廣角輻射型泄露電纜在城中村5G室內(nèi)覆蓋的研究與應(yīng)用

黃海東

【摘要】? ? 隨著5G的大規(guī)模商用，5G覆蓋需求由原來的室外道路覆蓋需求逐步轉(zhuǎn)向室內(nèi)深度覆蓋。5G相比于4G，所用的頻段更高，同樣條件下信號衰減更大，建設(shè)成本更高，以城中村為例，城中村由于其樓宇密集、樓間距窄小等原因，常規(guī)宏站的信號往往無法達到室內(nèi)深度覆蓋。而采用常規(guī)無源分布DAS系統(tǒng)存在造價高、施工難等困難，通過建設(shè)常規(guī)室分手段并不現(xiàn)實。因此，探索一種可以有效解決城中村等密集居民區(qū)場景的低成本5G室內(nèi)覆蓋方案顯得尤為迫切和重要。本文以城中村場景為例，研究廣角輻射型泄露電纜在城中村5G室內(nèi)覆蓋的建設(shè)方式，效果完全符合預期目標，為后續(xù)5G室內(nèi)覆蓋大規(guī)模建設(shè)提供一種方向。

【關(guān)鍵詞】? ? 廣角輻射型泄漏電纜? ? 城中村? ? 5G室內(nèi)覆蓋? ? 低成本

引言：

現(xiàn)有5G室內(nèi)覆蓋主要通過無源分布DAS系統(tǒng)、數(shù)字化有源分布系統(tǒng)兩大方式進行解決。而城中村這類密集居民區(qū)場景往往存在樓宇密集、樓間距窄小等特點，常規(guī)室分建設(shè)方式，存在造價高、施工難度大等突出問題，通過建設(shè)常規(guī)室分手段并不現(xiàn)實;數(shù)字化有源分布系統(tǒng)經(jīng)常遇到進場難、投資大的問題。針對以上遇到的問題，嘗試其他低成本的、可實施的創(chuàng)新5G室內(nèi)覆蓋方案很有必要。在4G室內(nèi)覆蓋中，地鐵和隧道等狹長的場景難以通過傳統(tǒng)DAS覆蓋，往往會使用到廣角輻射型泄漏電纜。在此思路的啟迪下，積極探索廣角輻射型泄漏電纜在5G室內(nèi)場景的應(yīng)用，根據(jù)城中村密集型居民小區(qū)具體場景研究討論了一種新的解決方案，為后續(xù)5G室內(nèi)覆蓋大規(guī)模建設(shè)提供一種方向。

一、泄漏電纜工作原理及分類

（一）泄漏電纜工作原理說明

泄漏電纜也叫做泄漏同軸電纜（Leaky Coaxial Cable），它的基本構(gòu)成與普通的同軸電纜基本是上相同的，主要組成部分包括內(nèi)導體和絕緣介質(zhì)、周期性開孔的外導體以及最外層的電纜護套4部分，如下圖1所示。通過外導體縱長方向，以一定的間隔和不同形式開槽的方式，這樣做的好處是既可以讓電磁波在縱向傳輸?shù)臅r候通過槽孔向輻射到外界環(huán)境，又能夠讓外部的電磁場信號通過已開孔的槽位感應(yīng)到泄漏電纜內(nèi)部，從而到達電磁波信號的發(fā)射和接收的目的。所以，泄漏電纜不但具備傳輸線的功能，同時也具備收發(fā)天線的功能，既是饋線，同時也是天線。

（二）泄漏電纜的分類

按漏泄電纜工作原理的區(qū)別，可以將漏泄電纜分為三種基本類型：包括耦合型（CMC）、輻射型（RMC）以及漏泄型（LSC）。

耦合型（CMC）：耦合型有很多不同的結(jié)構(gòu)形式，常見的一種做法是在電纜的外導體上開一串連續(xù)的槽或者是開一排規(guī)則間距的小孔，這樣電磁場就可以通過小孔衍射進行激發(fā)電纜外導體外部電磁場。

