5G传统室分升级技术浅析.pdf

信息通信摘要：随着5G建设的不断推进，室内5G网络部署也不断加快和增多，近年来的室分建设，室内部署了超过百万的传统室分，已知常用的传统室分升级5G技术包含直接馈入/错层MIMO/半有源改造等方式。文章通过分析现有传统室分情况，结合实测工程数据，并简析其应用。关键词：传统室分；5G升级；错层MIMO；半有源中图分类号：TN929.5文献标识码：B0引言从2 G时代开始，至今室内部署了超过百万的传统室分。其中，早期的部分采用8 0 0-2 50 0 MHz的器件进行部署；2 0 15年之后主要采用8 0 0-2 7 0 0 MHz的器件进行部署。在5G之前室内主要使用频段为E频段及更低频段，而5G采用D频段进行部署。D频段器件支持度问题/更高的传播损耗和穿透损耗等，导致4G传统室分面向5G演进存在较多的不确定性。同时，面对新建场景数字化室分的部署，传统单路DAS也面临着竞对体验落后的问题。为了充分的利旧传统室分系统和配套设施进行5G室内覆盖的“快/好/省”部署，本文对4G传统室分面向5G的演进给出了评估和改进建议，对于希望进一步提升性能而采取的半有源及错层MIMO能力做了分析评估。1传统室分升级5G简要介绍1.1传统室分频率支持特性分析传统室分小区4G与5G同点位时，覆盖差异主要来自于以下3部分：1一信源功率差异；2 DAS损耗差异；3一传播损耗差异；以下将对3部分分别进行分析验证。1.1.1信源功率差异主要取决于5GRRU、4G R R U 输出功率设置，当前4GRRU常见功率规格为单通道2 0 W，5G R R U 功率规格单通道100W，4G 信源功率需要考虑PA/PB设置，不同PA/PB设置下RS功率有差异，当前规范配置，双路站点PA=-3,PB=1,单路站点 PA=0,PB=0;则功率差异计算如下：PA=-3,PB=1:1=10*L O G(NR 功率/0.0 0 1)-10*LOG(273*12)-10*LOG(LTE 功率/0.0 0 1)-10*LOG(100*12)+3=-0.37(2.6G收稿日期：2 0 2 3-0 2-2 0作者简介：刘大伟（19 8 6-)，男，山东潍坊人，硕士研究生，毕业于南京邮电大学，工程师，研究方向：通信工程。.+由此可见，本文对实际铁路环境下常发生的各种干扰事件参考文献：进行实验，得到9 3.8%的事件识别率，说明本文提出的铁路安全监测系统可以对常见的干扰事件进行准确的识别，且能保证识别的实时性。这对于当前铁路沿线大量存在的电缆挖断、人工排除工作量大、经济损失大等问题提供了新的解决方案。4结语本文通过在火车站附近实地实验采集现场的各类施工数据，对实验数据进行预处理和频域分析，随后通过支持向量机方法根据其频域特征进行有效的模式识别，针对四种常见的扰动事件综合识别率达到9 3.8%，系统处理每一万组样本仅需2 ms。2023年第0 5期(总第 2 45 期)5G传统室分升级技术浅析刘大伟，程磊，程家印，冯延钊，许泽政（中国移动通信集团山东有限公司，山东济南2 50 0 0 0）文章编号：2 0 9 6-9 7 59(2 0 2 3)0 5-0 2 0 2-0 3相比于2.3G损耗0.37 dB)PA=0,PB=0:1-10*L O G(NR 功率/0.0 0 1)-10*LOG(273*12)-10*LOG(LTE功率/0.0 0 1)-10*LOG(100*12)=2.63(2.6G相比于2.3G有2.6 3dB增益)1.1.2DAS损耗差异DAS损耗主要包括合路器、功分器、耦合器、天线、馈线；(1)合路器：合路器(POI)是整合链路上最主要的频率选择器件，属于带通滤波器，常用的形态为腔体滤波器。原有的POI一般都不支持D频段或者仅支持6 0 M，当拓展为16 0 M时，对5G性能影响：由于非带宽内性能降低,导致BLER上升,影响CQI、MCS,CQI越低，编码效率越低，最终影响速率。结论：非5G全频段合路器对性能影响较大，必须需更换5G全频段合路器。（2）功分器：功分器属于无源器件，具备一定的频率选择性，但并不具备优异的带外抑制能力，所以在铁塔共建的传统室分中，属于多运营商公用的宽频器件。