5G网络室内覆盖系统的解决方案解析

Labs 摘要

5G 网络具备室内外同频组网和室外宏站深度覆盖能力增强等特点，同时，室内网络频段及覆盖方式的变化，都会对室内覆盖的性能产生影响。本文从 5G 室内覆盖性能分析出发，针对室内覆盖网络面临的室内外同频干扰和传统室分升级等问题进行分析，给出了 5G 室内覆盖网络规划升级时需要重点解决问题的建议。

4G 时代，室内已经成为用户业务的主要区域。进入 5G 时代，智慧家庭、智能工厂和 AR/VR 等超过 70%的 5G 应用发生于室内，加之用户业务需求的增长，室内网络将成为运营商 5G 网络具备竞争优势的主战场。5G 室外宏站采用 64T64R 大规模天线，宏站深度覆盖能力较 4G 进一步提升，同时室内外同频组网，宏站对室内覆盖系统的同频干扰问题成为 5G 室内覆盖面临的新问题。5G 深度覆盖采用何种建设方式，已建设大量的室内分布系统能否直接升级，室内外同频组网是否对室内覆盖系统性能产生影响等问题，都成为 5G 室内覆盖需要关注的核心问题。

本文基于对传统室分系统升级至 5G，以及分布式皮基站等新型室分系统的性能进行分析，发现并提出了室分系统升级中需要关注的问题，室内外同频干扰对室内性能的影响，并对 5G 室内分布系统规划提出了指导性建议，在 5G 建网初期对室内深度覆盖网络的建设提出了指导。

1 5G 室内覆盖系统性能分析

1.1 传统室分升级至 5G 性能分析

目前，传统 DAS 系统在室内覆盖系统中的占比约为 90%以上，传统室分直接合路 5G 信源，快速实现 5G 覆盖是 5G 网络建设的方案之一。

如果采用传统室分直接升级的方式进行 5G 建设，可直接安装 5G RRU 和更换支持 5G 全频段的合路器，即可实现 5G 的升级。传统室分直接升级，需要室分系统无源器件的工作频段支持 2.6GHz。据统计，2015 年之后入网的室分系统，器件均可支持 2.6GHz 频段，具备直接升级的基础。

本节选取已建设双路室分的场景进行 5G 与 LTE 在单路和双路条件下的性能对比测试。单路室分进行 5G 升级时，LTE 与 5G 的性能对比分析结果如图 1 所示。从测试结果可以看出，该测试场景下，LTE 单路系统下行峰值速率约 50Mbit/s，边缘区域的下行速率约为 25Mbit/s，上行峰值速率约 10Mbit/s，边缘区域的上行速率约 3Mbit/s。通过信源馈入的方式直接升级至 5G 后，下行峰值速率可达 400Mbit/s，边缘区域的下行速率约为 150Mbit/s，上行峰值速率为 60Mbit/s，边缘区域的上行速率约为 5Mbit/s。从测试结果可以看出，单路系统直接升级至 5G 后，性能得到较大幅度的提升，仅在上行边缘区域，受信号质量的影响，性能提升并不明显。

图 1  5G NR 单路室分性能测试结果分析

在已有测试场景下进行双路合路，实现 5G 的 2*2MIMO 双路室分，并进行 LTE 与 5G 在双路情况下的性能对比测试。采用 SA 模式的 2T4R 终端，5G 双路系统下行峰值速率约 800Mbit/s，边缘区域的下行速率约为 200Mbit/s，上行峰值速率约 120Mbit/s，边缘区域的上行速率约 10Mbit/s。

从下图 2 的测试结果可以看出，对比单路系统，双路系统升级到 5G 后的性能均有大幅度提升，相比 LTE 终端采用 1T2R，5G 上行边缘速率也有明显的提升。

图 2  5G NR 双路室分性能测试结果分析

1.2 新型室分与传统室分性能对比

5G 室内覆盖系统主要有单路室分、2T2R 和 4T4R 共 3 种不同的方式，本节主要对比了传统单路室分、2*2MIMO 的传统室分和 4T4R 新型室分 3 种类型的室内覆盖性能。

图 3 新型室分与传统室分性能对比分析

图 3 针对 3 种不同的方式进行对比分析，4T4R 方式上行平均速率约 90Mbit/s，下行平均速率约 750Mbit/s，上行边缘速率 50Mbit/s，下行边缘速率约 350Mbit/s，在性能上有较大的提升。

由于运营商在 5G NR 帧结构配置中的差异等因素，双路 MIMO 系统合路与 4T4R 数字化室分在下行性能的差异相对较小，但 MIMO 合路系统上行与 4T4R 数字化室分的差异明显，且帧结构配置的差异使竞对的 4T4R 上行也有一定的性能提升，上行速率将成为室内覆盖中的瓶颈。

