5G室内分布系统介绍

若欢

第1章 5G室内分布系统介绍

1.1 5G网络概述

5G即第五代移动通信技术（5th generation mobile network），法定名称是IMT-2020。5G是最新一代的蜂窝移动通信技术[7]，也是继4G（LTE-A、LTE）、3G（WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000）和2G（GSM）系统之后的延伸。5G的性能目标是提高数据速率、减少时延、节省能源、降低成本、提高系统容量和实现大规模的设备连接。其标准是由3GPP（第三代合作伙伴计划）组织研发制定，由ITU（国际电信联盟）向国际社会颁布。

5G是一个多业务、多技术融合和创新的网络，通过技术和体系架构的演进创新，满足未来广泛连接的各种业务不断发展的需求，提升用户体验。5G的发展主要有两个驱动力，一方面，以LTE技术为代表的4G已全面部署和商用，对下一代通信技术的讨论提上日程；另一方面，移动数据的需求爆炸式增长，现有的移动系统难以满足未来需求，急需研发下一代5G系统。

我国早期提出的5G关键性能指标如图 2‑1所示。

                              

图 2‑1 我国早期提出的“5G之花”

ITU最终确定的5G性能指标如表 2‑1所示

表 2‑1 ITU确定的5G性能指标

指标	参数
KPIs	ITU Value
流量密度	10 Tbps/km2
连接密度	1M/km2
时延	1ms（RTT for Radio Interface）
移动性	500km/h
能效	100x（Network）
用户体验速率	[0.1-1]Gbps  or 0.1Gbps+Description
峰值速率	Up:10Gbps and Down:20Gbps

5G有三大应用场景：如图 2‑2所示。

  eMBB（Enhanced MobileBroadband 增强移动带宽）

  uRLLC（Ultra-ReliableLow-Latency Communication 高可靠低时延通信）

  mMTC（Massive Machine TypeCommunication 海量机器类通信）

图 2‑2 5G三大应用场景

1.2 5G系统架构

从整体上说，与3GPP已有系统类似，5G系统架构仍然分为两部分，即5G核心网（5GC，包括AMF/UPF）和5G接入网（NG-RAN），接入网下为UE终端，如图 2‑3所示。

图 2‑3 5G总体网络架构图

由上图可知，5G接入网和核心网之间采用NG接口连接，接入网之间用XN接口连接，接入网与终端之间采用NR空口接口连接。其中，NG接口和XN接口可以进一步分类，如表 2‑2所示。

表 2‑2 NG接口和XN接口区分

接口	控制面	用户面
NG	NG-C	NC-U
XN	XN-C	XN-U

在5GC网元中，AMF控制面连接的就是NG-C接口，SMF用户面连接的就是NG-U接口。

5G系统网络架构有非独立组网（NSA）和独立组网（SA）两种部署方式，共有五种网络部署选项。根据工信部的规定，从2020年1月1日开始，5G终端具备SA模式，否则不予入网。SA场景是5G网络的最终场景，而NSA只是过渡场景，后续发展中将被NSA取代。现行运营商可以根据5G业务发展需求、可用频谱资源、终端等因素，选择不同的网络部署方式和演进计划。

5G关键技术有毫米波、高频网段、微基站、Massive MIMO、波束赋形、D2D技术、V2X技术等。

1.3 5G室内分布系统分析

目前，5G网络全面覆盖已经成为各个运营商的网络建设的主要任务，5G网络的总体目标包括更高的数据流量和用户体验速率、海量终端设备连接、低时延、更高可靠性等[8]。5G网络不仅能够带来更好的通讯体验，更能够深入到各个行业之中，实现真正意义上的万物互联，从而改变人们的生活方式，现今，许多新业务、新应用层出不穷，它们都已5G网络技术作为主要支撑，而室内作为5G业务和应用场景的主要地点，如何做好5G网络室内覆盖、解决传统室分固有的劣势和缺陷、提升网络容量等问题，已经成为5G网络实现全面覆盖的关键。

5G室分系统[9]由基带单元、汇聚单元和无线射频单元组成，向用户提供无线网的接入功能。5G室分系统可以采用基于NR空口的SA/NSA组网架构。其中基带单元和远端汇聚单元之间采用光纤承载无线信号，远端汇聚单元可以采用光纤或采用网线承载无线信号。

1.4 5G室分系统架构及组网

5G室内分布系统构架如图 2‑4所示，5G室内分布系统SA组网如图 2‑5所示，NSA组网如图 2‑6所示。

图 2‑4 5G室分系统架构示意图

图 2‑5 5G室分系统SA组网

图 2‑6 5G室分系统NSA组网

1.5 5G室分系统设备介绍1.5.1 基带单元

基带单元，主要实现5G基带信号的调制与解调功能，支持与远端汇聚单元间的数据收发和接口。其它可实现的功能还包括：支持无线网络共享、无线资源管理、IP压缩及用户数据流加密、UE附着时的核心网节点选择、用户面服务网关的路由、寻呼信息的调度传输、广播信息的调度传输、以及设置和提供基带单元的测量等。

本次5G室分系统部署8号楼站点覆盖设计方案中采用的基带单元为5G BBU 5800，其主要特点是：基于分布式架构，集成度高，容量大，与基于通用平台的扩展型基站相比，容量可达10倍以上。支持sub 6G和毫米波频段，支持100MHz到400MHz频谱的大带宽传输，且支持CU/DU分离和合设。将其作为5G网络信源，来补充覆盖8号楼站点的5G网络，将很大程度解决该站点存在的各种问题。其实物图如图 2‑7所示，性能参数规格如表 2‑3所示。

