（2022 年江蘇省通信學(xué)會(huì)“華蘇杯”論文征集評(píng)優(yōu)三等獎(jiǎng)）基于中國電信、中國聯(lián)通存量室內(nèi)分布系統(tǒng)“雙錯(cuò)層”改造實(shí)現(xiàn)NR2.1G Rank4 組網(wǎng)

王 卿 張文淵 朱曉夢 金 天

中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司常州市分公司

0 引言

根據(jù)目前無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，中國電信、中國聯(lián)通（以下簡稱“電聯(lián)”）應(yīng)用于室內(nèi)5G 覆蓋的主要頻段為NR3.5G、NR2.1G，而中國移動(dòng)應(yīng)用于室內(nèi)5G 覆蓋的主要頻段為NR2.6G。電聯(lián)和移動(dòng)的存量室內(nèi)覆蓋基本都采用無源室內(nèi)分布系統(tǒng)的方案，在理想情況下，如果能把5G RRU 直接合路到原來的室內(nèi)分布系統(tǒng)上，就可以快速提供室內(nèi)5G 信號(hào)。

分析前期本地室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)情況，受限于產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，電聯(lián)的存量無源室內(nèi)分布系統(tǒng)均不支持3.5G頻段，但可以支持2.1G頻段。

為了快速解決存室內(nèi)5G 信號(hào)的“有無”問題，中國移動(dòng)的許多存量無源室內(nèi)分分布系統(tǒng)可以直接合路NR2.6G，電聯(lián)也可以直接合路NR2.1G。然而，在目前看來，用戶業(yè)務(wù)行為以下行業(yè)務(wù)為主的現(xiàn)狀下，電聯(lián)NR2.1G 無線下行頻寬無法和移動(dòng)NR2.6G 抗衡。而且，中國移動(dòng)于2021 年度已經(jīng)開始對(duì)不支持2.6G 頻段的存量室內(nèi)分布系統(tǒng)進(jìn)行重建。

綜上，電聯(lián)存量無源室分直接合路NR2.1G RRU 后，5G業(yè)務(wù)感知對(duì)標(biāo)將會(huì)明顯劣于移動(dòng)。而無線網(wǎng)絡(luò)競爭是典型的規(guī)模效應(yīng)競爭，電聯(lián)5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模只有在大范圍內(nèi)跟移動(dòng)可比時(shí)，才會(huì)形成用戶口碑，確保5G 業(yè)務(wù)良性發(fā)展。

1 可行性方案

為了解決存量室內(nèi)場景中普遍存在的5G 對(duì)標(biāo)劣勢，需要根據(jù)實(shí)際情況制定可行的解決方案。

1.1 常規(guī)方案

目前的常規(guī)方案為兩種：重建支持3.5G 頻段的無源室分系統(tǒng)；新建3.5G 有源室分系統(tǒng)。

1.1.1 優(yōu)勢

信號(hào)覆蓋均勻：根據(jù)樓宇現(xiàn)有裝修格局重建，針對(duì)性覆蓋，實(shí)現(xiàn)主要區(qū)域的信號(hào)均勻覆蓋。

確保對(duì)標(biāo)優(yōu)勢：根據(jù)場景重要性以及移動(dòng)重建方案，針對(duì)性確定覆蓋方案，提升網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢。

1.1.2 劣勢

協(xié)調(diào)難度大：重建平層分布系統(tǒng)會(huì)嚴(yán)重影響存量樓宇內(nèi)業(yè)主和物業(yè)的正常工作秩序，施工協(xié)調(diào)難度較大。

施工難度大：室分系統(tǒng)重建時(shí)，在主干和平層的弱電橋架內(nèi)要布放大量無源器件或饋電復(fù)合纜，然而存量樓宇捏多數(shù)存在橋架內(nèi)空間資源不足的情況，導(dǎo)致室分重建的施工難度很大。

安全風(fēng)險(xiǎn)高：室分重建時(shí)，施工人員施工時(shí)，由于樓內(nèi)現(xiàn)有強(qiáng)弱電線纜復(fù)雜，情況不明，存在安全隱患。

理想點(diǎn)位缺：室分重建時(shí)，由于施工操作難度大，原來的天饋系統(tǒng)難以拆除，導(dǎo)致理想的天線點(diǎn)位常常會(huì)被原有的天線占據(jù)。

