5G“前夜”,室内数字化覆盖如何担当网络“主角”?

100000+ 2018-06-19 20:02 通信世界

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5G组网标准的出炉,

正式拉开了5G商用序幕。

在5G“前夜”,

室内覆盖仍然是网络覆盖的难点和重点。

在传统DAS系统无法承担5G室内覆盖的情况下,

有源室分系统等数字化室内覆盖方案,

将如何担当5G室内覆盖的重要手段?

与4G时代类似,5G时代70%以上的新业务将发生在室内。因此,无线网络覆盖从室外走向室内覆盖、精细化管理运营备受关注。5G主要工作于3.5GHz、4.9GHz和高频段,传统DAS的无源器件无法支持,且5G频段在馈线环节传输损耗太大,传统DAS系统在面向5G演进时已经出现巨大的瓶颈,业务发展和用户体验需求呼唤技术变革,有源室分系统等具有多种技术优势的数字化室内覆盖方案因此成为5G时代运营商室内覆盖必由之路。

早在2016年底中国移动就要求新建室内场景的90%用数字化室内覆盖方案。中国电信2017年下半年发布室内建网标准,要求支持5G演进能力。中国联通也要求未来建设数字化室内覆盖。华为、爱立信、诺基亚、中兴、大唐等系统设备商以及传统的DAS厂商,都在向数字化室内覆盖方案前进。


5G时代,传统DAS遭遇困境

目前运营商解决室内覆盖的主要方案为建设室内无源分布式天线系统(DAS),传统DAS方案具有成熟度高的特点,设计阶段考虑充分全面,后期新增网络可通过直接合路完成网络覆盖,具有简单有效且具备良好的兼容性等优点,同时也存在以下缺点。

在大中型室分场景中,馈线、无源器件、天线数量多,施工安装难度大,对快速覆盖和隐蔽覆盖实现难度大,发生问题或故障后整改难度较大;多网共用分布系统时,多系统隔离需依赖无源器件完成,一旦使用不合格无源器件,容易出现系统干扰;传统DAS难以保证LTE MIMO双路平衡,新建站点的节点多,设计、施工难以保证双路平衡,改造站点新建一路利旧一路方案由于早期方案缺失、器件老化及物业协调等原因进行LTE改造更难保证双路平衡;馈线、无源器件、天线都是哑设备,无法主动发现故障,且排查难度大;系统安装完成后,如果遇到搬迁或拆除等情况,馈线及器件拆除工作量大,难以完全利旧复用。

而在5G即将到来的现在,室内系统能否支持5G网络,平滑演进至5G,已经成为衡量室内覆盖方案的关键。遗憾的是,目前DAS系统支持的最高频段为2.7GHz左右,无法支持5G网络。所以为了适应5G的需求,运营商也必将重视室内数字化覆盖方案的建设。


室内数字化覆盖方案规模发展

为了解决传统室分系统存在的问题,以及考虑未来的技术演进,运营商开始重视室内数字化覆盖解决方案的建设,目前运营商室内数字化覆盖方案主要包括有源室分系统和飞基站(即企业级Femto)等。

飞基站即企业级Femto,为运营商提供了一种低成本的公共场所室内覆盖解决方案。一体化皮基站的设备集成了基带单元和射频单元,一台设备即为单个基站。飞基站目前国内主要厂家包括飞峰、博威、中兴、三元达、大唐等。

飞基站具有体积小、重量轻、即插即用、自配置、易于安装和维护等优点。设备可以安装在墙面上,不需要建设机房,增加了网络部署的灵活性,降低了站点租赁费用,实现站点快速补盲、吸热。一体化皮基站可以通过PON网络直连核心网EPC,也可以通过网关接入。飞基站组网特点如下。

面积不可过大,单台覆盖面积1500平方米以内,建议面积100~800平方米;用户数不可过多,高峰4G用户数在100人以内;场景业务量较高且需要重点保障,提高投资效益;部署设备不可过多,单个场景1~2台设备;减少或避免穿墙损耗,覆盖15平方米左右,最多考虑穿透一堵墙。

结合飞基站覆盖能力、设备容量、组网结构等方面分析,建议飞基站应用于营业厅、SOHO、封闭/半封闭会议室等中小型室内场景的部署、补盲或热点分流。

有源室分系统由基带单元(BBU)、扩展单元和远端单元组成,基带单元与扩展单元通过光纤连接,扩展单元与远端单元通过网线或光电复合缆连接,是一种新型室内覆盖解决方案。有源室分系统各厂家设备情况见表1。

