5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的解決方案解析

Labs 摘要

5G 網(wǎng)絡(luò)具備室內(nèi)外同頻組網(wǎng)和室外宏站深度覆蓋能力增強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)頻段及覆蓋方式的變化，都會(huì)對(duì)室內(nèi)覆蓋的性能產(chǎn)生影響。本文從 5G 室內(nèi)覆蓋性能分析出發(fā)，針對(duì)室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)面臨的室內(nèi)外同頻干擾和傳統(tǒng)室分升級(jí)等問題進(jìn)行分析，給出了 5G 室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃升級(jí)時(shí)需要重點(diǎn)解決問題的建議。

4G 時(shí)代，室內(nèi)已經(jīng)成為用戶業(yè)務(wù)的主要區(qū)域。進(jìn)入 5G 時(shí)代，智慧家庭、智能工廠和 AR/VR 等超過 70%的 5G 應(yīng)用發(fā)生于室內(nèi)，加之用戶業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)將成為運(yùn)營(yíng)商 5G 網(wǎng)絡(luò)具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的主戰(zhàn)場(chǎng)。5G 室外宏站采用 64T64R 大規(guī)模天線，宏站深度覆蓋能力較 4G 進(jìn)一步提升，同時(shí)室內(nèi)外同頻組網(wǎng)，宏站對(duì)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的同頻干擾問題成為 5G 室內(nèi)覆蓋面臨的新問題。5G 深度覆蓋采用何種建設(shè)方式，已建設(shè)大量的室內(nèi)分布系統(tǒng)能否直接升級(jí)，室內(nèi)外同頻組網(wǎng)是否對(duì)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響等問題，都成為 5G 室內(nèi)覆蓋需要關(guān)注的核心問題。

本文基于對(duì)傳統(tǒng)室分系統(tǒng)升級(jí)至 5G，以及分布式皮基站等新型室分系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)并提出了室分系統(tǒng)升級(jí)中需要關(guān)注的問題，室內(nèi)外同頻干擾對(duì)室內(nèi)性能的影響，并對(duì) 5G 室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃提出了指導(dǎo)性建議，在 5G 建網(wǎng)初期對(duì)室內(nèi)深度覆蓋網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提出了指導(dǎo)。

1 5G 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)性能分析

1.1 傳統(tǒng)室分升級(jí)至 5G 性能分析

目前，傳統(tǒng) DAS 系統(tǒng)在室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)中的占比約為 90%以上，傳統(tǒng)室分直接合路 5G 信源，快速實(shí)現(xiàn) 5G 覆蓋是 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的方案之一。

如果采用傳統(tǒng)室分直接升級(jí)的方式進(jìn)行 5G 建設(shè)，可直接安裝 5G RRU 和更換支持 5G 全頻段的合路器，即可實(shí)現(xiàn) 5G 的升級(jí)。傳統(tǒng)室分直接升級(jí)，需要室分系統(tǒng)無源器件的工作頻段支持 2.6GHz。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015 年之后入網(wǎng)的室分系統(tǒng)，器件均可支持 2.6GHz 頻段，具備直接升級(jí)的基礎(chǔ)。

本節(jié)選取已建設(shè)雙路室分的場(chǎng)景進(jìn)行 5G 與 LTE 在單路和雙路條件下的性能對(duì)比測(cè)試。單路室分進(jìn)行 5G 升級(jí)時(shí)，LTE 與 5G 的性能對(duì)比分析結(jié)果如圖 1 所示。從測(cè)試結(jié)果可以看出，該測(cè)試場(chǎng)景下，LTE 單路系統(tǒng)下行峰值速率約 50Mbit/s，邊緣區(qū)域的下行速率約為 25Mbit/s，上行峰值速率約 10Mbit/s，邊緣區(qū)域的上行速率約 3Mbit/s。通過信源饋入的方式直接升級(jí)至 5G 后，下行峰值速率可達(dá) 400Mbit/s，邊緣區(qū)域的下行速率約為 150Mbit/s，上行峰值速率為 60Mbit/s，邊緣區(qū)域的上行速率約為 5Mbit/s。從測(cè)試結(jié)果可以看出，單路系統(tǒng)直接升級(jí)至 5G 后，性能得到較大幅度的提升，僅在上行邊緣區(qū)域，受信號(hào)質(zhì)量的影響，性能提升并不明顯。

