5G室內覆蓋性能及關鍵問題分析
Labs 摘要
5G網(wǎng)絡具備室內外同頻組網(wǎng)和室外宏站深度覆蓋能力增強等特點，同時，室內網(wǎng)絡頻段及覆蓋方式的變化，都會對室內覆蓋的性能產生影響。本文從5G室內覆蓋性能分析出發(fā)，針對室內覆蓋網(wǎng)絡面臨的室內外同頻干擾和傳統(tǒng)室分升級等問題進行分析，給出了5G室內覆蓋網(wǎng)絡規(guī)劃升級時需要重點解決問題的建議。
4G時代，室內已經(jīng)成為用戶業(yè)務的主要區(qū)域。進入5G時代，智慧家庭、智能工廠和AR/VR等超過70%的5G應用發(fā)生于室內，加之用戶業(yè)務需求的增長，室內網(wǎng)絡將成為運營商5G網(wǎng)絡具備競爭優(yōu)勢的主戰(zhàn)場。5G室外宏站采用64T64R大規(guī)模天線，宏站深度覆蓋能力較4G進一步提升，同時室內外同頻組網(wǎng)，宏站對室內覆蓋系統(tǒng)的同頻干擾問題成為5G室內覆蓋面臨的新問題。5G深度覆蓋采用何種建設方式，已建設大量的室內分布系統(tǒng)能否直接升級，室內外同頻組網(wǎng)是否對室內覆蓋系統(tǒng)性能產生影響等問題，都成為5G室內覆蓋需要關注的核心問題。
本文基于對傳統(tǒng)室分系統(tǒng)升級至5G，以及分布式皮基站等新型室分系統(tǒng)的性能進行分析，發(fā)現(xiàn)并提出了室分系統(tǒng)升級中需要關注的問題，室內外同頻干擾對室內性能的影響，并對5G室內分布系統(tǒng)規(guī)劃提出了指導性建議，在5G建網(wǎng)初期對室內深度覆蓋網(wǎng)絡的建設提出了指導。
1、5G室內覆蓋系統(tǒng)性能分析
1.1 傳統(tǒng)室分升級至5G性能分析
目前，傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)在室內覆蓋系統(tǒng)中的占比約為90%以上，傳統(tǒng)室分直接合路5G信源，快速實現(xiàn)5G覆蓋是5G網(wǎng)絡建設的方案之一。
如果采用傳統(tǒng)室分直接升級的方式進行5G建設，可直接安裝5G RRU和更換支持5G全頻段的合路器，即可實現(xiàn)5G的升級。傳統(tǒng)室分直接升級，需要室分系統(tǒng)無源器件的工作頻段支持2.6GHz。據(jù)統(tǒng)計，2015年之后入網(wǎng)的室分系統(tǒng)，器件均可支持2.6GHz頻段，具備直接升級的基礎。
本節(jié)選取已建設雙路室分的場景進行5G與LTE在單路和雙路條件下的性能對比測試。單路室分進行5G升級時，LTE與5G的性能對比分析結果如圖1所示。從測試結果可以看出，該測試場景下，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。通過信源饋入的方式直接升級至5G后，下行峰值速率可達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。從測試結果可以看出，單路系統(tǒng)直接升級至5G后，性能得到較大幅度的提升，僅在上行邊緣區(qū)域，受信號質量的影響，性能提升并不明顯。
圖1 5G NR單路室分性能測試結果分析
在已有測試場景下進行雙路合路，實現(xiàn)5G的2*2MIMO雙路室分，并進行LTE與5G在雙路情況下的性能對比測試。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的測試結果可以看出，對比單路系統(tǒng)，雙路系統(tǒng)升級到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雙路室分性能測試結果分析
1.2 新型室分與傳統(tǒng)室分性能對比
5G室內覆蓋系統(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種類型的室內覆蓋性能。
圖3 新型室分與傳統(tǒng)室分性能對比分析
圖3針對3種不同的方式進行對比分析，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。
由于運營商在5G NR幀結構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構配置的差異使競對的4T4R上行也有一定的性能提升，上行速率將成為室內覆蓋中的瓶頸。