輻射型（RMC）：輻射型的做法是在外導體上開一排相等間距而且連續(xù)的小孔，小孔間距大概跟半個工作波長一致，這樣做的好處是只有在特定的槽孔排列方式以及特定的工作頻段，在槽孔處才能夠?qū)崿F(xiàn)電磁信號的同相疊加。

漏泄型（LSC）：漏泄型的開槽方式跟輻射型是相似的，不同的地方是漏泄型的外導體間隔著泄漏段和非泄漏段。泄漏段起著天線的作用，只有很小一部分能量轉(zhuǎn)換為輻射能。非泄漏段起著饋線的作用，跟普通的同軸線類似。

二、廣角輻射型泄露電纜

（一）廣角輻射型泄漏電纜的設(shè)計工藝

普通泄漏電纜的輻射角度往往是比較小的，輻射角度大約為70°～80°，這種設(shè)計對于隧道等狹長環(huán)境是比較合適的，但對于其他覆蓋場景來說，就會存在一定的覆蓋盲區(qū)。而廣角泄漏電纜是針對普通漏泄電纜來說的，通過特殊的槽孔設(shè)計方式，能夠大幅增加信號輻射角度，廣角型泄漏電纜的輻射角大約170°。

（二）廣角輻射型泄漏電纜在5G室內(nèi)覆蓋方案探索

當前業(yè)界常用的1/2"和7/8"型廣角泄漏電纜可支持800-3700MHz，可支持2G/3G/4G/5G頻段。

根據(jù)接收信號強度的計算方式，接收場強的計算公式如下：

接收場強=漏纜對應(yīng)的信號功率-漏纜的空間損耗-耦合的損耗-其他損耗;

應(yīng)用在5G室內(nèi)覆蓋的廣角輻射型漏纜主要是基于7/8″漏纜的基礎(chǔ)上進行研發(fā)的，結(jié)合漏纜的空間衰耗公式進行計算，得到7/8"廣角輻射型漏纜在不同頻段下的衰耗對比，具體見表1。

由以上測試數(shù)據(jù)可知，在7/8″漏纜改造成的廣角輻射型泄漏電纜是能夠應(yīng)用在5G室內(nèi)覆蓋中的。

（三）廣角輻射型泄露電纜改造雙路

泄漏電纜實現(xiàn)密集居民小區(qū)4 G室內(nèi)覆蓋的應(yīng)用在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，具有成本低、施工方便、隱蔽性好、覆蓋效果優(yōu)等特點。但以往4G泄漏電纜均為單流效果，而對于5G，單流無法實現(xiàn)MIMO效果，體驗效率將會大打折扣，無法發(fā)揮出5G的大帶寬優(yōu)勢。因此，本方案為滿足城中村5G室內(nèi)覆蓋需求，確保城中村用戶具備良好的業(yè)務(wù)體驗，同時兼顧投資效益和建設(shè)可行性，結(jié)合城中村建筑結(jié)構(gòu)及業(yè)務(wù)需求，在原有單路泄漏電纜的基礎(chǔ)上進行改造，通過改造原有單路泄露電纜，實現(xiàn)雙路泄漏電纜的5G室內(nèi)覆蓋方案，完成5G室內(nèi)深度覆蓋的同時實現(xiàn)上下行吞吐量的有效提升，發(fā)揮出5G的MIMO效果。

三、廣角輻射型泄露電纜在城中村5G室內(nèi)覆蓋實施案例

（一）測試環(huán)境

為了驗證廣角輻射型泄露電纜在城中村密集場居民區(qū)場景的實際效果，選擇了新塘仔北城中村進行了試點。新塘仔北城中村位于茂名市區(qū)高涼南路旁邊，為典型的城中村結(jié)構(gòu)。其計劃覆蓋面積約3萬平方米，東西走向，共5排樓，住宅樓約9層高，區(qū)域內(nèi)樓宇之間相隔較近，村內(nèi)部樓宇之間由于受到上下兩側(cè)樓宇的阻擋，整個城中村受周邊高樓阻擋，造成城中村內(nèi)部信號被遮擋，信號覆蓋嚴重不足。