图 2‑7 5G BBU 5800实物图

表 2‑3 5G BBU 5800性能参数规格指标

序号	要求类别	性能指标
1	工作温度	0℃-45℃
2	工作湿度	10%-85%RH（20℃时不结露）
3	最大功耗	＜1800W（满配）
4	单站支持最大小区数	8
5	单站支持最大用户数	在线8000，激活8000
6	防护等级	IP20
7	尺寸	445*86.3*560.4（mm）
8	供电	-48V DC
9	重量	30kg
10	MTBF	10万小时
11	MTRR	30分钟
12	安装方式	挂墙或机柜安装

1.5.2 远端汇聚单元

远端汇聚单元配合基带单元以及无线射频单元使用。接收基带单元发送的下行数据，经过分路处理后传给无线射频单元，并将无线射频单元发送的上行数据经过一定的合路处理之后向基带单元发送，实现与基带单元的通信。

本次5G室分系统部署8号楼站点覆盖设计方案中采用的远端汇聚单元为5G RHUB 5 800，其功能主要就是用于5G室分内部署时室内RRU的数据汇聚与转发，以及BBU和RRU之间的通信。其主要特点为：交换能力强大，与BBU之间的接口流量可达25Gbps，与pRRU之间的的接口流量可达10Gbps；组网能力强，支持星型、链型等多种组网方式，支持4级级联，支持光口、电口等多种连接方式，支持POE方式为pRRU供电。将其作为本次组网设计中的远端汇聚单元，能够更好的连接BBU和RRU，提供更快更好的数据汇聚和转发功能。其实物图如图 2‑8所示，性能参数规格如表 2‑4所示。

图 2‑8 5G RHUB 5800实物图

表 2‑4 5G RHUB 5800 性能参数规格指标

序号	要求类别	性能指标
1	工作温度	-5℃-50℃
2	工作湿度	5%-95%RH
3	支持RRU数量	8
4	最大功耗	＜80W
5	尺寸	442*436*310（mm）
6	供电	220V AC
7	重量	6kg
8	MTBF	25万小时
9	MTTR	30分钟
10	安装方式	挂墙或机柜安装

1.5.3 无线射频单元

无线射频单元，实现射频信号的发射和接收。接收来自远端汇聚单元的下行信号，调制为射频信号后通过天线发射，从天线接收射频信号，进行相应信号处理后，通过远端汇聚单元发送给基带单元处理。

本次5G室分系统部署8号楼站点覆盖设计方案中采用的射频单元为4G&5G pRRU R8149，其主要功能是通过光纤将基站中的射频模块拉远，完成中频信号和射频信号的处理，通过先进的射频和天线技术为用户提供高速率、低时延的数据处理，从而提高基站系统容量。其主要特点是：该产品最低支持4T4R（这是目前5G室分系统的标准收发通道），在系统配置100MHz带宽、2.5ms双周期帧结构、特殊时隙配比10:2:2、上下行256QAM的系统配置下，支持下行1.5Gbps、上行375Mbps。吸顶部署、灵活方便，支持多种组网方式，满足各种楼宇环境的室内覆盖需求。其实物如图 2‑9所示，性能指标参数如表 2‑5所示。

图 2‑9 5G pRRU R8149实物图

表 2‑5 5G pRRU R8149 性能指标规格参数

序号	要求类别	性能指标
1	发射功率	3.5GHz:4*400mW    2.3GHz:2*250mW
2	安装方式	吸顶
3	工作温度	-5℃-50℃
4	工作湿度	5%-95%RH
5	接收灵敏度	≤-90.5dB@100MHz

续表2-5

序号	要求类别	性能指标
6	最大功耗	≤55W
7	载波带宽	1*100M NR+1*60M NR    2*20M LTE
8	通道数	4T4R
9	防护等级	IP31
10	尺寸	200*180*50（mm）
11	供电	POE -36V~-57V
12	重量	≤2.1kg
13	频段	2.3GHz、3.5GHz（160M）
14	覆盖半径	15-20m

1.6 新型室分系统的优势

(1)架构简单，施工便捷。5G时代主要使用3.5GHz、4.9GHz等高频段，受此影响，室分系统末端的单元数量会增加。新型室分无线射频单元体积小、重量轻、安装简单，部署迅速；整体室分系统网络架构简单，系统连接点少，这一定程度上降低了故障隐患发生的概率。采用网线或光电复合缆代替传统的馈线，不仅能够降低信号传输的损耗，而且还能够为无线射频单元供电，相比与传统室分系统中的馈线质量更轻，柔韧性好，施工更加方便。

(2)系统可视化运维，系统管理和故障排查简单。在5G网络支持下，网络设备部署的密度加大，无线射频单元的数量也将大幅度增加，从而就容易产生邻区干扰、干扰控制，覆盖与容量优化等问题。新型室分采用有源器件，后台网管能够实时监控所有设备的运行状态，出现故障可以快速定位，相比于传统室分系统，大幅度降低了运营成本。而且新型室分系统还能够根据周边的信道情况和用户密度，实现自我诊断、自优化、自愈合，减少了人工介入，实现系统的可视化管理，提高系统的可靠性。

(3)升级改造方便[10]。Massive MIMO技术是5G网络的关键技术之一，新型室分系统的无线射频单元采用网线或光电复合缆匹配高速接口模块，可以更好的支持nTnR。新型室分系统不必新增射频馈线通道，可以直接在原有链路系统上升级，无需对原有系统进行改造，就可以实现高阶更多通道的MIMO，从而有效提升用户速率，增加小区容量，增强用户体验，同时随着技术的发展和业务需求的增加，可适应后期演进。