【摘  要】为解决5G室内覆盖遇到的难点问题，分析了几种主流的5G室内分布系统方案，对其中的新型室分关键技术进行了深度分析，在此基础上结合几种压缩算法给出了BBU-PB、PB-PB、PB-pRRU各段链路的IQ位宽及相应性能，最后详细对比了各种方案的优缺点，包括5G DAS、新型室分、白盒小站等，对5G室内分布系统演进进行了展望。

【关键词】5G;室内覆盖;新型室分;DAS

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.12.013      中图分类号：TN929.5

文献标志码：A      文章编号：1006-1010（2019）12-0067-07

引用格式：梁力维，魏广宁. 5G室内分布系统解决方案[J]. 移动通信， 2019，43（12）： 67-73.

5G Indoor Distribution System Solution

LIANG Liwei， WEI Guangning

（Guangdong Branch of China Telecom Co.， Ltd.， Guangzhou 510180， China）

[Abstract] To tackle the difficult issues encountered in 5G indoor coverage， this paper analyzes several mainstream 5G indoor distribution system solutions， and investigates the corresponding novel key technologies in depth. Furthermore， several compression algorithms provide the IQ bit width and the corresponding performance for BBU-PB， PB-PB， and PB-pRRU links. Finally， a comprehensive comparison is given in terms of the advantages and disadvantages of various solutions， including 5G DAS， new room division， white-box small stations， etc.， and the evolution of 5G indoor distribution systems is prospectively discussed.

[Key words]5G; indoor distribution; new indoor distribution; DAS

0   引言

随着5G牌照的发放，未来几年将会是5G建设的高峰期，而室内覆盖是5G建设的重点。4G时代的室内覆盖主流方案有室外照射室内、DAS和新型室分。中国电信5G的频段是3 400 MHz—3 500 MHz共100 MHz带宽，这个频段穿透损耗较大，室外照射室内的效果会差一些，所以5G的室内覆盖以5G室分系统为主。在选择一种5G室分系统时，运营商主要考虑以下几个方面：

（1）性能。最高支持3.5 GHz频段4T4R 100 MHz 256QAM，部分低端场景可以考虑2T2R。

（2）成本。由于5G采用了大带宽，需要采用较高规格的器件，设备的硬件成本同步增加。同时3.5 GHz覆盖半径比4G的1.8 GHz/2.1 GHz小，需要的5G站点数也比4G多，室外站建设资金也会比4G时代多。室内场景在满足需求的前提下，成本要尽可能地降低，对于不同档次的室内场景，需要有降成本的5G室內覆盖方案。

（3）节能。4G时代电费在运营商网络OPEX中占较大比例。5G设备带宽性能提升了，设备的功耗对应增加了，电费也是一笔不小的支出，需要考虑有效的节能手段。

（4）电联共享。中国电信和中国联通已经正式发文采用共建共享的方式进行5G建设，5G室内分布系统也需要支持共建共享。

（5）支持NSA/SA。国内运营商的5G建设会有NSA和SA两个阶段。5G室内设备需要同时支持NSA/SA，在向SA演进时不需要更换设备。

目前可供选择的5G室内分布系统方案有5G DAS、新型室分（也叫有源室分）和5G白盒小站。

1   5G DAS

从2G时代开始，DAS室分就是室内覆盖建设的主流方案。DAS室分具有产业链成熟，性能稳定，价格适中的特点。在2G/3G时代深受运营商的青睐。

2G/3G时代用户的业务以语音为主，同时有少量的数据业务，数据业务话务量不高，单路DAS可以满足用户的需求。

在4G时代，用户业务演变为以数据业务为主。由于国内市场竞争激烈，运营商提前结束了“流量收入红利”，推出的不限流量套餐让网络容量频频告急，在话务量偏高的建筑内单路DAS显得很吃力。将单路DAS改造为双路DAS的工程非常复杂，链路不平衡导致MIMO性能难以保证。所以在话务量偏高的区域（机场、火车站、学校、医院等）运营商倾向采用新型室分。

