5G室内覆盖面临四大挑战，如何破？

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4g网络建设初期，室内覆盖网络主要基于无源das方案，具有频带可扩展性强、网络建设成本低的优点，但大多是单通道系统，网络容量低，缺乏可视化操作和室内定位能力。为满足交通枢纽、体育场馆、会议中心等大容量场景的需求，4g网络建设中期引入分布式皮肤基站，具有较高的网络容量、可视操作和室内定位能力，但网络建设成本较高。为了降低网络成本，在4g网络建设后期引入了扩展皮肤基站和综合皮肤基站，其网络容量和网络建设成本适中。4g时代的主要室内覆盖方案如表1所示，每个方案都有自己的适用场景和特点。

5G室内覆盖面临的四大挑战

目前，5g室内覆盖面临许多挑战。本文从频谱、成本、行业和网络等维度分析了5g室内网络部署面临的四大挑战和5g室内网络演进的驱动力。

首先，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两个频段，如果室内和室外都使用2.6ghz频段，室内浅部会存在相同的频率干扰，导致网络性能下降。如果在室内使用4.9ghz频段，虽然不存在同频干扰问题，但4.9ghz的链路损耗比2.6ghz高6-10db，因此，中国移动在频段选择上面临2.6ghz同频干扰和4.9ghz高损耗的挑战。

其次，设备成本激增。与4g室内设备相比，5g设备在工作频带、载波带宽、信道数和传输功率方面都有了很大的提高。如表2所示，工作频带已经从2.3千兆赫增加到2.6千兆赫；；载波带宽从20mhz提高到100mhz，双载波模式下总带宽达到160mhz；分布式皮肤基站的信道数量从2个信道增加到4个信道，扩展皮肤基站仍然是2个信道；无源舱的单通道发射功率从20w提高到100w ~ 160w(双载波)，有源舱的单通道发射功率从0.125w提高到0.25w~0.4w(双载波)。考虑到以上四个因素，5g机房网络建设初期设备成本将大幅增加。

第三，工业成熟度需要提高。5g无源房间子系统需要大功率双通道rru设备。目前，单通道160瓦功率放大器和收发开关器件行业还不成熟。虽然一些制造商已经引入了采用多级功率放大器和级联收发开关的实现方案，但是它们的性能和功耗还需要进一步提高。白盒小站是5g活动房的技术发展趋势之一。目前，业界主要采用x86cpu+fpga的实现方案，存在功耗过大、成本高的问题。虽然一些芯片制造商计划推广asic(专用集成电路)方案，以降低设备功耗和实现成本，但研发进度需要进一步加快。

第四，对室内专用网络有不同的需求。大多数垂直行业应用发生在室内环境，对室内专网将提出不同的要求，包括低延迟、高上行、高可靠性和室内定位，对室内设备、网络优化和组网方式也提出了新的要求。此外，室内公网和室内专网的结合以及2.6ghz和4.9ghz的使用策略需要进一步研究。

5g室内覆盖网络需要改进

5g室内场景根据容量需求可分为覆盖场景、体验场景和容量场景，三种场景对应不同的具体需求。如图1所示，覆盖场景要求较低的网络速度/容量，可接受的资本支出和运营支出值较低。5g机房子网主要是1t1r体验场景需要适中的网络速度/容量，可接受的资本支出和运营支出值适中。2t2r是5g机房的主网络；在容量场景中，对网络速度/容量的需求很高，可接受的资本支出和运营支出值也很高。5g房间子网主要是4t4r。所有三种类型的室内场景都需要基本的功能，如可视化操作和维护、室内定位、弱覆盖分析、流分析、易扩展和灵活扩展。

图15g室内覆盖网络差异化场景及需求分析

5g被动车厢覆盖方案

由于无源小区覆盖方案在2g、3g和4g时代被广泛使用，运营商拥有巨大的无源小区网络资源。据不完全统计，中国移动现有网络中大约有1亿个无源房间子天线。这是运营商利用现有基础设施建设5g网络的有效手段。只需要在无源房间子系统的源头增加5个gnr源，从而导致建设成本和建设周期。根据调查数据，目前运营商网络中的无源房间子网可以追溯到2005年，并且已经运行了15年。一方面，它表明被动房间子系统具有长期稳定运行和后续演化的能力，另一方面，它表明大多数被动房间子系统已经停止使用。对于不支持2.6gnr的无源房间子站，一些无源设备和房间子天线可以用房间子整流代替。对于交通需求高的车站，可以新建一个容量更大的房间子系统。