資金壓力大：如果全量室分樓宇，資金投入十分龐大，以常州本地網(wǎng)規(guī)模為例進(jìn)行估算，如果重建方案都采用單天饋的無源室分，按照現(xiàn)網(wǎng)3000 棟樓宇估算，按照平均每幢樓室分系統(tǒng)建設(shè)造價(jià)6 萬元進(jìn)行折算，常州本地網(wǎng)共需投入1.8億元（不含信源）；如果按照雙通道無源室分系統(tǒng)或者5G 有源室分方案進(jìn)行重建，資金投入會(huì)繼續(xù)飆升2 到4 倍。

1.2 本研究提出的方案

針對(duì)常規(guī)解決方案的局限性，本研究提出了一種新的解決思路，即電聯(lián)存量室內(nèi)分布系統(tǒng)“雙錯(cuò)層”改造實(shí)現(xiàn)NR2.1G四通道組網(wǎng)。

在大部分重要場景的樓宇中，中國電信、中國聯(lián)通都各自部署了一套無源室分系統(tǒng)，一般都是單通道結(jié)構(gòu)，即：一條豎直主干+每個(gè)樓層一條平層分布。其中，電聯(lián)各自的平層分布系統(tǒng)上的天線點(diǎn)位一般都相鄰布放。本研究提出的思路是通過少量改造工作，讓電聯(lián)各自產(chǎn)權(quán)的存量室分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙通道分布的效果，進(jìn)而在共享室分系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)四通道分布的效果。

首先在電聯(lián)雙方已各自完成傳統(tǒng)無源室分系統(tǒng)的樓宇內(nèi)，對(duì)雙方系統(tǒng)分別進(jìn)行“奇偶錯(cuò)層”改造，電信產(chǎn)權(quán)的無源室分系統(tǒng)“奇偶錯(cuò)層”改造完成后，形成兩條主干，這兩條主干分別連接電信原來的平層分布，其中一條主干連接所有的奇數(shù)樓層的平層分布，另一條主干連接偶數(shù)樓層的平層分布；聯(lián)通產(chǎn)權(quán)的無源室分系統(tǒng)“奇偶錯(cuò)層”改造方案一致，如圖1所示。

圖1 電聯(lián)雙錯(cuò)層四通道網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

“雙錯(cuò)層”改造完成后，電聯(lián)存量無源室分系統(tǒng)就形成了4 條主干，將這4 條主干分別接入4T4R NR2. 1G RRU 的4個(gè)射頻端口，將RRU 數(shù)據(jù)配置為四通道開通后，5G 終端可以同時(shí)接收到“當(dāng)前樓層天線+相鄰樓層天線”這些不同樓層天線發(fā)射的無線信號(hào)，假設(shè)當(dāng)前樓層是偶數(shù)樓層，那么：（1）當(dāng)前樓層天線發(fā)射的無線信號(hào)屬于“偶數(shù)”樓層的“中國電信天線”和“中國聯(lián)通天線”；（2）相鄰樓層天線發(fā)射的無線信號(hào)主要來自上一樓層天線，屬于“奇數(shù)”樓層的“電信天線”和“聯(lián)通天線”。

也就是說，5G 終端可以至少同時(shí)接收到“兩路偶數(shù)樓層天線+兩路奇數(shù)樓層天線”發(fā)射的無線信號(hào)，如圖1 所示。兩路偶數(shù)樓層天線分別屬于電信、聯(lián)通的平層分布，這兩路分布分別上聯(lián)到NR2. 1G RRU（4T4R RRU）的其中兩個(gè)射頻端口；兩路奇數(shù)樓層天線也分別屬于電信、聯(lián)通的平層分布，分別上聯(lián)到NR2.1G RRU 的另外兩個(gè)射頻端口。即：5G 終端可以同時(shí)接收到NR2. 1G RRU 的A、B、C、D 這四個(gè)射頻端口的無線信號(hào)。室內(nèi)樓宇的無線環(huán)境中，由于隔墻、家具等物體的客觀存在，透射、繞射、反射等無線傳播行為導(dǎo)致無線多徑分量比較豐富，并且，室內(nèi)終端用戶在室內(nèi)移動(dòng)速度較慢，因此，當(dāng)A、B、C、D 四個(gè)射頻端口的無線信號(hào)在室內(nèi)樓宇同時(shí)傳播時(shí)，比較容易形成四個(gè)相關(guān)性較低的無線數(shù)據(jù)通道，從而可以讓5G 終端享受到四通道無線數(shù)據(jù)傳播效果。

