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5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的解決方案解析

454398 ? 來源: 移動Labs ? 作者:梁童 賈輝 ? 2020-11-01 10:40 ? 次閱讀

Labs 摘要

5G 網(wǎng)絡(luò)具備室內(nèi)外同頻組網(wǎng)和室外宏站深度覆蓋能力增強等特點,同時,室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)頻段及覆蓋方式的變化,都會對室內(nèi)覆蓋的性能產(chǎn)生影響。本文從 5G 室內(nèi)覆蓋性能分析出發(fā),針對室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)面臨的室內(nèi)外同頻干擾和傳統(tǒng)室分升級等問題進行分析,給出了 5G 室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃升級時需要重點解決問題的建議。

4G 時代,室內(nèi)已經(jīng)成為用戶業(yè)務(wù)的主要區(qū)域。進入 5G 時代,智慧家庭、智能工廠和 AR/VR 等超過 70%的 5G 應(yīng)用發(fā)生于室內(nèi),加之用戶業(yè)務(wù)需求的增長,室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)將成為運營商 5G 網(wǎng)絡(luò)具備競爭優(yōu)勢的主戰(zhàn)場。5G 室外宏站采用 64T64R 大規(guī)模天線,宏站深度覆蓋能力較 4G 進一步提升,同時室內(nèi)外同頻組網(wǎng),宏站對室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的同頻干擾問題成為 5G 室內(nèi)覆蓋面臨的新問題。5G 深度覆蓋采用何種建設(shè)方式,已建設(shè)大量的室內(nèi)分布系統(tǒng)能否直接升級,室內(nèi)外同頻組網(wǎng)是否對室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響等問題,都成為 5G 室內(nèi)覆蓋需要關(guān)注的核心問題。

本文基于對傳統(tǒng)室分系統(tǒng)升級至 5G,以及分布式皮基站等新型室分系統(tǒng)的性能進行分析,發(fā)現(xiàn)并提出了室分系統(tǒng)升級中需要關(guān)注的問題,室內(nèi)外同頻干擾對室內(nèi)性能的影響,并對 5G 室內(nèi)分布系統(tǒng)規(guī)劃提出了指導(dǎo)性建議,在 5G 建網(wǎng)初期對室內(nèi)深度覆蓋網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提出了指導(dǎo)。

1 5G 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)性能分析

1.1 傳統(tǒng)室分升級至 5G 性能分析

目前,傳統(tǒng) DAS 系統(tǒng)在室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)中的占比約為 90%以上,傳統(tǒng)室分直接合路 5G 信源,快速實現(xiàn) 5G 覆蓋是 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的方案之一。

如果采用傳統(tǒng)室分直接升級的方式進行 5G 建設(shè),可直接安裝 5G RRU 和更換支持 5G 全頻段的合路器,即可實現(xiàn) 5G 的升級。傳統(tǒng)室分直接升級,需要室分系統(tǒng)無源器件的工作頻段支持 2.6GHz。據(jù)統(tǒng)計,2015 年之后入網(wǎng)的室分系統(tǒng),器件均可支持 2.6GHz 頻段,具備直接升級的基礎(chǔ)。

本節(jié)選取已建設(shè)雙路室分的場景進行 5G 與 LTE 在單路和雙路條件下的性能對比測試。單路室分進行 5G 升級時,LTE 與 5G 的性能對比分析結(jié)果如圖 1 所示。從測試結(jié)果可以看出,該測試場景下,LTE 單路系統(tǒng)下行峰值速率約 50Mbit/s,邊緣區(qū)域的下行速率約為 25Mbit/s,上行峰值速率約 10Mbit/s,邊緣區(qū)域的上行速率約 3Mbit/s。通過信源饋入的方式直接升級至 5G 后,下行峰值速率可達 400Mbit/s,邊緣區(qū)域的下行速率約為 150Mbit/s,上行峰值速率為 60Mbit/s,邊緣區(qū)域的上行速率約為 5Mbit/s。從測試結(jié)果可以看出,單路系統(tǒng)直接升級至 5G 后,性能得到較大幅度的提升,僅在上行邊緣區(qū)域,受信號質(zhì)量的影響,性能提升并不明顯。