对于有升级条件的新场景和旧场景，可以采用5g无源房间覆盖方案，如图2所示。与传统的被动舱相比，新方案在提供室内定位能力的同时，重点解决了被动舱长期存在的故障无人监管问题，保留了低成本、低功耗和易于扩展的优势。

图25g被动隔间覆盖方案

5g活动房间的子覆盖方案

5g主动房间覆盖方案与4g方案基本一致，如图3所示，由bbu、hub和rfunit三层结构组成。根据bbu设计方案，活动房间可分为基于x86cpu架构的扩展皮肤基站和基于asic架构的分布式皮肤基站。根据rfunit的支持模式，活动房间可分为5g单模设备和2g/4g/5g多模设备。主动式房间覆盖方案的优势在于其灵活的容量扩展，能够满足以高效的公园和会议中心为代表的网络容量需求大或潮汐效应明显的室内覆盖场景，并具有精细的流量分析能力。

图35g活动房间覆盖方案

5g融合网络覆盖方案

5g融合网络覆盖方案结合了无源舱低成本、低功耗、易扩展的优势和有源舱灵活扩容的优势，还可以提供流量分析、弱覆盖分析、室内定位和可视化操作维护的能力。第一代融合网络的覆盖方案如图4左图所示。以4信道分布式微微基站为源，其输出射频信号经过4个功率分配器后成对组合，然后分别连接到8个双极化天线，可提供下行双速体验能力。第二代融合网络的覆盖方案如图4右图所示。以四通道分布式微微基站为源，其输出射频信号通过蓝牙网关内置的功分器，实现四路集成。然后，8个4t4r有源房间子天线通过4合1捆绑1/6电缆外部连接，可以提供下行四流速率的体验能力。

5g融合网络覆盖方案有三个优点。

首先，安装方便。由于无源室外房间分支天线，作为信号源的皮肤基站不需要放置在天花板外，因此其安装位置更加灵活，可以降低安装成本，美化成本。

第二，灵活进化。当通信系统发生变化或频谱发生变化时，在汇聚室子方案中只需要更换少量的微微基站，功分器、室内子天线和射频馈线可以重复使用，因此迭代和演进的灵活性较高。

第三，共建共享。在为多个运营商的客户提供通信服务时，汇聚室子方案只需要在源头安装各种设备，通过合路器、功分器和房间子天线就可以达到共建共享的目的。

图45g融合网络覆盖方案

三个车厢覆盖方案的比较分析

根据以上分析，三个区间覆盖方案的综合比较结果如图5所示。其中，被动舱覆盖方案在资本支出、运营支出和易于扩展方面具有明显优势，而主动舱覆盖方案在电磁容量扩展和人员流动分析方面具有明显优势。融合网络覆盖方案的指标位于被动和主动区间覆盖方案之间，综合优势明显。

图5三种覆盖方案的对比分析

5g室内覆盖网络需要智能演进

在5g时代，运营商的业务对象已经从toc转移到toc和tob。在探索新业务模式的过程中，运营商需要专注于自身的核心优势资源。

根据国际运营商转型的成功经验，新业务领域有以下四个特点:一是该领域的业务已经形成大规模需求，覆盖大量用户，可以充分发挥运营商的规模优势；第二，这一领域的业务需要一定的资产投资，这可以发挥运营商的重资产优势；第三，该领域的业务需要线上线下结合，充分发挥运营商物理渠道的优势；第四，这一领域的业务需要“高信誉”，这样才能充分发挥经营者良好的社会意识。

运营商拥有大规模的室内覆盖网络，利用该网络的优势更容易探索新的数字业务领域。然而，现有的室内分支网络终端节点只有移动通信能力，不能支持运营商拓展新的数字业务领域。接下来，我们将介绍室内子网端节点的两种智能进化思想:aaas和smartbox。

