chǎng)等,宜采用可管可控、可提供高峰值體驗(yàn)(1Gbit/s以上)和持續(xù)擴(kuò)容能力的高規(guī)格5G數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)。同時(shí),開(kāi)闊環(huán)境利于單個(gè)pRRU覆蓋較大面積,獲得較好的經(jīng)濟(jì)性,高規(guī)格有源室分可通過(guò)小區(qū)分裂(減少每個(gè)小區(qū)的無(wú)線(xiàn)射頻單元數(shù)量)進(jìn)行靈活擴(kuò)容。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期,在滿(mǎn)足容量和上行底噪要求的情況下,可把盡可能多的無(wú)線(xiàn)射頻單元合并成一個(gè)小區(qū),盡量避免把同一樓層設(shè)置為多個(gè)小區(qū),必須設(shè)置多個(gè)小區(qū)時(shí),應(yīng)盡量把切換位置選擇在人流量少的區(qū)域。
其他容量型區(qū)域,典型場(chǎng)景如校園學(xué)生宿舍等,其房間隔斷多、穿透損耗大,導(dǎo)致單個(gè)pRRU覆蓋面積較小、單位面積造價(jià)高,宜引入5G數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)的同時(shí),通過(guò)一個(gè)pRRU外接多個(gè)拉遠(yuǎn)無(wú)源天線(xiàn)的方式,擴(kuò)展單個(gè)pRRU的覆蓋面積,降低數(shù)字化室分的單位面積綜合建設(shè)成本。
針對(duì)容量需求不高的場(chǎng)景?可實(shí)施低成本解決方案
一般的覆蓋型區(qū)域容量需求不高,典型如一般的寫(xiě)字樓和賓館酒店,建議采用5G RRU+無(wú)源分布系統(tǒng)或低規(guī)格的數(shù)字化室分系統(tǒng)等低成本解決方案,并分場(chǎng)景實(shí)施。
首先是大量已有4G無(wú)源室分的樓宇,其中的無(wú)源器件(合路器、功分器、耦合器、天線(xiàn))若不能有效支持3.5GHz頻段,可優(yōu)先考慮3種利舊改造方案。
方案一,工程上可更換無(wú)源器件的樓宇(如功分器和耦合器在弱電井集中放置、樓層天花易打開(kāi)),可直接替換為支持3.5GHz的無(wú)源器件。
方案二,如工程難以更換無(wú)源器件(如因室內(nèi)樓層天花封閉程度較高),可采用低成本的5G移頻MIMO系統(tǒng)。在弱電井RRU信源側(cè)增加移頻的近端機(jī),將3.5GHz RRU MIMO兩個(gè)通道的100MHz信號(hào)分別移頻到下移到無(wú)源系統(tǒng)支持的兩個(gè)低頻點(diǎn),在無(wú)源分布系統(tǒng)中傳送至遠(yuǎn)端,將遠(yuǎn)端天線(xiàn)更換為可監(jiān)控的移頻遠(yuǎn)端機(jī),并布放輕便的電源線(xiàn)為遠(yuǎn)端機(jī)供電。這種方案無(wú)需更換分布在樓層天花內(nèi)的功分耦合器,系統(tǒng)可獲得的整體性能與新建雙通道無(wú)源室分相當(dāng),并實(shí)現(xiàn)無(wú)源室分系統(tǒng)的監(jiān)控管理。
方案三,基于現(xiàn)有無(wú)源室分引入支持2.1GHz頻段的5G RRU信源,共享使用中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通的2.1GHz FDD頻段,這種方式最為快捷簡(jiǎn)易,但也有明顯缺點(diǎn)。2.1GHz目前可用頻帶帶寬較少,較難滿(mǎn)足5G eMBB高速率體驗(yàn)的要求,且該頻段還涉及與現(xiàn)有LTE、WCDMA系統(tǒng)的共存,需進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)調(diào)整,以及LTE與NR進(jìn)行頻率共享,尚待逐步推進(jìn)。
其次是新建場(chǎng)景。場(chǎng)景一,隔斷較多的室內(nèi),如賓館酒店或隔斷較多的辦公室,考慮到成本,建議新建場(chǎng)景支持3.5GHz雙通道或單通道無(wú)源室分系統(tǒng),下行峰值速率分別為600Mbit/s和300Mbit/s以上,預(yù)估當(dāng)前雙通道無(wú)源室分系統(tǒng)成本明顯低于高規(guī)格數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)+拉遠(yuǎn)無(wú)源天線(xiàn)方案。無(wú)源室分系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于難以有效監(jiān)控、管理和維護(hù)。場(chǎng)景二,較為開(kāi)闊的室內(nèi),如超市和隔斷較少的辦公樓,建議采用產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)褂酶鼮閺V泛的低規(guī)格數(shù)字化室分系統(tǒng)(BBU支持2~4小區(qū),單小區(qū)支持的用戶(hù)數(shù)較少,pRRU 2通道),成本相比高規(guī)格室分系統(tǒng)預(yù)期大幅降低。
中國(guó)電信正在牽頭推進(jìn)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放,重點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的接口開(kāi)放,降低數(shù)字化室分系統(tǒng)的研發(fā)門(mén)檻,引入更多的設(shè)備商。中國(guó)電信已推進(jìn)完成基于Option8的多個(gè)組合前傳接口的對(duì)接測(cè)試,同時(shí)也在組織和推進(jìn)業(yè)界各方研發(fā)低規(guī)格的數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)。預(yù)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品在2020年內(nèi)具備商用能力。
降低運(yùn)營(yíng)成本也需重視
隨著未來(lái)5G業(yè)務(wù)的黏性增強(qiáng),室內(nèi)小范圍點(diǎn)狀補(bǔ)盲場(chǎng)景可以采用5G一體化毫瓦級(jí)小基站以及小型的數(shù)字直放站設(shè)備靈活部署,快速解決投訴問(wèn)題。目前中國(guó)電信也正在進(jìn)行研發(fā)推進(jìn),預(yù)計(jì)相關(guān)設(shè)備可在2021年正式商用。
除了建設(shè)成本,如何降低運(yùn)營(yíng)成本也需重視。數(shù)字化室分相比無(wú)源室分能耗更高,單個(gè)pRRU頭端能效只有2%~3%。5G時(shí)代,數(shù)字化室分部署將增多,運(yùn)營(yíng)成本也將大幅提升,綠色節(jié)能對(duì)于低成本運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。一方面,業(yè)界需共同推進(jìn)設(shè)備的集成度和器件工藝水平的提升,直接降低設(shè)備能耗;另一方面,運(yùn)營(yíng)商也需建立包括客戶(hù)價(jià)值、用戶(hù)容量、業(yè)務(wù)負(fù)荷等多個(gè)維度在內(nèi)的綜合能效評(píng)估系統(tǒng),大力推動(dòng)數(shù)字化室分系統(tǒng)節(jié)能特性的實(shí)施,如基于4G/5G協(xié)同的5G pRRU深度休眠機(jī)制,典型場(chǎng)景(如商場(chǎng)、寫(xiě)字樓)可以取得明顯的節(jié)能效果。