EMrAnalysis2.9-2.9602-9702.9-2.9903,000-3:010-3.020-3030-3040-3.050从样品测试截图看，产品在2 30 0-2 7 0 0 频段，驻波、插损、波动均达到器件规格要求(且满足工程验收要求),插损在0.0 2 dB范围内波动，属可接受范畴。结论：功分器在2.3 2.6 GHz频段差异不大，可以不用更换。（3）耦合器：耦合器属于无源器件，具备一定的频率选择1刊编辑部.新时代交通强国铁路先行规划纲要.铁道技术监督,2 0 2 0,48(0 9):1-6+2 4.2徐涛.基于分布式光纤振动传感的高压电缆防外破监测预警系统应用J.东北电力技术,2 0 2 0,41(0 6):30-33.3 梁文杰.基于分布式光纤传感的油气管道安全监测基础研究D.电子科技大学,2 0 12.4罗光明,李枭,崔贵平,钟喆.分布式光纤传感器的周界安防入侵信号识别J.光电工程,2 0 12,39(10):7 1-7 7.51丁世飞,齐丙娟,谭红艳.支持向量机理论与算法研究综述J.电子科技大学学报,2 0 11,40(0 1):2-10.202图1功分器样品测试结果Changjiang Information&Communications性，但并不具备优异的带外抑制能力，所以在铁塔共建的传统室分中，属于多运营商公用的宽频器件。C/Th-13.50-14.00-14.50-15.00-15.30-16:00-16-17.00-17.30-18.00从测试截图看，产品在2 30 0-2 7 0 0 频段，插损、驻波比，在直通端和耦合端恶化并不明显（2 dB以内）。重点关注插损指标，相比于2.3G最大耦合损耗恶化了1.41dB，其对覆盖性能有一定影响，但影响可控，不建议替换。对于不更换耦合器的站点，在利用4G进行5G覆盖预测时，需将额外的1.41dB的耦合插损带入计算。（4）全向吸顶天线：天线也属于无源器件，具备一定的频率选择性，但并不具备优异的带外抑制能力，所以在铁塔共建的传统室分中，属于多运营商公用的宽频器件。测试如下：M30.00950.01.4501.40011301:1001.2501.200L.1301-10010501:0000.0m)从样品测试结果看，产品在2 30 0-2 7 0 0 频段，驻波差异变好，在2.3G和2.6 G频段都满足集团集采指标要求。由于并非在微波暗室测试，结果仅供相对参考。结论：全向天线在2.32.6GHz频段差异不大，可以不用更换。(5)馈线损耗1-5/81.14*718*5.8*123/810MHz0.20100MHz0.67150MHz0.831.031.471.922.674.221.61 4.217.25200MHz0.98300MHz1.221.50 2.132.783.836.062.326.0910.40最大衰减450MHz1.531.872.65 3.46 4.75 7.512.887.5912.80800MHZ2.13(20)900MHz2.292.773.885.076.8710.904.2211.2018.40(dB/100m)1000MHz2.43 2.944.125.387.2811.604.4611.8019.601500MHz3.111800MHZz3.472000MHz3.712500MHz4.273000MHz馈线损耗表中无2.6 G与2.3G数据，故2.6 G与2.3G损耗参考2.0 G与2.5G损耗值，从上表看出，2.6 G相比于2.3G,7/8馈线百米损耗=6.9 5-6.11=0.8 4dB，1/2 馈线百米损耗-12.1-10.7-1.4dB。结论：传统馈线在2.3GHz2.6GHz频段差异不大，可以不用替换。1.1.3传播损耗差异传播损耗差异包含电磁波在真空中不同波长的空口损耗差异叠加典型穿透场景下穿透损耗差异。室内推荐的传播模型下：L(dB)=-28+20*LOG10(fMHz)+N*LOG10(dm)+人体损耗(3dB)+衰落余量(3-6 dB)+穿透损耗(dB)。