试论5G室内分布低成本融合组网方案

2020-07-22 09:26李光健
通信电源技术 2020年9期
关键词:建网信源信标

李光健

(广西通信规划设计咨询有限公司,广西 南宁 530007)

0 引 言

随着5G标准逐渐趋于固定化,5G投入商业使用正在推行。5G时代,DAS的无源器件与馈线无法适配高频段,因此无法监督管控旗下器件。如果对其进行适应化改造,则需要较高的成本投入,同时大规模地对其进行容量扩展十分困难。因此,只能将其应用于对容量需求不高的低频段场景,如地下通道、火车隧道、电梯等位置。新型数字化室分系统相较而言具有更多优点,一方面较易部署推行,另一方面能够实现运行与维护的可视化,并能够满足大规模MIMO的需要。因此,这种系统更适应5G的生存与发展,将会成为未来5G室内分布体系中的重要组成部分[1-2]。

1 5G室内分布系统现状分析

我国的运营商为了实现室内覆盖的最大化,借助传统的DAS方式解决有关问题。传统的DAS一般以无源器件为主,由于发展年限较长,因此DAS产业链已经十分成熟。不仅投资成本低,而且出现故障的概率较小,整体系统运维简单易上手,还能够实现系统容量的扩增。但是,由于移动业务的迅速扩张,传统DAS的缺陷也日益凸显。

1.1 工程建设存在较高的难度系数,很难优化改造现有工程

传统室分系统往往配备较多的无源器件,极大程度上增加了工程建设的挑战性。加上安设过程中会设置许多节点,为日后的安全问题埋下了隐患。建设过程中安设辅助设备需要和物业进行多次协调,整体的建设过程十分具有挑战性。此外,在双路改造LTE室分系统时,往往需要新设较多节点,而在需要新设节点的位置可能并不能提供足够的空间来满足改造。加上器件的老化速度往往有所差异,建造的工艺参差不齐,无法确保改造后的LTE双路保持平衡。要确保改造后的成果能够满足大规模MIMO的要求,则是难上加难。

1.2 故障的排除与检查存在较大难度

室内分布系统无论是在最开始安装时还是后期维修养护过程中,都不可避免地要与物业进行协调和沟通。而传统室分器件往往数量多、品种杂,无法很好地实现对无源器件的实时监督与管控。要想发现问题,只能依靠用户的投诉和定期的巡查检验。针对大型室分系统而言,即使定期巡检也无法确保检查到每一个位置,使得部分隐藏的问题很难被及时发现。此外,部分楼栋会不适当改造等外界因素,排查故障位置时一般耗费大量的人力与物力,甚至可能仍然一无所获。这种局面直接大幅提升了网络运行与维护的成本。

1.3 传统DAS的大部分器件并不能够适配高频段

有关数据显示,传统DAS的无源器件能够适配的频段最高不超过2.7 GHz。一旦频段超过这个限制,有关器件往往处于无法使用的状态。同时,同轴电缆的传输损耗和频段呈正比,意味着频段越高,传输损耗越高。对于超过3.5 GHz的频段而言,传输损耗过于巨大,甚至产生亏损。因此,工程中鲜少会使用3.5 GHz及以上的频段。

2 有源和无源混合组网方案

在5G混合组网中,基本架构主要有蓝牙信标、基带单元、智慧室内分布、路由单元以及远端信源等。实际应用过程中,可以使用皮基站实现远端信源,在其内部集成蓝牙网关。一般而言,智慧室内分布天线是蓝牙信标的室内分布天线,基于射频馈线和远端信源进行连接处理。为了提高室内定位精度,使用蓝牙信标进行增补处理,采取网络和远端信源进行连接。

图1描述的是无源和有源混合方案的实际组网示意图,具有5G室内覆盖网络的主要特点。

(1)智能运维。图1中,远端信源内部集成蓝牙网关,智慧室内分布天线内部集成蓝牙信标。基于无源网络,蓝牙信标发射的广播信号发送至蓝牙网关,若蓝牙网关成功接收到广播信号,则表明这个无源网络运行正常。基于无源网络的作用,蓝牙网关还可以对蓝牙信标的参数进行配置处理,为运营商维护蓝牙信标状态提供便利条件。针对蓝牙信标的供电问题,因为外接无源器件支持通直流,方案中远端信源通过无源网络向智慧室内分布天线提供直流电源。

(2)弱覆盖分析。根据低功耗蓝牙(BLE)具有的室内定位功能,终端用户可以基于信令层或应用层同时上报ELE数据(MAC和RSSI)和网络覆盖数据(SINR和RSPP)。基于蓝牙信标RSSI信号的强度,对网络覆盖数据的归属问题进行综合判断,确定其属于哪一个室内分布天线覆盖区域,以此获取室内精细化强弱覆盖对比分析的结果,辅助运营商对网络性能进行综合优化。