2 雙錯(cuò)層試點(diǎn)

常州電聯(lián)根據(jù)站點(diǎn)協(xié)調(diào)情況，最終選擇了“常州市武進(jìn)中醫(yī)醫(yī)院新綜合大樓”作為試點(diǎn)站址。綜合大樓是2019 年底啟用的，大樓整體較新，主要功能區(qū)域?yàn)殚T診區(qū)、手術(shù)區(qū)和住院區(qū)，本次試點(diǎn)是在住院區(qū)的部分樓層實(shí)施。

2.1 試點(diǎn)站址存量室分系統(tǒng)概況

綜合大樓住院區(qū)是大樓的5-19 層，電聯(lián)存量室分系統(tǒng)均已采用奇偶錯(cuò)層的方案進(jìn)行布放，那么電聯(lián)兩家的存量室分資源用來給NR2.1G 共享合路時(shí)，擁有的分布資源就是：弱電井內(nèi)共計(jì)有4 條獨(dú)立主干、平層上共計(jì)有2 路獨(dú)立分布。

仔細(xì)對(duì)比電聯(lián)存量室分方案以及現(xiàn)場天線點(diǎn)位圖，我們發(fā)現(xiàn)電信的室分天線部署在病房內(nèi)吊頂上方（距離病房門約1米），而聯(lián)通的室分天線部署在走廊上吊頂上方。其中，病房內(nèi)距離房門大致在2米以內(nèi)，吊頂材質(zhì)是帶蜂窩孔的金屬板，其余部分均是石膏板；走廊吊頂?shù)牟馁|(zhì)是石膏板；病房門為金屬門，門上有一扇尺寸約為60*20cm 的透光玻璃。住院區(qū)每層中間為護(hù)士服務(wù)站，此區(qū)域的吊頂都是石膏板，中國電信和中國聯(lián)通的室分天線都部署在石膏吊頂上方。

2.2 試點(diǎn)實(shí)施簡述

對(duì)于電聯(lián)雙方存量室分覆蓋大樓住院區(qū)4G 信源的安裝位置，中國電信的4G 信源安裝在6 樓，中國聯(lián)通的4G 信源安裝在5 樓。本次試點(diǎn)采用的四通道5G 信源型號(hào)為華為RRU5916，射頻功率為4*80W。

RRU5916 安裝在6 樓弱電間，A、B 射頻端口輸出信號(hào)跟電信4G 信源輸出信號(hào)采用電橋進(jìn)行合路，合路后信號(hào)分別饋入電信室分系統(tǒng)的兩條奇偶主干內(nèi)，其中，RRU5916 射頻端口A 連接偶數(shù)樓層的電信平層分布，射頻端口B 連接奇數(shù)樓層的電信平層分布。

然后，從RRU5916 處垂直布放兩條1/2 饋線到5 樓弱電間內(nèi)聯(lián)通4G 信源處，這兩條饋線的一端分別連接RRU5916的射頻端口C、D，另一端也采用電橋跟聯(lián)通4G 信源輸出信號(hào)進(jìn)行合路，合路后信號(hào)分別饋入聯(lián)通室分系統(tǒng)的兩條奇偶主干內(nèi)，其中，RRU5916 射頻端口C 連接偶數(shù)樓層的聯(lián)通平層分布，射頻端口D 連接奇數(shù)樓層的聯(lián)通平層分布。

2.3 無線數(shù)據(jù)配置

受限于目前基站無線版本限制，本次試點(diǎn)的NR2.1G 只能配置上下行各20MHz 帶寬。無線小區(qū)信息如表1 所示。

表1 小區(qū)信息

2.4 無線信號(hào)測試

5G 設(shè)備開通后，我們對(duì)住院區(qū)樓層進(jìn)行了測試。測試終端為華為P40pro，測試軟件為華為PHU 和手機(jī)用戶常用的Speedtest，分析軟件為華為Probe。測試結(jié)果整理如表2 所示。