表1  有源室分系统主要厂家设备情况

厂家

名称

系统架构

远端输出功率/mW

LTE输出功率/dBm

华为

Lampsite系统

BBU+RHub+pRRU

125

-10.8

中兴

Qcell系统

BBU+P-Brige+Pico RRU

125

-10.8

爱立信

DOT

BBU+IRU+Dot

125

-10.8

诺基亚

FZC+FZAP

FZC+二层交换机+FZAP

125

-10.8

以华为的LampSite为例,其由BBU、RHub和pRRU组成。如图所示,通过光纤连接BBU、RHub,实现对移动通信基带信号的室分主干层传递,在平层通过网线或光纤接入pRRU,实现末端室分覆盖。其中RHub和pRRU体积小、重量轻,支持多模演进,软件实现小区分裂,监控到末端天线。RHub可安装在机柜、机架和机箱(占1U空间),也可挂墙安装;pRRU可安装在室内墙面、室内天花板、吊顶扣板上。

图  LampSite解决方案组网

根据有源室分系统的技术特点及现网实际工程应用情况,其具有以下特点。新增系统方便,可利旧原系统,网络可平衡升级至5G,兼容性强;光纤/网线传输,设备美化,施工协调简单,可吊顶或挂墙安装;单台设备支持MIMO,速率提升显著。户话务贡献能力高(单用户话务贡献能力是无源室分系统的1.2~1.6倍,单位面积话务贡献业务是无源室分系统的1.16~18倍),用户体验好(下行速率近8~13倍于无源室分系统,上行速率3~5倍于无源室分系统);分布式皮基站可通过软件实现小区合并、分裂,灵活地应对容量变化;与宏站共网管,系统监控无盲区,可快速准确定位系统、设备故障,方便运维。

结合有源室分系统技术特点、覆盖能力、网络兼容性、设备容量分析,有源室分系统可广泛应用于大中型室内场景(交通枢纽、写字楼、商场、大型场馆、医院、校园等)或重要场景(政府机关等)。


室内数字化覆盖方案
实际工程效果及商用情况

飞基站由于其覆盖能力、设备容量、组网结构等特性,主要用于封闭/半封闭等小型场景的部署、补盲或热点分流。目前主要在部分运营商商用,在未来5G时代主要作为室内覆盖的补充手段。有源室分系统和传统DAS的技术特点及现网实际工程应用情况对比分析见表2。

表2  有源室分系统与传统DAS对比分析


有源室分系统

传统DAS

5G兼容性

较差

可通过软件/硬件升级平滑支持5G系统

传统DAS支持的频率范围仅800MHz~2.7GHz,不支持5G系统

组网方案

一般

利用光缆或网线完成信源至拓展单元,以及拓展单元至天线覆盖点的连接,组网方案简单

采用传统射频分配模式,组网方案较复杂

工程实施

较方便

较麻烦

在信源至拓展单元之间,以及拓展单元至有源天线覆盖点之间。取消了部分或全部馈线及无源器件连接模式,用相应光纤、电源线、网线替代,工程实施难度较低(电源取电和布放也会影响施工进度)

需要大量的馈线及无源器件,特别在主干层及平层没有良好布线环境的情况下,工程建设难度大

安全可靠

相对较好

较好

取消了大量馈线及无源器件,大幅减少了可能引发问题的故障点数量。同时有源设备全部是明设备网管可以监控。但有源器件的长期工作耐久性及指标一致性不如无源器件稳定

无源器件一般不容易出现性能下降的问题,只要规范可靠连接,且器件质量良好,可以确保长期稳定质量。但是前三级器件在长时间工作后,容易老化,性能降低

维护网优

较好

一般

不再是哑设备,可监控,利于排障维护。但是有源信源点较多,有源故障率和有源维护量将有所增加。同时设备、器件数量大幅减少,利于维护排障

日常维护量少,但是无源器件发生故障,由于是哑设备哑系统,无法监控,排障难度大

投资效益

在适用场景中,投资效益佳

在中小型场景中,投资效益较佳

在普通建设场景中,投资效益一般

在大型及复杂建设场景中,投资效益一般

直接取消了主干层的馈线及无源器件,同时减少了原本布设这些馈线及器件的集成商。在规模使用的情况下,设备的单价会逐步下降

在中小型场所,有源室分系统新增分布式设备总费用会高于传统馈线及无源器件,但是在用户难以协调室分改造或者新选大型复杂室分场景的情况下,传统DAS不如有源室分系统

实施速度

较快

较慢

省略了主干馈线、无源器件及平层的大部分馈线、无源器件连接,建设速度很快。大型小区一般2~5天全部建完

传统方案复杂的馈线及无源器件产品,建设速度慢,大型小区一般10~15天才能建完。

搬迁拆除利旧

较差

全部设备都可以拆除利旧,如果主干层光缆无法拆除利旧,损失也很小

主干层的馈线、无源器件很难拆除利旧,平层馈线、器件拆除利旧也不是很方便。

现网系统兼容性

较好

WLAN都是末端合路支持为主;