智能进化的理念1:AAAS

Aaas(天线服务)是一种全新的室内通信网络概念，它将定位网络、物联网和通信网络深度融合，形成了室内故障监测、室内弱覆盖分析、室内精确定位、精准营销和物联网信息采集五大核心能力。

基于AAA平台的室内定位方案如图6所示。蓝牙定位信标与无源室内子天线集成，由蓝牙信标发射的定位参考信号被耦合到室内子天线振荡器中并被发射。蓝牙网关连接到室内通信网络，室内通信网络通过功分器/耦合器向集成在室内天线中的蓝牙信标供电，并始终监控蓝牙信标的工作状态。蓝牙信标通过不断向终端发送携带自身mac地址的广播信息来实现精确定位服务。为了避免广播信息被盗用，蓝牙网关会定期修改室内子天线内蓝牙信标的mac地址。

基于aaas平台的物联网采集方案如图7所示。室内传感器以广播数据包的形式发送收集的信息(例如，温度和湿度值以及烟雾警报)。无源房间分支天线的内置蓝牙信标接收周围蓝牙传感器发送的广播数据包信息，并通过功率分配器/耦合器将其发送回蓝牙网关。蓝牙网关将包含传感器数据的信息传输到云平台进行数据分析，最终呈现每个传感器检测到的各种室内环境信息。

基于aaas平台，无线充电模块可以集成在未来活动房间末端的皮肤基站中，解决现有无线充电技术距离短的问题，还可以集成可见光通信模块，提高运营商的网络通信服务率。

图6基于AAA平台的室内定位方案

图7基于AAA平台的物联网采集方案

智能进化思想2: smartbox

智能箱是“数字双城”室内通信网络的全新概念。“数字双城”作为智能城市概念的新理念，旨在将真实物理城市的全部数据动态、连续地映射到虚拟模型中，从而提供一种全新的区域管理模式，进一步推动城市智能产业、城市规划模拟等新技术应用。

中国信息通信研究院发布的白皮书《数字双城研究报告(2019)》提出了数字双城的总体结构。“三个水平”包括新的基础设施、智能运营中心和智能应用系统，“两个水平”包括城市安全防线和标准，对基于智慧城市的技术覆盖和超级应用提出了更高的要求。室内环境是一个信息交流频繁的场景，未来室内环境将会使用更多的传感设备。蜂窝网络、局域网、短距离通信等通信系统并存，导致信息采集的难度和成本大幅增加。智能箱作为新基础设施的重要环节之一，旨在实现室内3gpp和非3gpp协议数据的完整收集功能。

智能箱的连接关系如图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收集到操作室子系统，并通过bbu和核心网络将数据传输到各自的业务平台进行处理。Smartbox通过poe接口向外部智能设备提供DC电源和参数配置。智能盒可以接入各种通信设备，包括蓝牙信标、摄像头、zigbee传感器和超宽带基站，并具有灵活的可扩展性。

一方面，smartbox帮助运营商有效地扩大了室内数据采集的范围，另一方面，它也解决了非3gpp协议设备应用过程中的三个难点。

在物业建设方面，运营商有多年的建设和物业协调经验，智能箱和外部智能设备可以与微微基站一起投入建设和安装，节省了智能设备的建设成本。

就设备电源而言，大多数非3gpp智能设备使用电池电源或poe电源，前者会限制耐用性，而后者需要单独部署长网线。Smartbox可以通过poe接口为外部智能设备提供稳定的DC电源能力。

在数据回程方面，smartbox为接入设备提供了统一的ip数据回程通道，可以利用5g网络的传输资源优势，提供稳定可靠的高数据传输容量。

图8智能盒平台

5g室内覆盖面临着工作频段上升、设备成本急剧上升、产业链不成熟、需求分化等多重挑战。需要根据覆盖范围、容量、成本等需求对其进行优化。，同时促进系列化产品的研发和低成本收敛室的应用。为了拓展新的室内业务领域，运营商需要依托室内网络资源优势，开展智能技术演进，积极建设包括AAA和smartbox在内的新的室内基础设施。