圖 1 5G NR 單路室分性能測(cè)試結(jié)果分析

在已有測(cè)試場(chǎng)景下進(jìn)行雙路合路，實(shí)現(xiàn) 5G 的 2*2MIMO 雙路室分，并進(jìn)行 LTE 與 5G 在雙路情況下的性能對(duì)比測(cè)試。采用 SA 模式的 2T4R 終端，5G 雙路系統(tǒng)下行峰值速率約 800Mbit/s，邊緣區(qū)域的下行速率約為 200Mbit/s，上行峰值速率約 120Mbit/s，邊緣區(qū)域的上行速率約 10Mbit/s。

從下圖 2 的測(cè)試結(jié)果可以看出，對(duì)比單路系統(tǒng)，雙路系統(tǒng)升級(jí)到 5G 后的性能均有大幅度提升，相比 LTE 終端采用 1T2R，5G 上行邊緣速率也有明顯的提升。

圖 2 5G NR 雙路室分性能測(cè)試結(jié)果分析

1.2 新型室分與傳統(tǒng)室分性能對(duì)比

5G 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)主要有單路室分、2T2R 和 4T4R 共 3 種不同的方式，本節(jié)主要對(duì)比了傳統(tǒng)單路室分、2*2MIMO 的傳統(tǒng)室分和 4T4R 新型室分 3 種類型的室內(nèi)覆蓋性能。

圖 3 新型室分與傳統(tǒng)室分性能對(duì)比分析

圖 3 針對(duì) 3 種不同的方式進(jìn)行對(duì)比分析，4T4R 方式上行平均速率約 90Mbit/s，下行平均速率約 750Mbit/s，上行邊緣速率 50Mbit/s，下行邊緣速率約 350Mbit/s，在性能上有較大的提升。

由于運(yùn)營(yíng)商在 5G NR 幀結(jié)構(gòu)配置中的差異等因素，雙路 MIMO 系統(tǒng)合路與 4T4R 數(shù)字化室分在下行性能的差異相對(duì)較小，但 MIMO 合路系統(tǒng)上行與 4T4R 數(shù)字化室分的差異明顯，且?guī)Y(jié)構(gòu)配置的差異使競(jìng)對(duì)的 4T4R 上行也有一定的性能提升，上行速率將成為室內(nèi)覆蓋中的瓶頸。

2 5G 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)面臨的主要問題

2.1 室內(nèi)外同頻干擾對(duì)室內(nèi)覆蓋性能影響

5G 室內(nèi)外均采用 2.6GHz 進(jìn)行組網(wǎng)，同頻組網(wǎng)引入干擾問題，尤其在室外宏站加載的情況下，對(duì)室內(nèi)性能的影響需要在 5G 室內(nèi)深度覆蓋網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期充分考慮。

選擇 4T4R 分布式皮基站部署的室內(nèi)場(chǎng)景進(jìn)行室內(nèi)外同頻干擾測(cè)試與分析，在室內(nèi)覆蓋設(shè)備開啟且室外宏站空載的情況下，室內(nèi)下行速率均值在 609Mbit/s，室外宏站 50%加擾的情況下，室內(nèi)下行速率均值降至 438Mbit/s，平均容量損失在 28.1%，如表 1 所示。

表 1 室外空擾 / 加擾情況下的室內(nèi)性能分析

室內(nèi)與室外不同電平差情況下，駐留室內(nèi)用戶的速率分布圖如圖 4 所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，在室內(nèi)與室外信號(hào)電平差在 -5dB 以上時(shí)，室外 50%加載情況下速率損失達(dá)到 44%，室內(nèi)與室外信號(hào)電平差在 0~5dB 時(shí)，室內(nèi)用戶容量損失在 30%，室內(nèi)與室外信號(hào)電平差在 5~10dB 時(shí)，室內(nèi)用戶性能損失可降低至 20%以下。室內(nèi)外同頻組網(wǎng)，室外對(duì)室內(nèi)的性能產(chǎn)生較大影響，尤其是室外信號(hào)強(qiáng)度高于室內(nèi)信號(hào)時(shí)，性能損失在 40%以上。為保證室內(nèi)用戶性能，室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)強(qiáng)度要滿足室內(nèi)電平高于室外電平 6dB，才能保證室內(nèi)用戶性能損失在 20%以內(nèi)。