2.6G与2.3G频段墙体穿透损耗数据如表2：203刘大伟等：5G传统室分升级技术浅析表2 4墙体穿透损耗差异1堵轻墙2堵轻墙1dB2dB则3=1.0 6 dB+穿透损耗(dB)1.2传统室分频率支持特性测试由上章节理论分析可知，在天馈系统中，2.6 G相比于2.3G频段损耗较大的是耦合器耦合端输出和馈线，其他器件忽略图2 耦合器样品测试结果不计，统计该路实际测试中，天线经过2 路耦合器耦合端输出，经过1/2”馈线共计7 0 m，理论上整个测试路径上，2.6 G相比于2.3G频段损耗=1.41*2+7 0/10 0*1.4=3.8 dB。实测如下：表32.6 G对比2.3G频段实测结果运营商制式GSM(UL)GSM(DL)中GSM1800(UL)国GSM1800(DL)移TD-SCDMA(B)动TD-LTE(B39)TD-LTE(B40)TD-LTE(B41)2.6G比2.3G损耗高3.58 dB，与以上理论值相近。结论：传波损耗、耦合器和馈线损耗是当前室分系统E频段和D频段覆盖差异的主要因素，试点实测其电平差异和理论相近，D图3全向吸顶天线样品测试结果频段覆盖电平相比E频段，下降约3 4dB。2传统室分5G性能主要技术分析传统室分在5G时代面临的主要问题是体验差异，当前价值场景均采用了4TR数字化室分设备建设，4G时代的价值场景采用2 TR的LTE建设。原有价值场景采用传统室分1TR表1馈线损耗表的系统升级后，体验竞对劣势明显。表4单通道、双通道和四通道速率1/2S114*S0.250.37 0.480.671.060.401.041.830.83 1.19 1.55 2.173.42 1.303.415.891.201.722.243.104.901.872.593.634.75 6.4610.203.9410.4017.403.735.186.78 9.0914.405.6014.9024.304.165.75 7.5410.1016.006.2116.6026.904.436.118.0210.7017.006.5917.6028.505.086.959.1512.1019.307.5019.2032.105.68 7.7610.2013.4021.408.3522.4035.601堵重墙1.7dB测试波段890-909MHZ935-954MHZ1710-1720MHZ1805-1815MHZ2010-2025MHZ1880-1900MHZ2320-2370MHZ2575-2635MHZ通道DAS ITIR下行(DL)418Mbps4.918.412堵重墙3.4dB通路损耗19.97dB20.0dB23.59dB23.44dB22.83dB23.34dB22.34dB25.92dBDAS 2T2R数字化室分4T4R837Mbps1674Mbps上行(UL)55Mbps备注：上表单通道、双通道和四通道速率为理论峰值速率，来自于理论计算。因此，如何提升传统单路DAS的性能也成为当前室分研究的重点课题。2.1变频方案（半有源改造）(1)传统升级、半有源改造方案传统升级方案如下：5152B通道A通道原2/3/4G设备半有源改造方案如下：70Mbps2/3/分路4/5器合路器图4传统升级方案100MbpsChangjiang Information&CommunicationsB通道5152A通道原2/3/4G设备(2)该方案相比传统方案的主要差异在于：(a)增加变频主机，把双路RRU中的A路不变、B路变频后通过原有线路馈至半有源的全向天线，天线套件中有变频组件，把B路变回至2.6G频段，馈入双极化天线的第二路；（b）全向天线需要变更为半有源双极化全向天线；（c)需要二次施工，由于需要变频主机把电源通过同轴线馈入到末端天线，线路中的合路器/耦合器/功分器等器件如果有隔直功能的，需要替换。(3)方案优势：（a)相比传统单路DAS，体验提升；(b)相比新建4TR的数字化室分，成本更低（半有源方案改造成本5 7元/平米）。(4)劣势在于：(a)需要二次施工,并且排查线路和耦合器/功分器等器件；(b)受变频主机的频偏影响，体验提升有限，不及双路DAS和双路数字化室分；（c)造价与双路外接型数字化室分成本接近，但体验并无优势；（d)受限场景较多，很多老旧物业点不具备入场和排查条件。