[4G+5G专题-133]: 部署 - 4G/5G常见的室内部署方案

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第1章概述

第2章用室外宏基站进行覆盖室内

2.1 什么是宏基站

2.2 宏基站的室内覆盖场景

2.3 宏基站室内覆盖的不足

第3章分布式天线系统DAS覆盖

3.1 什么是DAS

3.2 DAS如何完成室内覆盖

3.3 DAS的分类

3.4 DAS的不足

第4章多通道DAS覆盖-提升室内容量

4.1 多通道覆盖

4.2 多通道方案的思路

4.3 多通道联合方案的不足

第5章有源数字室内分布式单频网SFN覆盖

5.1 什么是有源数字室内分布式单频网SFN

5.2 有源数字室内分布式单频网SFN的由来

5.3 有源数字室分方案在5G时代的挑战：

第6章室内一体式小基站Small Cell覆盖

6.1 室内一体式小基站Small Cell的部署场景

6.2 LTE小基站部署面临四大挑战

第1章概述

室内应用是移动通信业务两大主要部署场景之一

据预测，5G时代约85%的业务流量将发生在室内场景.

因此，室内覆盖的好坏直接关系到5G室内应用的体验，那么5G时代的室内覆盖如何部署呢？

第2章用室外宏基站进行覆盖室内

2.1 什么是宏基站

宏基站是指通信运营商的无线信号发射基站，宏基站覆盖距离大，一般在35Km，适用于郊区话务量比较分散的地区，全向覆盖，功率较大。

2.2 宏基站的室内覆盖场景

先从最简单的开始，比如说覆盖简单的居民楼。

直接想到的，就是在房子旁边专门部署一个基站。可以吗? 这种办法当然可以，但……太费钱!，且用户也不愿意，担心有辐射。那么有没有更省钱，更有效的办法解决这种室内覆盖呢?

当然有，用室外的宏基站来覆盖这个房子，信号通过窗口和大门覆盖到居民楼的室内，这种方式更节省成本，也能满足用户的需要。这是最常用的、最普遍的室内覆盖的场景，毕竟，几乎所有的人，晚上都要回家的。

这种方式就是室外基站覆盖室内，顾名思义是通过室外的基站来兼顾对室内的覆盖。

对于5G而言，在5G网络建设的初期，这种方案由于网络建设快，投资成本低，受到运营商的青睐。

2.3 宏基站室内覆盖的不足

那对于高楼大厦的室内覆盖，是不是也可以直接宏基站这种方式呢?

4G宏站的无源天线只有一个波束，水平波瓣很宽，垂直波瓣比较窄，通过下倾角来满足水平覆盖，导致高层建筑的信号较差，无法满足高楼覆盖的要求。

5G引入Massive MIMO技术，宏站具有了波束赋形能力，由于运营商普遍采用水平7/8个波束配置，虽然水平方向覆盖达到了最优，但是在垂直方向覆盖有限，还是无法满足高楼覆盖需求。

此外高楼大厦复杂的墙体结构会削弱室外基站信号。

5G时代，容量、时延、可靠性有了更高的要求，室外基站覆盖室内方案遇到高楼大厦就显得力不从心。

第3章分布式天线系统DAS覆盖

3.1 什么是DAS

分布式天线系统(Distributed Antenna System, or DAS)，是在预定的空间或建筑内，由多个空间分离的天线节点，通过多种信号传输媒介，连接到多种信号源，组建而成的移动通信网络。

3.2 DAS如何完成室内覆盖

在许多情况下，尤其在建筑物、隧道、大型公共场所、体育场等之内，来自蜂窝塔的信号无法提供足够的覆盖范围，或者用户密度超出了一般情况下能够应对的范围。

室内覆盖的主要问题是：信号被墙壁削弱了，如果把信号引室内，问题不就解决了？

这实际上就是DAS(Distributed Antenna System，分布式天线系统) 的思路，通过耦合器、功分器、合路器等无源器件对RRU的射频信号进行分路传输，将信号尽可能平均分配至每一副天线上，从而实现室内信号的均匀分布覆盖。

其实DAS方式在2G/3G中已经大量使用，技术的成熟度也高。

DAS通过安装分布式天线系统（DAS）扩大上述区域的覆盖范围，为大量用户提供更佳的服务。

由于DAS安装方式的多样性，DAS设备或DAS技术的种类繁多，而且一般情况下，需要使用多种DAS技术，才能提高区域内蜂窝无线性能。

其中，由施主天线将无线信号耦合重新定向至目标传输天线。这些电线中采用双工器实现下行链路和上行链路。这一方式通常为最快且成本最低的方式，而且取决于所采用的双工器和天线，其可用于多载波.