圖 4 室內(nèi)外電平差對(duì)室內(nèi)性能影響分析

2.2 傳統(tǒng)室分升級(jí)可行性分析

5G 室內(nèi)采用 2.6GHz 頻段，相比 LTE 采用 2.3GHz 頻段，功分器、耦合器的直通端、天線的插損在 2.6G 頻段和 2.3G 頻段基本相當(dāng)，差值在 0.01dB 左右，影響極小，耦合器的耦合端存在 1.41dB 損耗，1/2 饋線百米損耗 2.6G 相比 2.3G 高 1.4dB。7/8 饋線百米損耗 2.6G 相比 2.3G 高 0.9dB。同時(shí)，考慮到墻體損耗和空間損耗等的差異，理論評(píng)估 2.6GHz 相比 2.3GHz 的損耗差異約 4.2dB，通過空口覆蓋性能測(cè)試對(duì)比分析，實(shí)際測(cè)試的空口差異均值約 4.6dB，分析數(shù)據(jù)如表 2 所示。

表 2 LTE 與 NR 空口覆蓋效果對(duì)比分析

基于分析結(jié)果進(jìn)行 4G/5G 性能對(duì)比分析，按照 4G MR 覆蓋要求 RSRP 大于 -110dBm 采樣點(diǎn)比例大于 90%進(jìn)行估計(jì)，針對(duì)傳統(tǒng)室分合路場(chǎng)景，要保證 5G 的覆蓋達(dá)到 4G 水平，4G MR 覆蓋率必須滿足 RSRP 大于 105dBm 的采樣點(diǎn)比例高于 90%。

2.3 雙通道不平衡對(duì) 5G 性能影響

對(duì)于已部署 LTE 雙路室分的系統(tǒng)，可進(jìn)行 5G NR 直接升級(jí)，本節(jié)主要分析雙通道不平衡對(duì) 5G NR 性能的影響。如圖 5 所示，雙通道差異 5dB 時(shí)性能損失速率約 20%，雙通道差異 10dB 時(shí)性能平均損失速率約 30%，遠(yuǎn)點(diǎn)性能損失更大。因此，為保證 5G 性能，采用雙路 DAS 系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，應(yīng)至少保證雙路之間的電平差在 5dB 以內(nèi)。

圖 5 雙通道不平衡對(duì) 5G NR 性能影響分析

對(duì)于 LTE 網(wǎng)絡(luò)，采用 Rank2 占比對(duì)雙通道的平衡性進(jìn)行評(píng)估，如表 3 所示。當(dāng)雙通道差異為 0dB 時(shí)，Rank2 占比為 76%，雙通道差異 5dB 時(shí)，Rank2 占比為 60%左右，當(dāng)雙通道差異進(jìn)一步增大時(shí)，Rank2 的占比進(jìn)一步降低，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生較大影響，因此，可采用 Rank2 的占比對(duì)雙通道平衡性進(jìn)行評(píng)估。

表 3 室外空擾 / 加擾情況下的室內(nèi)性能測(cè)試對(duì)比分析

經(jīng)過分析，若已有雙路室分，在進(jìn)行雙路室分升級(jí)時(shí)，可對(duì)雙路系統(tǒng)中 LTE 的 Rank2 占比進(jìn)行測(cè)試，當(dāng) Rank2 的占比低于 60%時(shí)，雙路不平衡對(duì) 5G NR 性能影響超過 20%。因此，在進(jìn)行已有雙路室分合路 5G 時(shí)，需要先進(jìn)行雙路平衡性改造。

3 結(jié)束語

5G 室內(nèi)覆蓋性能相比 LTE 提升明顯，采用 4T4R 新型設(shè)備下行性能相比競(jìng)對(duì)具備優(yōu)勢(shì)，但上行性能成為瓶頸。同時(shí)，室外同頻干擾成為影響室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素，為保證室內(nèi)覆蓋性能損失不超過 20%，在進(jìn)行室內(nèi)覆蓋規(guī)劃時(shí)，應(yīng)規(guī)劃室內(nèi)信號(hào)高于宏站信號(hào) 6dB 以上。目前，90%的室內(nèi)場(chǎng)景已部署了傳統(tǒng)室分，在進(jìn)行 5G 升級(jí)時(shí)，應(yīng)考慮與 LTE 系統(tǒng)覆蓋性能的差異，以及 MIMO 系統(tǒng)雙通道平衡性對(duì)性能的影響。在進(jìn)行 5G 升級(jí)前，首先開展傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)估，只有 LTE 室分系統(tǒng)滿足覆蓋要求且雙通道電平差小于 5dB 要求，直接進(jìn)行 5G 升級(jí)才能保證網(wǎng)絡(luò)性能，滿足后續(xù) 5G 業(yè)務(wù)等需要。

編輯：hfy