2、5G室內覆蓋系統(tǒng)面臨的主要問題
2.1 室內外同頻干擾對室內覆蓋性能影響
5G室內外均采用2.6GHz進行組網(wǎng)，同頻組網(wǎng)引入干擾問題，尤其在室外宏站加載的情況下，對室內性能的影響需要在5G室內深度覆蓋網(wǎng)絡建設初期充分考慮。
選擇4T4R分布式皮基站部署的室內場景進行室內外同頻干擾測試與分析，在室內覆蓋設備開啟且室外宏站空載的情況下，室內下行速率均值在609Mbit/s，室外宏站50%加擾的情況下，室內下行速率均值降至438Mbit/s，平均容量損失在28.1%，如表1所示。
室內與室外不同電平差情況下，駐留室內用戶的速率分布圖如圖4所示。根據(jù)統(tǒng)計分析，在室內與室外信號電平差在-5dB以上時，室外50%加載情況下速率損失達到44%，室內與室外信號電平差在0~5dB時，室內用戶容量損失在30%，室內與室外信號電平差在5~10dB時，室內用戶性能損失可降低至20%以下。室內外同頻組網(wǎng)，室外對室內的性能產生較大影響，尤其是室外信號強度高于室內信號時，性能損失在40%以上。為保證室內用戶性能，室內覆蓋網(wǎng)絡的信號強度要滿足室內電平高于室外電平6dB，才能保證室內用戶性能損失在20%以內。
圖4 室內外電平差對室內性能影響分析
2.2 傳統(tǒng)室分升級可行性分析
5G室內采用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，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，考慮到墻體損耗和空間損耗等的差異，理論評估2.6GHz相比2.3GHz的損耗差異約4.2dB，通過空口覆蓋性能測試對比分析，實際測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空口覆蓋效果對比分析
基于分析結果進行4G/5G性能對比分析，按照4G MR覆蓋要求RSRP大于-110dBm采樣點比例大于90%進行估計，針對傳統(tǒng)室分合路場景，要保證5G的覆蓋達到4G水平，4G MR覆蓋率必須滿足RSRP大于105dBm的采樣點比例高于90%。
2.3 雙通道不平衡對5G性能影響
對于已部署LTE雙路室分的系統(tǒng)，可進行5G NR直接升級，本節(jié)主要分析雙通道不平衡對5G NR性能的影響。如圖5所示，雙通道差異5dB時性能損失速率約20%，雙通道差異10dB時性能平均損失速率約30%，遠點性能損失更大。因此，為保證5G性能，采用雙路DAS系統(tǒng)建設時，應至少保證雙路之間的電平差在5dB以內。
圖5 雙通道不平衡對5G NR性能影響分析
對于LTE網(wǎng)絡，采用Rank2占比對雙通道的平衡性進行評估，如表3所示。當雙通道差異為0dB時，Rank2占比為76%，雙通道差異5dB時，Rank2占比為60%左右，當雙通道差異進一步增大時，Rank2的占比進一步降低，對網(wǎng)絡性能產生較大影響，因此，可采用Rank2的占比對雙通道平衡性進行評估。
表3 室外空擾/加擾情況下的室內性能測試對比分析
經(jīng)過分析，若已有雙路室分，在進行雙路室分升級時，可對雙路系統(tǒng)中LTE的Rank2占比進行測試，當Rank2的占比低于60%時，雙路不平衡對5G NR性能影響超過20%。因此，在進行已有雙路室分合路5G時，需要先進行雙路平衡性改造。
3、結束語
5G室內覆蓋性能相比LTE提升明顯，采用4T4R新型設備下行性能相比競對具備優(yōu)勢，但上行性能成為瓶頸。同時，室外同頻干擾成為影響室內網(wǎng)絡性能的關鍵因素，為保證室內覆蓋性能損失不超過20%，在進行室內覆蓋規(guī)劃時，應規(guī)劃室內信號高于宏站信號6dB以上。目前，90%的室內場景已部署了傳統(tǒng)室分，在進行5G升級時，應考慮與LTE系統(tǒng)覆蓋性能的差異，以及MIMO系統(tǒng)雙通道平衡性對性能的影響。在進行5G升級前，首先開展傳統(tǒng)室內分布系統(tǒng)質量評估，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，直接進行5G升級才能保證網(wǎng)絡性能，滿足后續(xù)5G業(yè)務等需要。
【本文為51CTO專欄作者“移動Labs”原創(chuàng)稿件，轉載請聯(lián)系原作者】