3.3 DAS的分类

为无源分布，有源分布,和混合分布三类。

（1）无源分布(Passive DAS)：主要应用于小型建筑和空间。

只使用同轴电缆传递基站或中继器的射频信号到天线上。

使用电子元件包括：分离器、合路器、衰减器、虚拟负载/Dummy load、环形器、过滤器、耦合器。

优点：

设计直观；电子元件兼容性高；可经受恶劣环境。

缺点：

设计耗时，部署复杂，升级困难；

无网络实时监控预警系统(出问题需要现场排查)和电压驻波比警报；

同轴电缆有可能出现无源互调(PIM)从而导致信号到干扰；

信号损耗严重；难以平衡每个天线的链路预算；需要高功率基站(信号来源)。

（2）有源分布(Active DAS)：

主要应用于中到大型项目设计(EU-RU相距可达250m，主控到天线可达5km或更远)。

由主控制器(Master Unit/MU)、扩展单元(Expansion Unit/EU)、远程终端单元(Remote Unit/RU)、和天线阵列组成。

主控制器为整个DAS的大脑，连接低功率基站使用光纤分配信号到EU；EU把MU的光信号分成向上链路(UL)和向下链路(DL)，并转换成电信号用网线连接分别发送到UL和DL的RU；DL的RU转换电信号为射频信号，通过同轴电缆跳线发给天线，同时UL的RU接受天线的UL信号并转换为电信号发送给EU。

（3）混合分布天线系统 - Hybrid DAS

混合分布(Hybrid DAS)：由主控器(MU)和混合远程终端单元组成(Hybrid Remote Unit/HRU)。主控制器连接低功率基站使用光纤分配信号到HRU；混合远程终端单元集成有源分布中EU和RU的功能。

3.4 DAS的不足

（1）不同的天线，不支持混合部署不同的载波

（2）在此情况下，DAS性能与施主信号及射频设计质量相关联，而且无法增加容量。

有人可能认为增加容量不就是多加一些天线的事情吗?

原先一副天线不能满足的，现在再增加一副天线不就解决问题了吗?

想法是美好的，但现实却是残酷的! 这种改造实际建设时成本比较高，难度比较大，这种方案主要增加覆盖范围，无法增加容量。

那么有没有对现有DAS系统不用改动或者少改动就可以提高网络容量的方法?

这就是多通道联合方案。

第4章多通道DAS覆盖-提升室内容量

4.1 多通道覆盖

多通道联合收发方案利用一个或多个RRU的不同通道，把DAS分布式系统的多个收发节点联合起来构建一个更多维度的多天线收发系统，实现上/下行更多流MIMO传输，提升系统容量。

简单说来，之前的RFIC连接的天线一个个是独立的给用户收发数据，现在把几个天线联合起来给用户收发数据。如下图所示：

在上图中，通过BBU，把两个2T2R的RRU组合成一个4T4R的RRU，增加了室内覆盖的单小区的容量和吞吐率。

这种多通道联合收发方案不用改变传统DAS系统网络架构，避免了DAS系统改造工作量大、成本高、站点资源协调困难等问题，仅仅通过软件版本的部署即可快速实现传统DAS网络的性能的提升，并且可以兼容现有5G 终端，对于终端没有任何限制。

4.2 多通道方案的思路

这种思路也不是凭空而来，我们举个工作中的例子。

如果办公室的电脑显示器尺寸比较小，而且一时也没有采购大屏显示器的预算，于是有小伙伴会用两个显示器组成双屏来办公，办公效率大大提升。

4.3 多通道联合方案的不足

DAS系统有了多通道联合收发方案的加持是不是就可以完美的解决所有的5G室内覆盖的问题?