1.1  5G DAS的难点

（1）无法利旧存量4G DAS无源设备。中国电信现有DAS无源器件（功分器、耦合器、合路器、室分天线等）支持的频段范围是800 MHz～2.7 GHz。中国电信5G的频段是3.5 GHz，如果要采用DAS部署5G，需要新建一套DAS系统，采用新的无源器件来支持3.5 GHz频段。

（2）工程难度大。5G业务以高流量为主，预计超过一半的室内场景需要4T4R，其它场景主要采用双路DAS实现2T2R，极少量的区域接受单路DAS实现1T1R。4路DAS工程实现非常复杂，4T4R MIMO也难以保证。实际落地还是以双路DAS为主。

（3）成本没有竞争力。5G DAS建设成本成倍增加，主要原因如下：

◆支持3.5 GHz频段无源器件的价格是4G DAS无源器件价格的2倍以上。有可能是器件没有量产的原因，不过设备量产取决于市场份额。

◆3.5 GHz频段在馈线上的损耗比较大，需要更多室分天线点位。

◆实际落地的5G DAS以双路DAS为主，双路DAS也会带来成本的提升。

东南某省设计院提供的DAS报价如表1所示：

表1    4G DAS与5G DAS造价对比

4G DAS造价（元/m2） 5G DAS造价（元/m2）

单路DAS 双路DAS 新建单路DAS 新建双路DAS

7.5 11.2 25.08 29.4

1.2  5G DAS试点

作为一种5G室内覆盖解决方案，中国电信也进行了试点。测试环境是大型餐饮，半开阔空间，DAS布点图如图1所示：

图1    5G DAS试点局布点图

新建一套双路DAS系统同时支持2.1G LTE+3.5G NR，试点结论如下：

（1）相同输出功率情况下：3.5 GHz平均接收场强-81.5 dBm，2.1 GHz平均接收场强-76.9 dBm，3.5 GHz信号比2.1 GHz信号差5 dB。

（2）3.5 GHz覆盖信号大于-105 dBm区域占比高于90%，满足覆盖要求。

（3）双路DAS 3.5 GHz NR小区峰值下载速率可达到600 Mb/s以上，但平均下载速率较低（300 Mb/s～

400 Mb/s），下行RI值较低，说明DAS双路不平衡，下行达到双流的点位较少。

（4）双路DAS 3.5 GHz NR小区上传平均速率为65 Mb/s～80 Mb/s，指标较好。

从试点结果可以看出：DAS可以作为5G室内分部系统的一种解决方案，在网络容量和建设成本都满足需求的情况下可以作为一种建设方案。

2   新型室分

在4G时代，中国电信已经开始大规模部署新型室分。主流设备商都支持新型室分，如中兴的QCELL，华为的LampSite和爱立信的Dot等。

新型室分采用三级架构，由基带单元（BBU）、汇聚单元（PB）和远端射频单元（pRRU）組成，示意图如图2所示：

图2    新型室分架构

新型室分具备容量高、部署快、全链路可监控等特点，4G时代中国电信已经大规模应用。5G时代新型室分也是一种主流方案，5G的pRRU与PB之间支持光电复合缆，拉远距离可达300 m，很好地解决了大型场馆的部署难题。

2.1  新型室分关键技术

4G时代pRRU与PB之间采用网线传输，pRRU支持多频多模，同时支持中国电信850 MHz+1.8 GHz+2.1 GHz全频段LTE。PB与pRRU之间可选的网线有CAT5E（速率2.5 Gb/s）、CAT6（速率5 Gb/s）和CAT6A（速率10 Gb/s）。同时为了控制成本，QCELL 1.0 PB与pRRU之间网口芯片只支持1 Gb/s，QCELL 2.0 PB与pRRU之间网口芯片支持2.5 Gb/s。支持5G的新型室分PB与pRRU之间接口速率为10 Gb/s。

