5G室內覆蓋性能及關鍵問題分析
Labs 摘要
5G網絡具備室內外同頻組網和室外宏站深度覆蓋能力增強等特點，同時，室內網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，針對室內覆蓋網絡面臨的室內外同頻干擾和傳統室分升級等問題進行分析，給出了5G室內覆蓋網絡規劃升級時需要重點解決問題的建議。
4G時代，室內已經成為用戶業務的主要區域。進入5G時代，智慧家庭、智能工廠和AR/VR等超過70%的5G應用發生于室內，加之用戶業務需求的增長，室內網絡將成為運營商5G網絡具備競爭優勢的主戰場。5G室外宏站采用64T64R大規模天線，宏站深度覆蓋能力較4G進一步提升，同時室內外同頻組網，宏站對室內覆蓋系統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能否直接升級，室內外同頻組網是否對室內覆蓋系統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。
本文基于對傳統室分系統升級至5G，以及分布式皮基站等新型室分系統的性能進行分析，發現并提出了室分系統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室內分布系統規劃提出了指導性建議，在5G建網初期對室內深度覆蓋網絡的建設提出了指導。
1、5G室內覆蓋系統性能分析
1.1 傳統室分升級至5G性能分析
目前，傳統DAS系統在室內覆蓋系統中的占比約為90%以上，傳統室分直接合路5G信源，快速實現5G覆蓋是5G網絡建設的方案之一。
如果采用傳統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5G的升級。傳統室分直接升級，需要室分系統無源器件的工作頻段支持2.6GHz。據統計，2015年之后入網的室分系統，器件均可支持2.6GHz頻段，具備直接升級的基礎。
本節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單路系統下行峰值速率約50Mbit/s，邊緣區域的下行速率約為25Mbit/s，上行峰值速率約10Mbit/s，邊緣區域的上行速率約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，邊緣區域的下行速率約為150Mbit/s，上行峰值速率為60Mbit/s，邊緣區域的上行速率約為5Mbit/s。從測試結果可以看出，單路系統直接升級至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雙路系統下行峰值速率約800Mbit/s，邊緣區域的下行速率約為200Mbit/s，上行峰值速率約120Mbit/s，邊緣區域的上行速率約10Mbit/s。
從下圖2的測試結果可以看出，對比單路系統，雙路系統升級到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 新型室分與傳統室分性能對比
5G室內覆蓋系統主要有單路室分、2T2R和4T4R共3種不同的方式，本節主要對比了傳統單路室分、2*2MIMO的傳統室分和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系統合路與4T4R數字化室分在下行性能的差異相對較小，但MIMO合路系統上行與4T4R數字化室分的差異明顯，且幀結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，同頻組網引入干擾問題，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。根據統計分析，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，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，分析數據如表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，可進行5G NR直接升級，本節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%，在進行室內覆蓋規劃時，應規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室分，在進行5G升級時，應考慮與LTE系統覆蓋性能的差異，以及MIMO系統雙通道平衡性對性能的影響。在進行5G升級前，首先開展傳統室內分布系統質量評估，只有LTE室分系統滿足覆蓋要求且雙通道電平差小于5dB要求，直接進行5G升級才能保證網絡性能，滿足后續5G業務等需要。
【本文為51CTO專欄作者“移動Labs”原創稿件，轉載請聯系原作者】