其实还存在一个难点，4G的DAS网络的无源器件仅能支持sub 3G 频段，面对5G高频网络(sub 6G等)就束手无策了，如下图所示：

第5章有源数字室内分布式单频网SFN覆盖

5.1 什么是有源数字室内分布式单频网SFN

单频网（SFN：Single Frequency Network）由多个位于不同地点、处于同步状态的发射机组成的地面数字电视覆盖网络，网络中的各个发射机以相同的频率、在相同的时刻发射相同的（码流）已调射频信号（比特），以实现对特定服务区的可靠覆盖。

5.2 有源数字室内分布式单频网SFN的由来

对于小型楼宇专门部署基站显然是投入产出不高，但是在一些大型场景如交通枢纽、体育场馆、摩天大楼等，投入和产出的天平发生了倾斜。我们可以拾回前面的思路，考虑为这些大型场景专门部署室内基站，这就是有源数字室分方案。

有源数字室分采用基带单元(BBU)- 汇聚单元(PBridge)- 射频单元(Pico RRU)三级架构。

和室外宏站的区别是多了汇聚单元，RRU变成了Pico RRU。Pico RRU的体积更小，部署更方便，容量大，配置灵活，因此有源室分方案成为了大容量，优体验的高价值区域的首选方案。

5.3 有源数字室分方案在5G时代的挑战：

有源数字室分方案在4G时代已经广泛应用了。

为了能在5G时代大有作为，有源数字室分方案面临如下几大问题：

（1）降低成本

成本是室内覆盖建设考虑的重要因素之一，如果一套室内覆盖方案成本过高，就会让运营商望而却步。

Pico RRU是有源数字室分主要的成本构成，Pico RRU频段和通道数越多，成本越高。因此降低的成本关键在于降低网络中Pico RRU 的成本。

考虑到不同室内覆盖场景的容量需求差异大，导致对Pico RRU的频段和通道需求差异大，如果采用单一的产品配置，显然满足不了室内覆盖的需要，因此可以通过细分场景，按需配置相应产品和方案来实现最精准的投资。

（2）共建共享。

多家运营商共享室分系统，不仅可以分摊5G网络建网成本，减少资源浪费，还可以增加频谱带宽，提升用户体验。

（3）高效智能化运维

有源数字室分方案由于Pico RRU高集成度、高发射功率、数量多的特点，面临着运维和设备能耗管理的考验。

5G时代，有源数字室分通过可视化管理和智能化节能来解决这一难题。

可视化管理就是通过生成建筑物模型，按楼层直观展示Pico RRU的部署位置信息，同时以Pico RRU单元为粒度生成性能数据，并给出针对性的网络优化建议。

智能化节能就是借助AI和大数据技术，在保证网络KPI的基础上，使节能效果最大化，实现能耗与性能的最佳平衡。

（4）扩展新业务

运营商希望有源数字室分系统能够挖掘网络潜力，开放网络能力，扩展新业务。

对此有源数字室分系统又有哪些应对措施呢?

这就要结合MEC移动边缘计算能力，可以进一步优化业务体验，使能增值业务，开放网络能力，提供定制化的服务。

另外，针对室内精准定位的应用场景，有源数字室分方案具有天然的技术优势。

第6章室内一体式小基站Small Cell覆盖

6.1 室内一体式小基站Small Cell的部署场景

目前，市面上没有一体化5G小基站的部署，在LTE的部署场景中，室内一体式小基站，是对上述室内部署形态的一种有效补充，主要包括如下场景：

（1）在新无线系统网络部署初期，以实现广覆盖为主要目标，小基站的需求主要体现在补充覆盖盲区和弱覆盖，因此占比不会太高。

（2）在网络部署发展阶段，业务负荷尤其是数据业务负荷会有快速增长，在宏蜂窝密度和频率资源已经非常紧张的现状下，小基站将会是主要的解决方案和发展方向。

（3）小基站由于其安装灵活，在解决特殊区域的覆盖与容量问题上，是宏基站的有效补充。

这可能是未来5G小基站的应用部署场景，特别是在垂直行业，使用小基站部署。

6.2 LTE小基站部署面临四大挑战

（1）干扰控制：

小基站部署增加了网络复杂度，由于采用同频组网，小区间的干扰问题是不能回避的。

（2）传输资源：

大量部署多种形态的小基站将考验运营商的传输资源，在目前的试验中，传输资源紧张是最现实的问题。

（3）宏微协同：

未来的网络必将是异构的，如果能做好宏微协同，将起到事半功倍的作用，如果做不好，网络体验将大打折扣。

（4）运维管理：

LTE应用多种形态的基站，将使得网络运维管理工作加倍，因此必须通过SON来提升运维管理的自动化程度。但是，SON的研发很复杂，是巨大的挑战。

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