为了控制成本，提高产品竞争力，BBU-PB-pRRU之间对IQ数据进行了压缩，通常CPRI接口IQ数据位宽有16 bit，压缩后链路各部分的IQ位宽如图3所示：

图3    新型室分链路各部分的IQ位宽

BBU与PB之间是9 bit位宽，级联的两个PB之间是9 bit位宽，PB与pRRU之间采用7 bit位宽。在这个基础上第一代新型室分产品PB与pRRU之间采用1 Gb/s速率可以支持2个2T2R LTE载波+6个CDMA载波。

5G时代，需要支持4T4R 100 MHz NR小区，针对这个需求，仿真链路模型如图4所示：

图4    新型室分IQ压缩仿真模型

比较接收端的调制符号（记为D）与发射端调制之后的符号浮点数据的EVM，计算公式为：

EVM=                               （1）

不同带宽下的RB数为10、133与272，针对各种带宽的调制方式有16QAM、64QAM与256QAM。一共有9种组合，9种组合的PAPR如图5所示。

由上述结果可见：PAPR的分布与调度的RB数有关，相同的ERS下，调度的RB数越多，时域功率越大，平均的PAPR也相应增加。此外，调度的RB数增加到一定程度后PAPR的增速变慢。另外，在相同的RB数下，PAPR的分布几乎与调制阶数无关。

上述9种场景时域信号位宽分布如图6所示，将位宽按照实际整数量化之后，结果如图7所示：

图7    位宽按照实际整数量化后位宽分布

与PAPR的分布结果类似，时域信号的位宽也与调制阶数不相关。

采用上述的仿真方法，假设初始位宽是16 bit，对比了以下三种压缩算法：

（1）16 bit ->AGC-> X bit：采用AGC算法将16 bit位宽压缩至X bit位宽，X分别取值6 bit、7 bit、8 bit、9 bit。

（2）16 bit -> A-law ->X bit：采用A-law算法将16 bit位宽压缩至X bit位宽，X分别取值6 bit、7 bit、8 bit、9 bit。

（3）16 bit-> AGC->12 bit->A-law->X bit：结合AGC与A-law，先通过AGC将16 bit压缩到12 bit，然后再采用A-law将12 bit压缩至X bit，X分别取值6 bit、7 bit、8 bit、9 bit。

仿真的结果显示第3种方法性能最好。采用这种方法对NR 100 MHz单天线进行数据压缩性能仿真，结果如图8所示：

图8    NR 100 MHz IQ位宽与EVM对应关系仿真图

根据图8的仿真结果，4T4R 100 MHz NR如果要满足256QAM的EVM要求，最多只能压缩到7 bit，压缩到6 bit没法满足3GPP的要求。在这个前提下4T4R 100 MHz NR需要的传输带宽为6.144 Gb/s，导致支持5G NR的新型室分PB与pRRU之间只能采用CAT6A网线与光电复合缆。

2.2  新型室分试点

在中部某省份学校进行5G新型室分的试点，采用的设备包括5G单模pRRU和4G/5G多模pRRU。设备在3.5 GHz发射功率为4×250 mW，工作频率是3 400 MHz—3 500 MHz。

一个楼层部署了一个pRRU，围绕这个pRRU进行覆盖测试。下行覆盖速率图如图9所示：

图9    新型室分试点下行覆盖速率图

上图k点的RSRP为-112 dBm，下行速率为230.98Mb/s，该点距离pRRU直线距离为18.38 m，间隔5堵墙，以该点为边缘点，单pRRU覆盖半径为18.38 m。