（5)测试情况：本室分创新试点选取了位于铜川市中国移动营业厅（北关营业厅）的站点：表5室分创新试点测试结果网络制式平均RSRP平均SINRFTP下载FTP上传LTE室分-66.33dbm锚点-63.13dbmNR单流-64.09dbmNR双流-72.05dbm(6)总结：该方案下行吞吐量较单路DAS有效提升50%80%，此方案在部分自有物业点、规模不大的场景下，视线路改造条件酌情使用。2.2错层MIMO方案(1)错层MIMO的实现原理。错层MIMO方案是指在多层建筑中，奇数层和偶数层错开使用RRU的A路和B路的方式，实现MIMO叠加的能力。实现的要求为：（工程连接：RRU双通道接口与楼宇奇偶层的错层连接）（配置：整个小区配置为2 T2R，2 端口）（性能：通过上下楼层泄漏的信号产生MIMO效果；两路信号交叠区域存达成双流性能，吞吐率提升）(2)试点测试结果。在原来天馈基础上，直接合路5GRRU-5152fad、2.6 G 合路器，开通10 0 MNR小区；采用交叉错层连接：5楼和7 楼接1个通道，6 楼和8 楼接一个通道；原室分系统平均RSRP：-7 5d Bm，两层信号间差异+16 dB不平衡。表6 SISO与错层双流MIMO对比测试结果对比测试SSBRSRPSISO-75错层双流MIMO-75错层2 流MIMO的室分绝对拉网速率59 0 Mbps，平均增刘大伟等：5G传统室分升级技术浅析益38%(SISO达42 6 Mbps)2/3/（3）工程方案及成本。错层MIMO改造方案的建设成本变频分路4/5主机合路器图5半有源改造方案40.9db99.63Mbps31.53db88.44Mbps33.71db418.42Mbpss74.14Mbps34.33db724.29Mbps63.34MbpsDL THP426590半有源头端器半有源头端11.51Mbps7.57Mbps（硬件和工程）比建设单独DAS造价提升了2 0%，增加约1.5 2元/平米。（4）其他限制条件。错层MIMO的增益主要取决于两层之间的不平衡度，差异越大增益越小，参考同期LTE相关数据：近、中、远点通道不平衡对MIMO性能（下行吞吐率）影响-MIMO相关性不完全一致120100）820基于测试结果，近、中点（RSRP=-60、-8 5d Bm），下行吞吐率在通道不平衡度超过15dB开始出现3%5%轻微损失，随不平衡程度拉大到2 5dB时损失放大到50%，即与SISO持平；（5）总结。错层MIMO是改动量小、造价低、有一定增益的传统室分5G升级方案，其主要限制条件是场景的匹配度，要尽小的不平衡度才能实现最佳的增益。3结语经过2 0 2 1年的全面建设，国内县城以上5G宏站连续覆盖已基本实现，下阶段室内覆盖的补充将会是重点工作，如何发挥好原有室分系统的资源，场景化建设5G室分系统是后续网络规划建设的重点。本文通过理论分析及大量测试数据，对未来的传统室分5G升级工作提供了建议：（1)对于单路DAS升级场景，功分器/耦合器/蘑菇头天线/馈线等无源器件影响有限，可以超频使用，对于低容量场景可直接5G信源馈入方式升级；（2)半有源传统室分改造方案当前技术成熟度和成本并无优势，建议小场景下酌情使用；（3）错层MIMO方案能提升部分场景下的用户体验，但受限两层不平衡度影响，差异较大，需因地制宜。总而言之，根据场景和容量等价制度维度，平衡体验和成本，选择最合适的方案，规划和建设最合适的室内覆盖网络。参考文献：1刘向东.浅谈5G时代传统图书营销渠道的拓展.中国编辑,2 0 2 2(0 4):7 7-8 1.2陈鹏.5G背景下广电业务竞争策略研究D.南京邮电大学,2 0 2 0.3 王福秋.5G时代体育短视频生产传播的媒介趋向与引导机制研究J.体育与科学,2 0 2 0,41(0 6):55-59+8 7.4】王波.5G时代传统图书馆面临的挑战、机遇及应对策略J.图书馆研究,2 0 2 0,50(0 1):2 9-35.5兰国帅,郭倩,魏家财,杨喜玲,于亚萌,陈静静.5G+智能技术：构筑“智能+时代的智能教育新生态系统J.远程教育杂志,2 0 19,37(0 3):3-16.204OdB5dB1OdB15dB20dB25dBm30dB35dB-60-85RSRP(dBm)图6 错层MIMO测试结果-100