5G室內(nèi)覆蓋性能及關(guān)鍵問(wèn)題分析
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(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)頻段及覆蓋方式的變化，都會(huì)對(duì)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(duì)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(jí)等問(wèn)題進(jìn)行分析，給出了5G室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃升級(jí)時(shí)需要重點(diǎn)解決問(wèn)題的建議。
4G時(shí)代，室內(nèi)已經(jīng)成為用戶業(yè)務(wù)的主要區(qū)域。進(jìn)入5G時(shí)代，智慧家庭、智能工廠和AR/VR等超過(guò)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(zhǎng)，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)將成為運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的主戰(zhàn)場(chǎng)。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(jìn)一步提升，同時(shí)室內(nèi)外同頻組網(wǎng)，宏站對(duì)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的同頻干擾問(wèn)題成為5G室內(nèi)覆蓋面臨的新問(wèn)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(jí)，室內(nèi)外同頻組網(wǎng)是否對(duì)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)性能產(chǎn)生影響等問(wèn)題，都成為5G室內(nèi)覆蓋需要關(guān)注的核心問(wèn)題。
本文基于對(duì)傳統(tǒng)室分系統(tǒng)升級(jí)至5G，以及分布式皮基站等新型室分系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)并提出了室分系統(tǒng)升級(jí)中需要關(guān)注的問(wèn)題，室內(nèi)外同頻干擾對(duì)室內(nèi)性能的影響，并對(duì)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(duì)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(jí)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(shí)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(jí)的方式進(jìn)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(shí)現(xiàn)5G的升級(jí)。傳統(tǒng)室分直接升級(jí)，需要室分系統(tǒng)無(wú)源器件的工作頻段支持2.6GHz。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jí)的基礎(chǔ)。
本節(jié)選取已建設(shè)雙路室分的場(chǎng)景進(jìn)行5G與LTE在單路和雙路條件下的性能對(duì)比測(cè)試。單路室分進(jìn)行5G升級(jí)時(shí)，LTE與5G的性能對(duì)比分析結(jié)果如圖1所示。從測(cè)試結(jié)果可以看出，該測(cè)試場(chǎng)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(guò)信源饋入的方式直接升級(jí)至5G后，下行峰值速率可達(dá)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(cè)試結(jié)果可以看出，單路系統(tǒng)直接升級(jí)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(hào)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(cè)試結(jié)果分析
在已有測(cè)試場(chǎng)景下進(jìn)行雙路合路，實(shí)現(xiàn)5G的2*2MIMO雙路室分，并進(jìn)行LTE與5G在雙路情況下的性能對(duì)比測(cè)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(cè)試結(jié)果可以看出，對(duì)比單路系統(tǒng)，雙路系統(tǒng)升級(jí)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(cè)試結(jié)果分析
1.2 新型室分與傳統(tǒng)室分性能對(duì)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(duì)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(duì)比分析
圖3針對(duì)3種不同的方式進(jìn)行對(duì)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(yùn)營(yíng)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(duì)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(jìng)對(duì)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(wèn)題
2.1 室內(nèi)外同頻干擾對(duì)室內(nèi)覆蓋性能影響
5G室內(nèi)外均采用2.6GHz進(jìn)行組網(wǎng)，同頻組網(wǎng)引入干擾問(wèn)題，尤其在室外宏站加載的情況下，對(duì)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(chǎng)景進(jìn)行室內(nèi)外同頻干擾測(cè)試與分析，在室內(nèi)覆蓋設(shè)備開(kāi)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。
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(jì)分析，在室內(nèi)與室外信號(hào)電平差在-5dB以上時(shí)，室外50%加載情況下速率損失達(dá)到44%，室內(nèi)與室外信號(hào)電平差在0~5dB時(shí)，室內(nèi)用戶容量損失在30%，室內(nèi)與室外信號(hào)電平差在5~10dB時(shí)，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(duì)室內(nèi)的性能產(chǎn)生較大影響，尤其是室外信號(hào)強(qiáng)度高于室內(nèi)信號(hào)時(shí)，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(hào)強(qiáng)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(duì)室內(nèi)性能影響分析
2.2 傳統(tǒng)室分升級(jí)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(shí)，考慮到墻體損耗和空間損耗等的差異，理論評(píng)估2.6GHz相比2.3GHz的損耗差異約4.2dB，通過(guò)空口覆蓋性能測(cè)試對(duì)比分析，實(shí)際測(cè)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(duì)比分析
基于分析結(jié)果進(jìn)行4G/5G性能對(duì)比分析，按照4G MR覆蓋要求RSRP大于-110dBm采樣點(diǎn)比例大于90%進(jìn)行估計(jì)，針對(duì)傳統(tǒng)室分合路場(chǎng)景，要保證5G的覆蓋達(dá)到4G水平，4G MR覆蓋率必須滿足RSRP大于105dBm的采樣點(diǎn)比例高于90%。
2.3 雙通道不平衡對(duì)5G性能影響
對(duì)于已部署LTE雙路室分的系統(tǒng)，可進(jìn)行5G NR直接升級(jí)，本節(jié)主要分析雙通道不平衡對(duì)5G NR性能的影響。如圖5所示，雙通道差異5dB時(shí)性能損失速率約20%，雙通道差異10dB時(shí)性能平均損失速率約30%，遠(yuǎn)點(diǎn)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(shí)，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(duì)5G NR性能影響分析
對(duì)于LTE網(wǎng)絡(luò)，采用Rank2占比對(duì)雙通道的平衡性進(jìn)行評(píng)估，如表3所示。當(dāng)雙通道差異為0dB時(shí)，Rank2占比為76%，雙通道差異5dB時(shí)，Rank2占比為60%左右，當(dāng)雙通道差異進(jìn)一步增大時(shí)，Rank2的占比進(jìn)一步降低，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生較大影響，因此，可采用Rank2的占比對(duì)雙通道平衡性進(jìn)行評(píng)估。
表3 室外空擾/加擾情況下的室內(nèi)性能測(cè)試對(duì)比分析
經(jīng)過(guò)分析，若已有雙路室分，在進(jìn)行雙路室分升級(jí)時(shí)，可對(duì)雙路系統(tǒng)中LTE的Rank2占比進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)Rank2的占比低于60%時(shí)，雙路不平衡對(duì)5G NR性能影響超過(guò)20%。因此，在進(jìn)行已有雙路室分合路5G時(shí)，需要先進(jìn)行雙路平衡性改造。
3、結(jié)束語(yǔ)
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(jìng)對(duì)具備優(yōu)勢(shì)，但上行性能成為瓶頸。同時(shí)，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(guò)20%，在進(jìn)行室內(nèi)覆蓋規(guī)劃時(shí)，應(yīng)規(guī)劃室內(nèi)信號(hào)高于宏站信號(hào)6dB以上。目前，90%的室內(nèi)場(chǎng)景已部署了傳統(tǒng)室分，在進(jìn)行5G升級(jí)時(shí)，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(duì)性能的影響。在進(jìn)行5G升級(jí)前，首先開(kāi)展傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)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(jìn)行5G升級(jí)才能保證網(wǎng)絡(luò)性能，滿足后續(xù)5G業(yè)務(wù)等需要。
【本文為51CTO專欄作者“移動(dòng)Labs”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者】