（二）測試方案

1.整體方案設(shè)計。測試采用2×160W RRU作為信源，在每一條小巷中布放泄露電纜，泄漏電纜沿小巷呈平行進行布放，使信號通過窗戶、陽臺均勻滲透進室內(nèi)，實現(xiàn)室內(nèi)5G深度覆蓋。該方案把傳播信號與輻射信號集中一起，可大大減少無源器件和天線的使用數(shù)量，易于施工，同時可大幅降低造價。

2.設(shè)備配置。茂名新塘仔北城中村5G整體規(guī)劃1個BBU，1個2×160W RRU。

3.容量配置。茂名新塘仔北城中村采用2.6G頻段（100MHz）組網(wǎng)，共配置1個小區(qū)，配置1個100M載波。

4.小區(qū)規(guī)劃。茂名新塘仔北城中村總體規(guī)劃1個小區(qū)，頻段采用N41，主頻點設(shè)置為513000，小區(qū)帶寬100MHz，子幀配比8：2，特殊子幀配比6：4：4。茂名茂南區(qū)河東街道新塘仔北D-HRW小區(qū)參數(shù)表見表2。

5.測試方案。為更加精確、全面地評估廣角輻射型泄露電纜對于城中村密集區(qū)域的覆蓋效果，測試驗證內(nèi)容上分為覆蓋測試和吞吐量測試。

覆蓋測試進行覆蓋遍歷DT（Drive Test，路測），從城中村排與排之間按順序進行遍歷測試，并抽取部分樓宇進行室內(nèi)測試，以便于評估覆蓋效果。

吞吐量測試采用近、中、遠點單用戶吞吐量測試，同時增加改造雙路前后的測試對比，以便驗證改造成為雙路泄露電纜后的MIMO效果以及對于上下行吞吐量的提升情況。

（三）測試結(jié)果

采用NR 100MHz帶寬組網(wǎng)配置，通過雙路泄漏電纜實現(xiàn)MIMO效果，提升上下行吞吐量，并對比單路泄漏電纜及雙路泄漏電纜實測效果，為雙路泄漏電纜在城中村密集居民區(qū)場景5G室內(nèi)深度覆蓋提供參考建議。

覆蓋測試情況：根據(jù)實測數(shù)據(jù)，測試終端在漏纜正上方時平均RSRP為-60 dBm，主覆蓋信號可靠;終端離漏纜3米時平均RSRP為-86dBm;終端離漏纜6米平均RSRP為-104 dBm，干擾控制較好。本次驗證以單優(yōu)標準RSRP為-105dBm作為覆蓋電平要求。

根據(jù)遍歷測試情況，所測整體平均RSRP從-106.3dBm提升至-84.5dBm，提升幅度達到21.8dB;平均SINR從7.3提升至18.2，提升幅度達到10.9dB;DT遍歷測試整體覆蓋率可達到99.53%（RSRP≥-105&SINR≥-3），而開通前整個城中村覆蓋率只有17.58%，相比于開通前只有周邊宏站覆蓋的情況下提升效果明顯。從遍歷測試的情況看，廣角輻射型泄露電纜可有效解決狹窄、擁擠的城中村5G室內(nèi)覆蓋問題。主要遍歷測試指標及提升幅度情況見表3。

