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5G室内网络部署还面临着四大挑战

4G建网初期,室内覆盖收集主要以无源DAS规划为主,其具备频段扩展性强、建网资源低等上风,然则其大年夜部分为单路系统,收集容量偏低,且不具备可视化运维和室内定位能力。为了满意包括交通枢纽、运动场馆、会展中间等高容量场景需求,4G建网中期引入了散播式皮基站,其收集容量高,且具备可视化运维和室内定位能力,然则其建网资源偏高。为了低落收集资源,4G建网后期引入了扩展型皮基站和一体化皮基站,其收集容量和建网资源适中。4G期间室内覆盖主要规划如表1所示,每种规划都有着实用处景及各自特征。

表1 4G室分覆盖主要规划

5G室内覆盖面临的四大年夜寻衅

当前,5G室内覆盖面临诸多寻衅,本文从频谱、资源、财产、收集等维度,阐发5G室内收集支配面临的四大年夜寻衅,剖析5G室内收集演进的驱动力。

一是频率选择。以中国移动为例,中国移动5G频段包括2.6GHz和4.9GHz。假如室内和室外均采纳2.6GHz频段,在室内浅层区域存在同频滋扰问题,导致收集机能下降。假如室内采纳4.9GHz频段,虽然同频滋扰问题不存在了,但4.9GHz比拟2.6GHz的链路损耗增大年夜6-10dB。是以,中国移动在频段选择上面临着2.6GHz同频滋扰,4.9GHz损耗较高的寻衅。

二是设备资源激增。比拟于4G室分设备而言,5G设备在事情频段、载波带宽、通道数量和发射功率方面均有大年夜幅提升。如表2所示,事情频段从2.3GHz提升至2.6GHz;载波带宽从20MHz提升至100MHz,双载波模式下总带宽达160MHz;散播式皮基站的通道数从2通道提升至4通道,扩展型皮基站依然是2通道;无源室分的单通道发射功率从20W提升至100W~160W(双载波),有源室分的单通道发射功率从0.125W提升至0.25W~0.4W(双载波)。综合斟酌上述4个方面的身分,在5G室分建网初期,设备资源将会较大年夜幅度增长。

表2 5G室分设备关键指标演进(比拟于4G)

三是财产成熟度有待提升。5G无源室分系统必要大年夜功率两通道RRU设备,今朝单通道160W功率放大年夜器和收发开关器件财产尚不成熟。虽然部分厂家推出了采纳多拼功率放大年夜器和级联收发开关实现规划,然则其机能及功耗均有待进一步提升。白盒小站是5G有源室分的技巧成长趋势之一,今朝财产界以X86 CPU+FPGA实现规划为主,存在着功耗过大年夜,资源较高问题。虽然部分芯片厂家计划推动ASIC(专用集成电路)规划,以低落设备功耗及实现资源,然则研发进度必要进一步加快。

四是室内专网存在差异化需求。大年夜部分垂直行业利用发生在室内情况,对付室内专网将提出差异化需求,包括低时延、高上行、高靠得住及室内定位等,对付室分设备、收集优化、组网要领等都提出了全新要求。此外,室内公网与室内专网的结合要领,2.6GHz和4.9GHz应用策略等问题尚需深入钻研。

5G室内覆盖收集需精细化扶植

5G室内场景根据容量需求可以划分为覆盖场景、体验场景和容量场景,三类场景对应着不合的详细需求。如图1所示,覆盖场景对付收集速度/容量需求低,可吸收CAPEX和OPEX值低,5G室分收集以1T1R为主;体验场景对付收集速度/容量需求适中,可吸收CAPEX和OPEX值适中,5G室分收集以2T2R为主;容量场景对付收集速度/容量需求高,可吸收CAPEX和OPEX值高,5G室分收集以4T4R为主。三类室内场景均必要具备可视化运维、室内定位、弱覆盖阐发、人流量阐发、易于扩展和弹性扩容等基础能力。

图1  5G室内覆盖收集差异化场景及需求阐发

5G无源室分覆盖规划

因为无源室分覆盖规划在2G、3G和4G期间被广泛应用,运营商拥有规模宏大年夜的无源室分收集资本。据不完全统计,中国移动现网中存量无源室分天线约1亿面,利旧现有根基举措措施是运营商扶植5G收集的高效手段,仅需在无源室分系统信源处增添5G NR信源即可,扶植资源和扶植周期最低。根据调研数据,运营商现网中无源室分收集最早可以追溯到2005年,在网运行已达15年。一方面阐明无源室分系统具备经久稳定事情及后续演进能力,另一方面阐明大年夜部分无源室分系统已经超期服役。对付不支持2.6G NR的无源室分站点,可以经由过程室分整改调换部分无源器件和室分天线。对付确有高流量需求的站点,可以新建更高容量的室分系统。