表2 測試結(jié)果

為了展現(xiàn)本次試點(diǎn)案例的效果，把DT、CQT 的平均下行速率、實(shí)測下行峰值速率跟NR2.1G 下行理論峰值（下行頻寬20MHz）進(jìn)行對(duì)比。其中，CQT 實(shí)測采用Speedtest 測速APP，該APP 在呈現(xiàn)每次測速結(jié)果時(shí)，剔除了最高10%和最低的30%的采樣點(diǎn)，因此Speedtest 每次呈現(xiàn)的測速結(jié)果相當(dāng)于是均值。在本案例中，CQT 全量均值是把住院區(qū)11 樓和12樓共計(jì)24 次Speedtest 測速下行速率結(jié)果進(jìn)行算術(shù)平均，CQT好點(diǎn)均值是取24 次中最高的Speedtest 測速下行速率結(jié)果。同時(shí)，DT 的實(shí)測下行峰值速率用Probe 軟件取11 樓和12 樓所有DT 采樣點(diǎn)中的最高實(shí)測下行速率。

DT、CQT 的平均下行速率、實(shí)測下行峰值速率跟NR2.1G下行理論峰值（下行頻寬20MHz）對(duì)比圖如圖2 所示。

圖2 NR2.1G DT、CQT 實(shí)測值和理論峰值對(duì)比

其中：（1）DT 下行速率均值相當(dāng)于是NR2.1G 理論峰值的57.6%，下行速率峰值相當(dāng)于是NR2.1G 理論峰值的92.5%；（2）CQT 下行全量采樣點(diǎn)速率均值相當(dāng)于是NR2. 1G理論峰值的62.7%，好點(diǎn)處的速率均值相當(dāng)于是NR2. 1G 理論峰值的79.2%。

DT、CQT 實(shí)測下行速率的均值，距離NR2. 1G 理論峰值下行速率還有一定差距，具備進(jìn)一步提升空間，需要找出導(dǎo)致此差距的問題所在。通過測試分析，問題定位為：由于電信平層分布在金屬吊頂上方，電信室分天線發(fā)射出來的無線信號(hào)穿透傳播到相鄰樓層時(shí)的傳播損耗較大，導(dǎo)致5G 終端的第四路無線信號(hào)接收?qǐng)鰪?qiáng)較弱，從而拉低了Rank4的實(shí)測速率。后續(xù)，雙錯(cuò)層方案在應(yīng)用于在非金屬吊頂室分場景，實(shí)測下行速率應(yīng)該會(huì)有較大的提升空間。

3 建設(shè)意義

3.1 節(jié)約建設(shè)成本

本研究主張的“雙錯(cuò)層”改造主干系統(tǒng)，然后合路4TR NR2.1G RRU，僅需要對(duì)垂直主干系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造工作量約為新建分布系統(tǒng)的3%，而且，如果重建室分一般都會(huì)選用支持3.5G 頻段的無源器件、天線以及更多7/8 饋線，建設(shè)成本將會(huì)更高。

因此，對(duì)于電聯(lián)雙方的存量樓宇，采用雙錯(cuò)層改造的方案部署NR2.1G 信號(hào)，相對(duì)于新建室分系統(tǒng)的NR 部署方案，將可以節(jié)省約95%的建設(shè)成本。

3.2 提高5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度

對(duì)存量樓宇進(jìn)行室分系統(tǒng)重建，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，協(xié)調(diào)難度很高，導(dǎo)致重建周期長。而本研究主張的雙錯(cuò)層改造方案，僅需要在弱電井道內(nèi)進(jìn)行施工，對(duì)樓宇內(nèi)人員正常工作生產(chǎn)影響小，協(xié)調(diào)難度低，可行性高，可快速推進(jìn)，實(shí)施周期短，可在短期內(nèi)提供5G 信號(hào)。

3.3 不影響現(xiàn)網(wǎng)覆蓋

電聯(lián)“雙錯(cuò)層”主干改造后，NR2.1G 的5G 信號(hào)共同承載在雙方的室分系統(tǒng)上，而電聯(lián)原來的4G 網(wǎng)絡(luò)仍然在各自分布獨(dú)立運(yùn)行，互不影響。

4 結(jié)束語

本研究提出了一種在雙通道室內(nèi)分布系統(tǒng)上進(jìn)行改造主干系統(tǒng)，然后用于5G 無線信號(hào)開通的新方案，對(duì)于中國電信、中國聯(lián)通雙方的存量樓宇而言，有著巨大的建設(shè)意義，能夠在盡量不影響電信聯(lián)通雙方現(xiàn)網(wǎng)覆蓋的情況下，經(jīng)濟(jì)、高效地實(shí)現(xiàn)5G 覆蓋。