圖 1 5G NR 單路室分性能測試結(jié)果分析

在已有測試場景下進行雙路合路,實現(xiàn) 5G 的 2*2MIMO 雙路室分,并進行 LTE 與 5G 在雙路情況下的性能對比測試。采用 SA 模式的 2T4R 終端,5G 雙路系統(tǒng)下行峰值速率約 800Mbit/s,邊緣區(qū)域的下行速率約為 200Mbit/s,上行峰值速率約 120Mbit/s,邊緣區(qū)域的上行速率約 10Mbit/s。

從下圖 2 的測試結(jié)果可以看出,對比單路系統(tǒng),雙路系統(tǒng)升級到 5G 后的性能均有大幅度提升,相比 LTE 終端采用 1T2R,5G 上行邊緣速率也有明顯的提升。

圖 2 5G NR 雙路室分性能測試結(jié)果分析

1.2 新型室分與傳統(tǒng)室分性能對比

5G 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)主要有單路室分、2T2R 和 4T4R 共 3 種不同的方式,本節(jié)主要對比了傳統(tǒng)單路室分、2*2MIMO 的傳統(tǒng)室分和 4T4R 新型室分 3 種類型的室內(nèi)覆蓋性能。

圖 3 新型室分與傳統(tǒng)室分性能對比分析

圖 3 針對 3 種不同的方式進行對比分析,4T4R 方式上行平均速率約 90Mbit/s,下行平均速率約 750Mbit/s,上行邊緣速率 50Mbit/s,下行邊緣速率約 350Mbit/s,在性能上有較大的提升。

由于運營商在 5G NR 幀結(jié)構(gòu)配置中的差異等因素,雙路 MIMO 系統(tǒng)合路與 4T4R 數(shù)字化室分在下行性能的差異相對較小,但 MIMO 合路系統(tǒng)上行與 4T4R 數(shù)字化室分的差異明顯,且?guī)Y(jié)構(gòu)配置的差異使競對的 4T4R 上行也有一定的性能提升,上行速率將成為室內(nèi)覆蓋中的瓶頸。

2 5G 室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)面臨的主要問題

2.1 室內(nèi)外同頻干擾對室內(nèi)覆蓋性能影響

5G 室內(nèi)外均采用 2.6GHz 進行組網(wǎng),同頻組網(wǎng)引入干擾問題,尤其在室外宏站加載的情況下,對室內(nèi)性能的影響需要在 5G 室內(nèi)深度覆蓋網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期充分考慮。

選擇 4T4R 分布式皮基站部署的室內(nèi)場景進行室內(nèi)外同頻干擾測試與分析,在室內(nèi)覆蓋設(shè)備開啟且室外宏站空載的情況下,室內(nèi)下行速率均值在 609Mbit/s,室外宏站 50%加擾的情況下,室內(nèi)下行速率均值降至 438Mbit/s,平均容量損失在 28.1%,如表 1 所示。

表 1 室外空擾 / 加擾情況下的室內(nèi)性能分析

室內(nèi)與室外不同電平差情況下,駐留室內(nèi)用戶的速率分布圖如圖 4 所示。根據(jù)統(tǒng)計分析,在室內(nèi)與室外信號電平差在 -5dB 以上時,室外 50%加載情況下速率損失達到 44%,室內(nèi)與室外信號電平差在 0~5dB 時,室內(nèi)用戶容量損失在 30%,室內(nèi)與室外信號電平差在 5~10dB 時,室內(nèi)用戶性能損失可降低至 20%以下。室內(nèi)外同頻組網(wǎng),室外對室內(nèi)的性能產(chǎn)生較大影響,尤其是室外信號強度高于室內(nèi)信號時,性能損失在 40%以上。為保證室內(nèi)用戶性能,室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的信號強度要滿足室內(nèi)電平高于室外電平 6dB,才能保證室內(nèi)用戶性能損失在 20%以內(nèi)。