对应的上行覆盖如图10所示：

图10    新型室分试点上行覆盖速率图

上图k点的RSRP为-112 dBm，上行速率为32.87 Mb/s，该点距离pRRU直线距离为18.38 m，间隔5堵墙。

同时定点测试了上下行的峰值速率，下行峰值速率达990.73 Mb/s，上行可达264 Mb/s，如图11所示。

2.3  新型室分成本

4G新型室分的成本与4G双路DAS相当。5G时代DAS成本是4G双路DAS的2.6倍。5G新型室分由于支持4T4R 100 MHz，硬件成本也有一定的提升。目前集团还没有进行集采，5G新型室分成本暂不明确。

对于中低话务量的场景，5G pRRU也有外置天线型，适用于多隔断的场景。试点场景测试了pRRU外置天线型，在覆盖速率性能相当的前提下，覆盖同一个楼层pRRU数目由3个减少为2个。

2.4  节能

与DAS采用无源器件的方式不同，新型室分采用有源设备，整个室内分布系统的功耗会显著增加，对应的节能手段有：

（1）芯片的升级换代。新型室分功耗的大头是数量众多的射频单元pRRU，pRRU采用的射频器件每年都会升级换代，换代的芯片功耗会降低，进而降低pRRU整体功耗。这种节能方式依赖于硬件芯片厂商。

（2）AI为5G节能赋能。新型室分的節能主要有通道关断、载波关断、定时pRRU下电等方式，由于4G时代无线网络大数据并没有得到大规模的应用，新型室分的节能功能没有和SON+无线大数据结合，需要手工配置节能的相关参数，节能功能的效能没有得到最大的发挥。5G pRRU也会继承这些节能方式，同时因为切片、虚拟化的引入，5G时代网络AI逐渐成为一个大家认可的趋势，AI也包括结合无线大数据的智能节电功能。结合AI可以真正做到实时的无线网络射频资源按需使用，以最小的能耗满足用户的需求。

2.5  电联共享

中国电信和中国联通已经明确在5G建设上共建共享，具体的建设方式以及对设备的要求还未确定。

现有的5G pRRU支持3 300 MHz—3 600 MHz的工作带宽，IBW为100 MHz，如果要在3 300 MHz—3 400 MHz上做共享，不管是中国电信50 MHz NR+中国联通50 MHz NR独立载波方式共享，还是中国电信+中国联通 100 MHz NR共享载波方式共享，现有的5G pRRU都支持，可以不用更换硬件设备通过升级软件的方式支持共建共享。

如果共建共享要求中国电信100 MHz NR+中国联通100 MHz NR以独立载波方式进行，现有的5G pRRU硬件能力不支持，需要按照运营商的规格要求新开发一款pRRU。

2.6  支持NSA/SA

新型室分使用的基带单元是与室外宏站相同的BBU，主流设备厂商的BBU都是同时支持NSA/SA两种模式，连接到BBU上的新型室分也天然支持NSA/SA这两种模式。

总的来说，新型室分各方面都契合运营商对5G室内分布系统的需求，有理由相信这会是5G时代室内覆盖的主流方案。

3   5G白盒小站

在2019年度的上海电信展上，中国电信对外发布了5G室内白盒小站方案。白盒小站采用高通公司的SoC套片，高通公司估计5G时代白盒小站的市场占有率会达到10%。

白盒小站主要的设备厂商有京信、佰才帮等。小站整体架构如图12所示。

（1）CU池。采用通用的X86硬件实现NR协议L3+部分L2功能。由于基于Intel X86架构，CU支持虚拟化功能，相关的应用如MEC、UPF等也可以驻留在CU池中。

（2）PoE交换机。市面上通用的第三方交换机，由于CU与白盒小站之间采用通用的以太网报文，数据可以承载在普通的交换机上，交换机不需要设备厂商定制。同时交换机需要具备PoE功能，通过网线与白盒小站相连，对小站供电。

（3）白盒小站。基于高通公司的SoC套片，实现DU +射频功能。

白盒小站基本硬件框图如图13所示：

图13    白盒小站基本硬件框图

核心器件是高通的5G基带芯片。NPU实现DU部分的L2功能，存储芯片、时钟芯片、射频芯片都可采用第三方器件。

白盒小站的初衷是运营商公开小站硬件设计，软件上也进行一定的扶持，让更多的设备商参与到小站的开发和生产中，进而打破传统设备商的垄断，降低5G设备成本。这是一个有益的尝试，值得跟踪和试点。