对付新建场景和具备进级改造前提的利旧场景,可以采纳5G无源室分覆盖规划,如图2所示。相较于传统无源室分而言,新规划重点办理了无源室分经久存在的故障弗成监控问题,同时供给室内定位能力,保留了低资源、低功耗、易于扩展等上风。

图2  5G无源室分覆盖规划

5G有源室分覆盖规划

5G有源室分覆盖规划与4G规划基础维持同等,如图3所示,由三级布局组成,包括BBU、Hub和RF Unit。从BBU设计规划角度划分,有源室分可以分为基于X86 CPU架构的扩展型皮基站和基于ASIC架构的散播式皮基站。从RF Unit支持模式角度划分,有源室分可以划分为5G单模设备和2G/4G/5G多模设备。有源室分覆盖规划上风在于具备弹性扩容能力,满意以高效园区和会展中间为代表的收集容量需求大年夜或潮汐效应显着的室内覆盖场景需求,并且具备精细化人流量阐发能力。

图3 5G有源室分覆盖规划

5G交融组网覆盖规划

5G交融组网覆盖规划结合了无源室分的低资源、低功耗、易于扩展等上风,和有源室分弹性扩容能力上风,同时还可以供给人流量阐发、弱覆盖阐发、室内定位和可视化运维能力。第一代交融组网覆盖规划如图4的左图所示,4通道散播式皮基站作为信源,其输出射频旌旗灯号颠末4功分器后两两合并,再分手接入8副双极化天线,可供给下行双流速度体验能力。第二代交融组网覆盖规划如图4的右图所示,4通道散播式皮基站作为信源,其输出射频旌旗灯号颠末蓝牙网关内置功分器后实现四路合一起,再经由过程四合一集束1/6线缆外接8副4T4R有源室分天线,可供给下行四流速度体验能力。

5G交融组网覆盖规划具备三大年夜上风。

一是安装便利,因为采纳外拉无源室分天线,皮基站作为信源无需外置于天花板外,其安装位置选择加倍机动,可低落安装资源和美化资源。

二是机动演进,当通信制式更迭或者频谱变化时,交融室分规划仅必要替换少量的皮基站,功分器、室分天线、射频馈线均可以复用,迭代和演进的机动性更高。

三是共建共享,在为多家运营商客户供给通信办事时,交融室分规划只必要在信源处安装各家设备,经由过程合路器、功分器和室分天线即可实现共建共享的目标。

图4 5G交融组网覆盖规划

三种室分覆盖规划比较阐发

根据上面的阐发,三种室分覆盖规划综合比较结果如图5所示。此中无源室分覆盖规划在CAPEX、OPEX、易于扩展方面上风显着,有源室分覆盖规划在eMBB、弹性扩容和人流量阐发方面上风显着,交融组网覆盖规划的各项指标均位于无源和有源室分覆盖规划中心,综合上风显着。

图5  三种覆盖规划比较阐发

5G室内覆盖收集需智能化演进

5G期间,运营商营业工具从ToC为主转向ToC和ToB并重。在探索全新商业模式历程中,运营商必要聚焦于自身的核心上风资本。

根据国际运营商转型的成功履历,全新营业领域具备以下4个特征:一是该领域营业已经形成了规模化需求,覆盖用户数浩繁,可以发挥运营商的规模化上风;二是该领域营业必要必然的资产投入,可以发挥运营商已有的重资产上风;三是该领域营业必要将线上和线下相结合,可以发挥运营商的实体渠道上风;四是该领域营业必要“高信誉度”,可以发挥运营商的优越社会认知度。

运营商拥有规模宏大年夜的室内覆盖收集,基于该收集上风更易于探索出全新的数字化营业领域。然则,现有室分网路末尾节点仅仅具备移动通信能力,无法支撑运营商拓展全新的数字化营业领域。接下来将分手先容两种室分网路末尾节点的智能化演进思路:AaaS和SmartBox。