吞吐量測試情況：對于單用戶，近點和中點的測試出來的吞吐量性能比較好，具體來看，近點上下行吞吐量測試情況最理想，基本上可以穩(wěn)定或者接近峰值速率水平，但是遠點速率下降較為明顯。同時改造成雙路泄露電纜后，近、中、遠點均實現(xiàn)吞吐量的提升，雙路泄漏電纜在近點測試時的下行平均速率基本上可以達到單路泄漏電纜測試時的 2.7倍左右，中點和遠點處測試時的下行平均速率基本也可達到單路泄漏電纜的 1.7～2.0倍;雙路泄漏電纜在近、中、遠點上行平均速率可達到0.6～2.1倍。

從近、中、遠點單路泄露電纜及改造成為雙路泄露電纜的測試數(shù)據(jù)對比來看，雙路泄漏電纜對于城中村密集區(qū)域上下行速率均有明顯的提升，整體來看，雙路泄露電纜基本可以實現(xiàn) MIMO 增益效果。單用戶雙路泄漏電纜定點吞吐量提升幅度見表4。

（四）投資造價及工期對比

廣角輻射型泄露電纜采用2通道RRU + 泄漏電纜的方案實現(xiàn)城中村密集居民區(qū)5G室內(nèi)覆蓋方案造價約為2通道RRU + 傳統(tǒng)DAS覆蓋方案造價（傳統(tǒng)DAS需增加大量的吸頂天線、功分器、耦合器等無源器件）的 30%，相較于常規(guī)室分建設(shè)手段，廣角輻射型泄露電纜方案的建設(shè)成本更低、建設(shè)工期更短，可有效降低建設(shè)投入成本和建設(shè)時間成本。

另外，廣角輻射型泄露電纜在保持隔離度的情況下改造成為雙路泄露電纜，雙路造價高于單纜約10%～20%，但不管上行還是下行，由于增加了MIMO效果，性能提升明顯，相比于單路泄漏電纜方案，是具備更高性價比的方案。

通過采用2通道RRU + 廣角輻射型泄漏電纜實現(xiàn)城中村密集居民區(qū)5G室內(nèi)覆蓋方案，可實現(xiàn)低成本、覆蓋優(yōu)的效果。

工期方面，由于減少天線布放等環(huán)節(jié)，直接布放泄漏電纜，且由于減少大量吸頂天線、功分器耦合器等無源器件，施工更加簡單和方便，更加有利于協(xié)調(diào)進場，工期可有效提升80%以上。

四、結(jié)束語

城中村這類密集居民區(qū)場景由于其樓宇密集、樓間距窄小等原因，常規(guī)宏站的信號往往無法達到深度覆蓋，另一方面，傳統(tǒng)室內(nèi)覆蓋技術(shù)中使用到大量的耦合器、功分器、接頭和天線等器件，存在進場協(xié)調(diào)難、施工難度大、造價高等問題，急需一種能夠解決5G室內(nèi)深度覆蓋難題以及降低建設(shè)投資與維護成本的部署方案。

新型雙路漏泄電纜可以有效解決類似城中村這類多排一字型較為規(guī)整的場景的5G室內(nèi)覆蓋需求，同時也適用于單排一字型、回字形結(jié)構(gòu)場景，尤其可以解決造價成本高、城中村難以施工、協(xié)調(diào)進場難度大等多個痛點，為后續(xù)的5G室內(nèi)覆蓋進行大規(guī)模建設(shè)提供一種方向。

參? 考? 文? 獻

[1]張儒申，許浩，李辰.廣角輻射型泄漏電纜在5G室內(nèi)分布中的研究與應(yīng)用[J].電信科學，2020，36（S1）：75-80.

[2]羅小紅.廣角輻射型泄漏電纜在室內(nèi)5G覆蓋中的應(yīng)用[J].通信與信息技術(shù)，2019（04）：37-40.

[3]何川俠，路宏敏，官喬，趙能武.一種新型雙側(cè)漏泄同軸電纜輻射特性分析[J].微波學報，2019，35（01）：55-59.

[4]周杭.漏泄電纜功能分析及其選擇要素——漏纜在地鐵無線通信中的運用[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2007（04）：31-35+1.