白盒小站的核心优势是成本低，同时兼具新型室分的一些优点，如有源，全链路可监控，支持小区分裂与合并。同时由于基带芯片由高通提供，NR单小区的性能也不会存在大的问题。

白盒小站的劣势如下：

（1）基帶基于高通SoC，对运营商需求时间匹配度存在问题。这一点在4G小站商已经体现的比较充分。传统设备商BBU基带都采用自研芯片，当标准上有新的功能或者运营商有新的需求时都能快速响应并按时交付。白盒小站厂商的新功能开发极度依赖高通等芯片厂商，交付周期一般会晚很多，甚至没法交付。比如4G分布式小站厂商采用SoC套片，eMTC/NB-IoT等功能的交付就明显慢半拍。

（2）引入了室内外异厂商操作的问题。室外5G宏站还是传统设备厂商来承建，室内采用京信等厂商的白盒小站会有较多异厂商互操作和干扰问题。当然中国电信既然对外发布5G白盒小站，对这个问题也有一定的心里准备。

（3）无法支持NSA。室内4G覆盖采用的BBU由传统设备商提供，因为异厂商的问题，5G白盒小站无法与4G BBU建立X2口，所以也无法支持NSA。

（4）无共建共享规划。对于国内市场已经明确的共建共享策略，高通SoC芯片还没有给出明确的产品路标。高通的研发资源主要投入在手机终端芯片，对于小站的SoC需求优先级会低一些。

4   结束语

现有4G DAS 升级改造成5G DAS极为困难，性能也难保证。本文重点研究了新型室分以及白盒小站解决方案。

新型有源室分在4G时代已经得到广泛应用，原先的高流量场景逐步向覆盖场景延伸，华为/中兴等主设备厂家、京信/邦讯等传统的DAS厂商均推出产品，形成多类型多场景的广泛应用态势。新型室分具备施工快，容量高，全链路可监控，多频多模，性能稳定等特点，主要短板是价格相对高且功耗高导致OPEX高，相关功能需继续完善。

5G白盒小站是ORAN组织提出的一个创新项目，旨在扩大产业圈，降低硬件成本。白盒小站具备新型室分有源化的优点，同时成本适中，但是性能和功能演进方面严重依赖SoC芯片厂商，会存在一些问题，需后续持续跟进。

参考文献：

[1] GTI-22ND-WS-5G-MN-07-5G. small cell solutions utilizing GPP and virtualization Baicells[Z]. 2018.

[2] 埃里克·达尔曼. 5G NR标准：下一代无线通信技术[M]. 北京： 机械工业出版社， 2019.

[3] 黎亚洲，周文渊. 5G室内分布性能与建设策略[J]. 电信技术， 2019（8）.

[4] 李广. Beyond 5G移动通信室内信号分布系统架构设计[J]. 信息通信， 2013（10）： 177-178.

[5] 陈慧敏，刘磊. 室内分布系统面向5G演进方案探讨[J]. 广东通信技术， 2019，39（3）： 44-48.

[6] 周玮，王凤明. 5G时代室内分布系统发展趋势分析[J]. 中国新通信， 2018，20（23）： 171.

[7] 于建辉. 5G网络室内覆盖解决方案的分析[J]. 中国新通信， 2019，21（1）： 37.

[8] 舒文琼. 新型数字化室分系统已成中国移动5G时代主流[J]. 通信世界， 2018（19）： 45.

[9] 孙胜齐. 5G网络室分建设思路[J]. 电子技术与软件工程， 2018（19）： 37.

[10] 王海涛. 数字化室分系统应用研究及未来5G室内覆盖展望[J]. 电信工程技术与标准化， 2019，32（2）： 69-74.★