5G NR網(wǎng)絡(luò)一般采用100MHz帶寬，相比4G的20MHz具有5倍帶寬優(yōu)勢(shì)，未來(lái)可支持具有更高速率、更高可靠性、更低時(shí)延等特性的業(yè)務(wù)種類(lèi)，從而滿(mǎn)足用戶(hù)更為豐富多樣的業(yè)務(wù)需求。相比4G時(shí)代具有較多可用頻率的情況，5G面臨室內(nèi)外頻率分配較為緊張的局面，為此，需要在為用戶(hù)提供高帶寬業(yè)務(wù)及引入干擾、相對(duì)低帶寬業(yè)務(wù)及無(wú)干擾之間做取舍。

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)性能分析

4G網(wǎng)絡(luò)室外一般采用F頻段、D頻段，室內(nèi)覆蓋基站采用E頻段，室內(nèi)外普遍為異頻組網(wǎng)。由于5G NR網(wǎng)絡(luò)的4.9GHz頻段產(chǎn)業(yè)相對(duì)滯后且頻率稍高，先期不會(huì)作為室外連續(xù)組網(wǎng)或者室內(nèi)覆蓋主用頻段；而目前在2.6GHz頻段的分配帶寬共計(jì)160MHz，如果5G仍然采用室內(nèi)外異頻組網(wǎng)，則體現(xiàn)不出NR大帶寬的優(yōu)勢(shì)，頻譜效率較低，難以為用戶(hù)提供更高速率的業(yè)務(wù)。再者，5G大帶寬、波束掃描等技術(shù)對(duì)同頻干擾抑制能力更強(qiáng)，在初期網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不高時(shí)更為有效。因此，5G在2.6GHz采用室內(nèi)外同頻組網(wǎng)具有一定的可行性，是頻譜效率最優(yōu)的一種方式，在現(xiàn)階段5G組網(wǎng)方案中可能將是主要選擇方式。

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)主要影響因素

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)相比異頻組網(wǎng)，主要是會(huì)引入干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能惡化，用戶(hù)業(yè)務(wù)速率減低。主要的差異如表1所示。

表1 ?室內(nèi)外同異頻組網(wǎng)差異對(duì)比

如表2所示，根據(jù)4G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)測(cè)試結(jié)果，高層用戶(hù)駐留室內(nèi)覆蓋基站，在宏站忙時(shí)（平均PRB利用率40%）和閑時(shí)（平均PRB利用率22%），平均下行SINR下降不明顯，平均下行吞吐量損失1.5% ；低層駐留室內(nèi)覆蓋基站，在宏站忙時(shí)（平均PRB利用率58.1%）和閑時(shí)（平均PRB利用率27.2%），平均下行 SINR下降2dB；平均下行吞吐量損失20.5%，主要是由于SINR差異導(dǎo)致的RANK流數(shù)差異。

表2 ?4G室內(nèi)外同異頻組網(wǎng)測(cè)試性能對(duì)比

此外，在5G時(shí)代，室內(nèi)外電平對(duì)比關(guān)系也發(fā)生了變化，同頻組網(wǎng)面臨著更大的技術(shù)挑戰(zhàn)。4G宏站與室內(nèi)覆蓋在淺層區(qū)域的電平關(guān)系分別為-115~-113dBm和-105dBm，而5G由于室外宏基站采用64T64R的多通道設(shè)備，宏站與室內(nèi)覆蓋在淺層區(qū)域的電平關(guān)系為-103dBm和-105dBm。由此可見(jiàn)，5G室外基站覆蓋的性能增強(qiáng)，進(jìn)入室內(nèi)后可能導(dǎo)致某些區(qū)域室外基站電平高于室內(nèi)電平或者與之相當(dāng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)提出了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)測(cè)試分析

根據(jù)5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)測(cè)試結(jié)果，在宏站中近點(diǎn)，用戶(hù)駐留5G室分，50%加擾條件下相比空擾速率損失13.5%；在宏站中遠(yuǎn)點(diǎn)，50%加擾條件下相比空擾速率損失5.31%（如圖1所示）。