圖 4 室內(nèi)外電平差對室內(nèi)性能影響分析

2.2 傳統(tǒng)室分升級可行性分析

5G 室內(nèi)采用 2.6GHz 頻段,相比 LTE 采用 2.3GHz 頻段,功分器、耦合器的直通端、天線的插損在 2.6G 頻段和 2.3G 頻段基本相當(dāng),差值在 0.01dB 左右,影響極小,耦合器的耦合端存在 1.41dB 損耗,1/2 饋線百米損耗 2.6G 相比 2.3G 高 1.4dB。7/8 饋線百米損耗 2.6G 相比 2.3G 高 0.9dB。同時,考慮到墻體損耗和空間損耗等的差異,理論評估 2.6GHz 相比 2.3GHz 的損耗差異約 4.2dB,通過空口覆蓋性能測試對比分析,實際測試的空口差異均值約 4.6dB,分析數(shù)據(jù)如表 2 所示。

表 2 LTE 與 NR 空口覆蓋效果對比分析

基于分析結(jié)果進行 4G/5G 性能對比分析,按照 4G MR 覆蓋要求 RSRP 大于 -110dBm 采樣點比例大于 90%進行估計,針對傳統(tǒng)室分合路場景,要保證 5G 的覆蓋達到 4G 水平,4G MR 覆蓋率必須滿足 RSRP 大于 105dBm 的采樣點比例高于 90%。

2.3 雙通道不平衡對 5G 性能影響

對于已部署 LTE 雙路室分的系統(tǒng),可進行 5G NR 直接升級,本節(jié)主要分析雙通道不平衡對 5G NR 性能的影響。如圖 5 所示,雙通道差異 5dB 時性能損失速率約 20%,雙通道差異 10dB 時性能平均損失速率約 30%,遠點性能損失更大。因此,為保證 5G 性能,采用雙路 DAS 系統(tǒng)建設(shè)時,應(yīng)至少保證雙路之間的電平差在 5dB 以內(nèi)。

圖 5 雙通道不平衡對 5G NR 性能影響分析

對于 LTE 網(wǎng)絡(luò),采用 Rank2 占比對雙通道的平衡性進行評估,如表 3 所示。當(dāng)雙通道差異為 0dB 時,Rank2 占比為 76%,雙通道差異 5dB 時,Rank2 占比為 60%左右,當(dāng)雙通道差異進一步增大時,Rank2 的占比進一步降低,對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生較大影響,因此,可采用 Rank2 的占比對雙通道平衡性進行評估。

表 3 室外空擾 / 加擾情況下的室內(nèi)性能測試對比分析

經(jīng)過分析,若已有雙路室分,在進行雙路室分升級時,可對雙路系統(tǒng)中 LTE 的 Rank2 占比進行測試,當(dāng) Rank2 的占比低于 60%時,雙路不平衡對 5G NR 性能影響超過 20%。因此,在進行已有雙路室分合路 5G 時,需要先進行雙路平衡性改造。

3 結(jié)束語

5G 室內(nèi)覆蓋性能相比 LTE 提升明顯,采用 4T4R 新型設(shè)備下行性能相比競對具備優(yōu)勢,但上行性能成為瓶頸。同時,室外同頻干擾成為影響室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素,為保證室內(nèi)覆蓋性能損失不超過 20%,在進行室內(nèi)覆蓋規(guī)劃時,應(yīng)規(guī)劃室內(nèi)信號高于宏站信號 6dB 以上。目前,90%的室內(nèi)場景已部署了傳統(tǒng)室分,在進行 5G 升級時,應(yīng)考慮與 LTE 系統(tǒng)覆蓋性能的差異,以及 MIMO 系統(tǒng)雙通道平衡性對性能的影響。在進行 5G 升級前,首先開展傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)質(zhì)量評估,只有 LTE 室分系統(tǒng)滿足覆蓋要求且雙通道電平差小于 5dB 要求,直接進行 5G 升級才能保證網(wǎng)絡(luò)性能,滿足后續(xù) 5G 業(yè)務(wù)等需要。

編輯:hfy

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