(3)室内定位。此方案具有多兼容、自动定位和低成本等诸多优点。在蓝牙定位功能中,定位精度非常高,达到了蓝牙信标布放间距的1/2以内。由于智慧室内分布天线的布放间距往往设置成15 m,因此它的定位精度可以达到7 m。若需要进一步提升定位精度,那么需要升级该方案,增设一定数量的蓝牙信标,进一步提升定位精度。通过增加独立的蓝牙信标,控制蓝牙信标之间的距离为7 m,将定位的进度提升至3 m。

(4)人流量分析。由于远端信源具有基站通信的功能,可以辅助分析室内人流量的分布情形,运营商可以借助其进行大数据分析工作。

(5)易于扩展。远端信源外接的智慧室内分布天线、射频馈缆和功分器等具有宽带特性,当前已经成功开发出支持0.8~3.8 GHz频段的相关产品,天然支持4G/3G/2G以及C-Band l00 MHz等相关频段,也可以快速兼容未来市场上出现的制代系统。

图1 有源和无源混合方案实际组网示意

(6)弹性扩容。在网络扩容前,该方案可以合并4个远端信源为一个小区,指导网络容过需求后,基于小区分裂功能,4个远端信源的速率提升4倍。

(7)nTnR。在5G网络的远端信源中,可以实现4T4R的功能。它外接的智慧分布天线是双级化天线,可以实现2T2R的功能。所以,这个方案兼具2T2R和4T4R的功能。

(8)低成本。该方案中,有效控制远端信源使用量,增多智慧室内分布天线使用量,有效控制整体建网的成本。基于四功分器的作用,4个远端信源连接有8根智慧分布天线,形成了1:8混合组网的方案。

3 现网实际应用效果

本文提出了无源和有源混合组网的方式。首先,对4G网络现网应用进行相应的测试研究,表明其结论也适用于5G网络。因为现网4G皮基站是2T2R设备,在此次试点研究中外接单极化指挥室内分布天线,未来5G皮基站是4T4R设备,将外接双极化智慧室内分布天线。4G皮基站的主要内容有扩展型皮基站或分布式皮基站,两者存在一定的区别,主要表现为基带单元可以独立支撑的小区数量。在本次试点过程中,选择扩展型皮基站,选取一栋写字楼的各个楼层评估建网测试方案,各方案描述如下:方案1采取纯扩展型皮基站,实际建网的方式;方案2采取纯扩展型皮基站,预估可以达到5~7 m的定位精度水平;方案3采取智慧室内分布天线和扩展型皮基站的方式,以1:4进行组网,实际建网的方式;方案4采取智慧室内分布天线+扩展型皮基站的方式,以1:8进行组网,实际建网的方式;方案5采取智慧室内分布天线+扩展型皮基站的方式,以1:8组网和独立蓝牙信标;方案6采取单一路DAS进行预估分析。在这些方案中,第1、3、4、5是现网建设,第2、6方案没有采取现网建设方式,只是用来进行分析。

3.1 建网成本对比

如图2所示,对6种建网方案进行归一化处理,进行成本对比分析的结果。建筑面积设置为20 000 m2,将单路DAS作为比较基准,纯扩展性皮基站的建网成本大约增加22%。若将室内的定位精度设置为5 m,则要考虑加密纯扩展型皮基站,此时的建网成本增加138%。针对混合组网方案,采取1:4组网和组网的建网成本分别是单路DAS的93%和83%。

3.2 覆盖性能对比

如表1所示,在对覆盖性能进行打点测试中,测试结果显示:几种测试方案得出的RSRP均值不小于-85 dBm,SINR均值小于20 dB;方案3和方案5的下行平均速率都是50 Mb/s,与单流系统的理论速率55 Mb/s非常接近;方案1是纯扩展型皮基站方案,下行平均速率90 Mb/s,和双流系统的理论速率值(110 b/s)比较接近;因为4G终端是单发系统,这两种方案的上行平均速率是一样的;通过覆盖性能的定点测试,结果显示在测试终端位于距离信号源7m+l堵墙、近点和距离信号源3m+l堵墙时,这几种方案的上行与下行的平均速率和理论速率比较接近。

图2 归一化建网成本对比

表1 不同室内分布系统建网方案对比分析

4 结 论

综上所述,要想推动5G网络基础设施的建设和配套业务能力的进一步提升,全方位实现万物互相联接的目标,运营商应该进一步优化5G组网建设,加速网络基础设施的云端化,采用成熟且合理的5G核心网络架构拓宽网络业务的范围,加速社会信息化的形成与发展。

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