中国移动设计院:5G室内覆盖低成本解决方案研究与探讨

作者:中国移动通信集团设计院有限公司 刘威,刁兆坤,范才坤,王振章 责任编辑:吕萌 2020.12.02 23:42 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)随着移动通信技术的飞速发展,用户在满足基本语音业务需求的同时,对数据业务的需求也不断提升,大数据时代已经来临。研究表明,4G时代70%以上的数据业务发生在室内,而在5G时代这个比例将提升至85%。为推动降低5G室内覆盖成本,本文主要总结了几种降低5G室内覆盖成本的解决方案,供行业参考。

5G时代室内覆盖特点

5G室内覆盖部署具有四方面特点。

首先,5G室内业务占比高且多样化。在业务承载方面,室内应用多样化给网络带来更高的要求。

其次,5G频段高导致室内覆盖难度大。在频段上,5G普遍运行在中频和高频,高损耗导致5G信号穿透墙体更加困难,室内更加依赖室分覆盖;同时,室内传播环境差异带来覆盖技术和成本的差异。

再次,5G设备成本激增,室分建设规模和投资成本提升。相比于4G室分设备,5G室分设备在工作频段、载波带宽、通道数量和发射功率等方面均有大幅提升,因此在5G室分建设初期,设备成本将大幅增长。5G室分建设规模大、建设成本高,后期运维成本高,预计5G室分投资将会达到千亿级别。

最后,存量室分场景实施难度加大。目前,全网室分系统保有量超过百万。其中,81%以上为1T1R无源室分,难以发挥5G大带宽高速率优势;绝大部分存量室分系统只能支持2.5GHz频段,不能很好地支持5G新频段;同时,绝大部分场景已有三大运营商进入,室内位置和空间资源有限,落地实施难。

5G室内覆盖低成本解决方案分析

面对5G室内覆盖成本难题,业界推出了很多创新型产品和解决方案。

室内覆盖应与室外覆盖统筹规划

从产业发展来看,5G产业处于发展初期,室内覆盖以主设备厂家的高规格数字化室分产品为主,要根据业务需求持续探索新的低成本覆盖方案,运营商也需要组织业界研发,催熟多样化5G室内覆盖方案产业。

面向5G行业应用,在统计分析一些大城市4G室内站小区忙时指标时发现,主要呈现两个特征:一是不均衡,少数室内小区吸收了大部分流量,大部分室内小区为覆盖型小区,在线用户数少,资源利用率低;二是室内小区建设越多、室内小区比例越高的城市,不均衡性越明显。如果5G网络要实现与4G同等规模覆盖,运营商需要建设更多的5G室内小区,因此预计以满足覆盖需求为主的室内小区建设占比将提高,这有利于在5G建设初期降低总体部署成本。

总而言之,5G室内覆盖应与室外覆盖统筹规划,兼顾用户体验、容量需求、建设和运营成本以及工程实施难度,因地制宜进行方案选择,满足5G室内业务的发展需求。

室外站可实现部分5G室内浅层覆盖

在5G网络部署中,应充分发挥室外站能力,实现对部分楼宇的5G室内浅层覆盖。后续运营商应大力推进4G频段的重耕,结合载波聚合和超级上行,实现中低频多频协同组网,弥补上行短板,实现覆盖能力倍增。

无法由室外宏站兼顾覆盖且难以部署室分系统的楼宇,典型如高层居民住宅楼,可参照4G的方式,通过室分外放覆盖室内。不适合采用室外站覆盖室内的场景应区分容量以及覆盖场景,采用不同的5G室内深度覆盖方案。

室内区域环境开阔,一般也是高容量区域,典型如交通枢纽(机场、大型车站)以及人流密集的商场等,宜采用可管可控、可提供高峰值体验(1Gbit/s以上)和持续扩容能力的高规格5G数字化室内分布系统。数字化室分部署如图1所示。同时,开阔环境利于单个pRRU覆盖较大面积,获得较好的经济性,高规格有源室分可通过小区分裂(减少每个小区的无线射频单元数量)进行灵活扩容。网络建设初期,在满足容量和上行底噪要求的情况下,可把尽可能多的无线射频单元合并成一个小区,尽量避免把同一楼层设置为多个小区,必须设置多个小区时,应尽量把切换位置选择在人流量少的区域。

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图1 数字化室分示意图

在其它容量型区域,典型场景如校园学生宿舍等,其房间隔断多、穿透损耗大,导致单个pRRU覆盖面积较小、单位面积造价高,宜引入5G数字化室内分布系统的同时,通过一个pRRU外接多个拉远无源天线的方式,扩展单个pRRU的覆盖面积,降低数字化室分的单位面积综合建设成本。

对容量需求不高的场景可实施低成本解决方案

一般的覆盖型区域对容量需求不高,如一般的写字楼和宾馆酒店,建议采用5G RRU+无源分布系统或5G pRRU变频拉远系统等低成本解决方案,并分场景实施。对于大量已有4G无源室分的楼宇,可优先考虑2种利旧改造方案。

方案一,若原有无源器件能够有效支持5G频段,建议直接合路5G RRU信源;若原有无源器件不能有效支持5G频段,工程上可更换无源器件的楼宇(如功分器和耦合器在弱电井集中放置、楼层天花板易打开),可直接替换为支持5G频段的无源器件。

方案二,如工程难以更换无源器件(如因室内楼层天花板封闭程度较高),可采用低成本的5G pRRU变频拉远系统。pRRU变频拉远系统技术原理如图2所示。在弱电井RRU信源侧增加变频的近端机,将5G pRRU两个通道的100MHz信号分别变频下移到无源系统支持的两个低频点,在无源分布系统中传送至远端,将远端天线更换为可监控的变频远端机。这种方案无需更换分布在楼层天花板内的功分耦合器,系统可获得的整体性能与新建双通道无源室分相当,并实现无源室分系统的监控管理。

图2  pRRU变频拉远系统技术原理示意图

以部分新建场景为例,可选择如下方式降低建设成本。

场景一,隔断较多的室内,如宾馆酒店或隔断较多的办公室。考虑到成本,建议新建场景支持5G频段双通道或单通道无源室分系统,下行峰值速率分别为600Mbit/s和300Mbit/s以上,预估当前双通道无源室分系统成本明显低于高规格数字化室内分布系统+pRRU拉远无源天线方案。无源室分系统的缺点在于难以有效监控、管理和维护。

场景二,较为开阔的室内,如超市和隔断较少的办公楼,建议采用低成本的5G pRRU变频拉远系统,该方案在传统单/双路DAS场景下,仅通过部署一个pRRU即可实现室内32层5G覆盖;可通过降低主设备数量达到降低室分系统成本的目的,且施工方便。

重视降低5G运营成本

随着未来5G业务的黏性增强,室内小范围点状补盲场景可以采用5G一体化毫瓦级小基站以及小型数字直放站设备实现灵活部署,快速解决投诉问题。

除了建设成本,如何降低运营成本也需重视。数字化室分相比无源室分能耗更高,单个pRRU头端能效只有2%~3%。5G时代,数字化室分部署将增多,运营成本也将大幅提升,绿色节能对于低成本运营至关重要。一方面,业界需共同推进设备的集成度和器件工艺水平提升,直接降低设备能耗;另一方面,运营商也需建立包括客户价值、用户容量、业务负荷等多个维度在内的综合能效评估系统,大力推动数字化室分系统节能特性的实施,如基于4G/5G协同的5G pRRU深度休眠机制,典型场景(如商场、写字楼)可以取得明显的节能效果。


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