圖1 ?5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)性能差異

但是相比駐留宏站，宏站中近點(diǎn)用戶(hù)駐留5G室分在空擾條件下，平均下行速率約為駐留宏站的3.5倍，50%加擾條件下，平均下行速率為駐留宏站的3倍，宏站中遠(yuǎn)點(diǎn)用戶(hù)提升速率更為明顯。類(lèi)比4G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)部署室內(nèi)覆蓋基站前后，下行平均PDCP吞吐量在高層多隔斷場(chǎng)景提升596.9%，在1層開(kāi)闊場(chǎng)景提升305.3%?？梢?jiàn)，雖然室內(nèi)外同頻組網(wǎng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)引入干擾，業(yè)務(wù)速率有一定的損失，用戶(hù)業(yè)務(wù)感知會(huì)部分程度的降低，但是部署室內(nèi)覆蓋后，室內(nèi)總體容量會(huì)得到較為明顯的提升。

根據(jù)試驗(yàn)網(wǎng)室內(nèi)外同頻組網(wǎng)測(cè)試，在樓宇室內(nèi)環(huán)境下分析RSRP與速率的關(guān)系，在同等RSRP信號(hào)強(qiáng)度下，宏站中遠(yuǎn)點(diǎn)用戶(hù)駐留5G室分時(shí)的下行速率高于駐留5G宏站。此時(shí)宏站在室內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度低，平均速率與邊緣速率明顯低于駐留5G室分，具體見(jiàn)表3。

表3 ?5G宏站近點(diǎn)與遠(yuǎn)點(diǎn)測(cè)試性能對(duì)比

根據(jù)表3中宏站超近點(diǎn)的測(cè)試情況，用戶(hù)駐留5G宏站，在1層全開(kāi)闊環(huán)境，與宏站輻射方向正對(duì)，傳播環(huán)境好，駐留5G宏站的整體速率與駐留5G室分相當(dāng)；而在29層，駐留室分的下行平均速率高于駐留宏站，邊緣速率劣于駐留宏站?？梢?jiàn)，即使是宏站超近點(diǎn)，由于天線主瓣方向、下傾角度、樓宇內(nèi)部結(jié)構(gòu)等各種條件不同，宏站在室內(nèi)的信號(hào)覆蓋強(qiáng)度、業(yè)務(wù)速率方面也有較大差異。

由上述測(cè)試基本可以得到，宏站中遠(yuǎn)點(diǎn)用戶(hù)駐留室分的速率優(yōu)于駐留宏站，宏站近點(diǎn)用戶(hù)駐留宏站的速率與駐留室分相比可能較優(yōu)或者相當(dāng)。

如圖2、圖3所示，基于5G試驗(yàn)網(wǎng)外場(chǎng)測(cè)試的部分?jǐn)?shù)據(jù)，當(dāng)RSRP覆蓋電平較高時(shí)（高于-85dBm），相同RSRP條件下5G室內(nèi)覆蓋相比室外宏站提供的用戶(hù)速率更高；當(dāng)RSRP覆蓋電平較低時(shí)（低于-85dBm），室外宏站提供的用戶(hù)速率更高。

圖2 ?5G室內(nèi)覆蓋與宏站在相同RSRP條件下下行速率的比較

圖3 ?5G室內(nèi)覆蓋與宏站在相同RSRP條件下上行速率的比較

從以上測(cè)試可初步認(rèn)為，5G室內(nèi)覆蓋基站可保證在室內(nèi)中心區(qū)域的較優(yōu)容量性能；在室內(nèi)窗邊區(qū)域，如果室外宏站信號(hào)較好，可以由室外宏站來(lái)吸收話務(wù)。

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)方案建議

室內(nèi)覆蓋設(shè)計(jì)受物業(yè)協(xié)調(diào)、施工難度等因素影響，除了商場(chǎng)、場(chǎng)館等少量場(chǎng)景以外，室分天線點(diǎn)位絕大多數(shù)只能布放于走廊區(qū)域，因而對(duì)于窗邊區(qū)域覆蓋能力有限。因此，5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)主要干擾來(lái)自室內(nèi)窗邊區(qū)域，室外對(duì)室內(nèi)的干擾更為嚴(yán)重。