智能化演进思路一:AaaS

AaaS(Antenna as a Service:天线即办事)是一种室内通信收集全新观点,将定位网、物联网和通信网深度交融,形成室分故障监控、室内弱覆盖阐发、室内精准定位、精准营销和物联信息采集五大年夜核心能力。

基于AaaS平台的室内定位规划如图6所示,蓝牙定位信标与无源室分天线实现一体化集成,蓝牙信标发射的定位参考旌旗灯号耦合到室分天线振子内并发射出去。蓝牙网关接入到室内通信收集中,一方面经由过程功分器/耦合器为室分天线内部集成的蓝牙信标供电,另一方面时候监控蓝牙信标的事情状态。蓝牙信标经由过程赓续发送携带自身MAC地址的广播信息给终端实现精准定位办事,为了避免该广播信息被盗用,蓝牙网关会按期改动室分天线内部蓝牙信标的MAC地址。

基于AaaS平台的物联采集规划如图7所示,室内传感器将采集到的信息(例如:温湿度值、烟雾报警)以广播包形式对外发送,无源室分天线内置蓝牙信标接管到周围蓝牙传感器发送的广播包信息,并将其经由过程功分器/耦合器回传至蓝牙网关,蓝牙网关将包孕传感器数据的信息传输至云平台进行数据解析,终极出现出每个传感器检测到的种种室内情况信息。

基于AaaS平台,未来还可以在有源室分末尾的皮基站内部集成无线充电模块,办理现有无线充电技巧间隔短的问题,还可以集成可见光通信模块,提升运营商收集通信办事速度。

图 6 基于AaaS平台的室内定位规划

图 7 基于AaaS平台的物联采集规划

智能化演进思路二:SmartBox

SmartBox是面向“数字孪生城市”的室内通信收集全新观点。“数字孪生城市”作为聪明城市观点的新思路,意在将真什物理城市的全量数据进行动态继续映射到虚拟模型中,从而供给全新的区域性治理模式,进而催生诸如城市聪明工业、城市筹划仿真等新的技巧利用。

中国信通院宣布的《数字孪生城市钻研申报(2019年)》白皮书中提出了数字孪生城市三横两纵的总体架构,“三横”包括新型根基举措措施、智能运行中枢、聪明利用体系,“两纵”包括城市安然防线、标准规范,在聪明城市的根基上对技巧覆盖范围和超级利用提出了更高要求。室内情况是信息互换最为频繁的场景,未来势必有更多的感知设备利用于室内情况。蜂窝网、局域网、短距通信等多种通信制式共存,造成信息采集的难度和资源大年夜幅增添。Smart Box作为新型根基举措措施的紧张环节之一,意在实现室内3GPP和非3GPP协议数据的全量采集功能。

SmartBox的连接关系如图8所示,与4G/5G等3GPP协议数据一样,SmartBox将外部智能设备的数据采集至运营商的室分系统,该数据经由过程BBU、核心网传输至各自营业平台进行处置惩罚。SmartBox则经由过程POE接口对外部智能设备进行直流供电和参数设置设置设备摆设摆设。SmartBox可以接入包括蓝牙信标、摄像头、ZigBee传感器、UWB基站在内的多种通信制式设备,具有机动的扩展性。

SmartBox一方面赞助运营商有效地拓展了室内数据采集范畴,另一方面也办理了非3GPP协议设备在利用历程中存在的3个痛点。

在物业施工方面,运营商具备多年施工扶植和物业和谐履历,且SmartBox和外部智能设备可以跟皮基站一同进场施工安装,节省了智能设备的施工资源。

在设备供电方面,大年夜多半非3GPP协议的智能设备采纳电池供电或POE供电,前者会限定续航能力,后者必要零丁支配较长的网线。Smart Box经由过程POE接口可以为外部智能设备供给稳定的直流供电能力。

在数据回传方面,SmartBox为接入设备供给统一的IP数据回传通道,依托于5G收集的传输资本上风,可以供给稳定靠得住的高数据量传输能力。

图 8 SmartBox平台

5G室内覆盖面临着事情频段升高、设备资源激增、财产链成熟度不够和需求差异化等多重寻衅,必要根据覆盖、容量、资源等需求进行精细化扶植,同时推动系列化产品研发以及低资源交融室分利用。为了拓展室内全新营业领域,运营商必要依托室分收集资本上风开展智能化技巧演进,积极打造包括AaaS和SmartBox在内的室内新型根基举措措施。

责任编辑;zl

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