LTE天然支持双流MIMO,无需室分改造

WLAN都是末端合路或独立放装型为主;LTE双流MIMO需室分改造

主设备厂家的分布系统需要共址同厂家兼容

通过替换合路器及分布系统改造,正常支持2G/3G/4G系统兼容

灵活实现多频段多制式的应用要求,频段与制式灵活实现转换,满足不同阶段的部署要求

只要天馈系统及无源器件频段支持,可以透传支持所有移动通信制式,不存在系统整体替换或升级问题

由表2可知,有源室分系统方案除长期工作的可靠性方面仍需时间观察验证,以及在中小型建设场景中投资效益稍逊传统DAS外,在5G兼容性、组网方案、工程实施、维护网优等各方面都优于传统DAS。

由于有源室分系统的各种优点,现网已大量部署,其网络性能稳定,可以满足运营商的网络建设质量和容量的需求。在国内运营商已现网部署及计划开始的室内覆盖中,大量采用有源分布系统,尤其是大型场馆、交通枢纽、高等院校、大型商场等所有高价值高流量区域新建的室内覆盖系统场景。


室内数字化覆盖方案覆盖建设成本

有源室分系统具有与5G兼容、施工方便、速率高、用户感知好、可视可控等优势,是运营商在5G时代的主要室内覆盖方案。之前有源室分系统造价较高,成为规模推广的主要阻碍,在近1~2年运营商大力推动下,各厂家的造价下降30%左右,有源室分系统造价差距已与传统DAS逐渐缩小。

通过对已经部署有源室分系统的综合造价调研,在实现相同覆盖效果的前提下,各个典型场景有源室分系统相对于传统无源室分系统的造价系数在1~1.3之间:机场、车站、体育馆、展览馆等开阔场景两者造价基本持平,写字楼、办公楼、高校教学楼等隔断较多场景造价对比造价系数接近1.3。

未来随着有源室分系统规模的扩大,其造价可能在现有基础上进一步降低。而且相对传统DAS,有源室分可以灵活增加新系统(造价约第一套的45%)且和即将到来的5G有良好的适应性和可升级性,有源室分系统是未来室内覆盖建设的趋势。


未来,
室内数字化方案是网络发展的主角

目前,运营商新建的室内覆盖系统,以室内数字化方案为主。此外,由于DAS的无源器件支持最高频段为2.7GHz左右无法支持5G网络(主要工作于3.5GHz和4.9GHz),此外,过高的频段在馈线中传输损耗太大,因此传统DAS无法承担5G室分覆盖的重任。有源室分系统具有施工方便、速率高、用户感知好、可视可控、与5G兼容的优势,是运营商在5G时代的主要室分覆盖方案。

同时,运营商出于网络设备利用,投资效率等因素的考虑,以及5G主要作为容量吸收层会与4G长期共存,因此原有DAS系统不会很快拆除。此外,DAS室内覆盖系统在电梯、地下停车场、城中村等低流量场景仍具有重要的地位,未来仍将作为4G室内低流量场景补盲的室内覆盖手段存在。

因此,在5G商用进程推动下,有源室分系统必然到规模发展时期,在未来一段时间室内数字化方案将与DAS共存,在新建室内覆盖尤其是5G室内覆盖的规模上会取代曾经DAS在室内覆盖的地位。

在5G“前夜”,室内覆盖仍然是网络覆盖的难点和重点。在传统DAS系统无法承担5G室内覆盖的情况下,有源室分系统等数字化室内覆盖方案成为了5G室内覆盖的重要手段,由于其新增系统方便,平衡升级5G,施工快捷简单、速率高,小区合并分裂方便,可视可控等优势已在现网规模部署,未来在新建5G室内覆盖上会取代曾经DAS在室内覆盖的地位。但作为有源设备,长期稳定性可靠性仍需现网长时间观察验证,同时运维也需要注意供电、用电的安全。此外,有源室内分布系统在多运营商共建共享情况下的系统集成数量、干扰隔离等问题需厂商进一步研究提升。


作者:中通服咨询设计研究院有限公司

贝斐峰  李新

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标签: 担当  室内  主角  数字化  覆盖