后續(xù)，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)當(dāng)中，在宏站可以保證良好覆蓋的室內(nèi)區(qū)域可以由宏站承擔(dān)覆蓋，對(duì)于室內(nèi)有較高容量需求、且宏站覆蓋室內(nèi)不足的場(chǎng)景仍需建設(shè)5G室內(nèi)覆蓋確保業(yè)務(wù)滿(mǎn)足。

室外宏站在室內(nèi)的傳播衰減快、鄰區(qū)多，對(duì)于中大型建筑物的覆蓋效果仍有限，因此對(duì)于高流量及高價(jià)值場(chǎng)景，建設(shè)室分并形成主導(dǎo)信號(hào)是保證用戶(hù)體驗(yàn)和室內(nèi)容量的基礎(chǔ)；對(duì)于中低價(jià)值場(chǎng)景，應(yīng)根據(jù)宏站覆蓋情況采取針對(duì)性的設(shè)計(jì)，室分設(shè)計(jì)“有進(jìn)有退”。

由于現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)DAS方式規(guī)模占比較高，因此針對(duì)于此的改造建設(shè)將格外需要得到關(guān)注：對(duì)于大型場(chǎng)館、交通樞紐、大型商場(chǎng)等高流量、高價(jià)值場(chǎng)景，可建設(shè)分布式皮基站滿(mǎn)足5G容量需求；對(duì)于停車(chē)場(chǎng)、一般寫(xiě)字樓、酒店等低容量場(chǎng)景，可直接采取5G信源饋入方式，天線點(diǎn)位不動(dòng)；對(duì)于普通容量場(chǎng)景，在室內(nèi)外基站信號(hào)均不理想的窗邊區(qū)域，建議優(yōu)先調(diào)整室外宏站，保證室內(nèi)窗邊區(qū)域信號(hào)覆蓋。

此外，針對(duì)室內(nèi)外同頻組網(wǎng)在參數(shù)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方面還應(yīng)采取針對(duì)性的策略。一是PRB分配錯(cuò)開(kāi)，即對(duì)于宏站和室內(nèi)覆蓋基站采用調(diào)度起始位置的錯(cuò)開(kāi)，比如PRB分別從高和從低序號(hào)分配。二是通過(guò)犧牲一定的容量來(lái)降低同頻干擾，例如采取室內(nèi)外協(xié)同頻域錯(cuò)開(kāi)方式，尤其是中低負(fù)荷場(chǎng)景；通過(guò)同廠家宏站室分多點(diǎn)協(xié)同特性（宏站及室分小區(qū)間上下行聯(lián)合發(fā)送與接收，同時(shí)消除上下行干擾），降低網(wǎng)絡(luò)整體干擾，提升性能，解決室內(nèi)外切換時(shí)引起的掉話或速率下降等問(wèn)題。三是采用室內(nèi)外波束協(xié)同管理，通過(guò)調(diào)整同頻相鄰小區(qū)用戶(hù)的波束方向，使得宏站波束對(duì)室分邊緣用戶(hù)進(jìn)行避讓?zhuān)嵘脩?hù)頻譜效率。但算法實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為困難，還需持續(xù)關(guān)注。

結(jié)束語(yǔ)

5G室內(nèi)外同頻組網(wǎng)對(duì)于室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)性能、業(yè)務(wù)速率帶來(lái)了一定的影響，但是考慮頻譜效率影響，目前在總帶寬受限的情況下仍可以提供相對(duì)于異頻方式更高的網(wǎng)絡(luò)容量。后續(xù)需密切關(guān)注網(wǎng)絡(luò)實(shí)際建成的效果，研究同頻干擾的抵抗措施，研究室內(nèi)外規(guī)劃更為精細(xì)化的設(shè)計(jì)方案，尤其是針對(duì)不同場(chǎng)景、同一場(chǎng)景不同功能區(qū)域進(jìn)行差異化方案設(shè)計(jì)，從而提升5G網(wǎng)絡(luò)的整體性能，更好地滿(mǎn)足用戶(hù)需求。