2 5G 室内覆盖系统面临的主要问题

2.1 室内外同频干扰对室内覆盖性能影响

5G 室内外均采用 2.6GHz 进行组网，同频组网引入干扰问题，尤其在室外宏站加载的情况下，对室内性能的影响需要在 5G 室内深度覆盖网络建设初期充分考虑。

选择 4T4R 分布式皮基站部署的室内场景进行室内外同频干扰测试与分析，在室内覆盖设备开启且室外宏站空载的情况下，室内下行速率均值在 609Mbit/s，室外宏站 50%加扰的情况下，室内下行速率均值降至 438Mbit/s，平均容量损失在 28.1%，如表 1 所示。

表 1 室外空扰 / 加扰情况下的室内性能分析

室内与室外不同电平差情况下，驻留室内用户的速率分布图如图 4 所示。根据统计分析，在室内与室外信号电平差在 -5dB 以上时，室外 50%加载情况下速率损失达到 44%，室内与室外信号电平差在 0~5dB 时，室内用户容量损失在 30%，室内与室外信号电平差在 5~10dB 时，室内用户性能损失可降低至 20%以下。室内外同频组网，室外对室内的性能产生较大影响，尤其是室外信号强度高于室内信号时，性能损失在 40%以上。为保证室内用户性能，室内覆盖网络的信号强度要满足室内电平高于室外电平 6dB，才能保证室内用户性能损失在 20%以内。

图 4 室内外电平差对室内性能影响分析

2.2 传统室分升级可行性分析

5G 室内采用 2.6GHz 频段，相比 LTE 采用 2.3GHz 频段，功分器、耦合器的直通端、天线的插损在 2.6G 频段和 2.3G 频段基本相当，差值在 0.01dB 左右，影响极小，耦合器的耦合端存在 1.41dB 损耗，1/2 馈线百米损耗 2.6G 相比 2.3G 高 1.4dB。7/8 馈线百米损耗 2.6G 相比 2.3G 高 0.9dB。同时，考虑到墙体损耗和空间损耗等的差异，理论评估 2.6GHz 相比 2.3GHz 的损耗差异约 4.2dB，通过空口覆盖性能测试对比分析，实际测试的空口差异均值约 4.6dB，分析数据如表 2 所示。

表 2  LTE 与 NR 空口覆盖效果对比分析

基于分析结果进行 4G/5G 性能对比分析，按照 4G MR 覆盖要求 RSRP 大于 -110dBm 采样点比例大于 90%进行估计，针对传统室分合路场景，要保证 5G 的覆盖达到 4G 水平，4G MR 覆盖率必须满足 RSRP 大于 105dBm 的采样点比例高于 90%。

2.3 双通道不平衡对 5G 性能影响

对于已部署 LTE 双路室分的系统，可进行 5G NR 直接升级，本节主要分析双通道不平衡对 5G NR 性能的影响。如图 5 所示，双通道差异 5dB 时性能损失速率约 20%，双通道差异 10dB 时性能平均损失速率约 30%，远点性能损失更大。因此，为保证 5G 性能，采用双路 DAS 系统建设时，应至少保证双路之间的电平差在 5dB 以内。

图 5 双通道不平衡对 5G NR 性能影响分析

对于 LTE 网络，采用 Rank2 占比对双通道的平衡性进行评估，如表 3 所示。当双通道差异为 0dB 时，Rank2 占比为 76%，双通道差异 5dB 时，Rank2 占比为 60%左右，当双通道差异进一步增大时，Rank2 的占比进一步降低，对网络性能产生较大影响，因此，可采用 Rank2 的占比对双通道平衡性进行评估。

表 3 室外空扰 / 加扰情况下的室内性能测试对比分析

经过分析，若已有双路室分，在进行双路室分升级时，可对双路系统中 LTE 的 Rank2 占比进行测试，当 Rank2 的占比低于 60%时，双路不平衡对 5G NR 性能影响超过 20%。因此，在进行已有双路室分合路 5G 时，需要先进行双路平衡性改造。

3 结束语

5G 室内覆盖性能相比 LTE 提升明显，采用 4T4R 新型设备下行性能相比竞对具备优势，但上行性能成为瓶颈。同时，室外同频干扰成为影响室内网络性能的关键因素，为保证室内覆盖性能损失不超过 20%，在进行室内覆盖规划时，应规划室内信号高于宏站信号 6dB 以上。目前，90%的室内场景已部署了传统室分，在进行 5G 升级时，应考虑与 LTE 系统覆盖性能的差异，以及 MIMO 系统双通道平衡性对性能的影响。在进行 5G 升级前，首先开展传统室内分布系统质量评估，只有 LTE 室分系统满足覆盖要求且双通道电平差小于 5dB 要求，直接进行 5G 升级才能保证网络性能，满足后续 5G 业务等需要。

编辑：hfy