1 引言
隨著室內(nèi)用戶規(guī)模的增加及室內(nèi)業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，住宅等中小型場(chǎng)景的5G 室內(nèi)覆蓋需求更加急迫。而過(guò)去運(yùn)營(yíng)商一般分別單獨(dú)規(guī)劃與建設(shè)無(wú)線和有線接入，因此運(yùn)營(yíng)商通常需要重復(fù)協(xié)調(diào)入場(chǎng)和多專業(yè)的反復(fù)建設(shè)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)施工難度大，部署效率低下。為提升運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效率，本文結(jié)合中低容量室內(nèi)場(chǎng)景，提出了一種基于擴(kuò)展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案，可復(fù)用同一纖芯實(shí)現(xiàn)5G 與家寬的同時(shí)接入，大大提升網(wǎng)絡(luò)建設(shè)效率和節(jié)省建設(shè)成本。
2 當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商室內(nèi)覆蓋建設(shè)的特點(diǎn)與存在問(wèn)題
5G 模組技術(shù)逐漸成熟，其價(jià)格逐漸下降，這帶來(lái)了5G 終端連接數(shù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)表明，5G 終端連接數(shù)達(dá)到了3.65 億，并且繼續(xù)高速增長(zhǎng)，這意味著5G 基站建設(shè)持續(xù)推進(jìn)。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，盡管5G 宏基站已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)5G 信號(hào)的室外廣度連片覆蓋，但室內(nèi)的深度覆蓋仍存在巨大的發(fā)展空間。從廣度覆蓋推進(jìn)到深度覆蓋，才能滿足爆炸式增長(zhǎng)的5G 終端連接數(shù)的應(yīng)用需求[1]。
考慮業(yè)主或物業(yè)提出的美觀要求，運(yùn)營(yíng)商在部署5G室內(nèi)覆蓋天線等設(shè)備時(shí)往往會(huì)碰到物業(yè)協(xié)調(diào)和施工受阻等難題，除了如商場(chǎng)、場(chǎng)館等大型開(kāi)放場(chǎng)景，室內(nèi)分布系統(tǒng)天線大部分只能部署在走廊區(qū)域，無(wú)法深入房間。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，我國(guó)家寬普及率已達(dá)到96%。若能夠復(fù)用已有的入戶光纖資源，通過(guò)更換原有的無(wú)線路由器，實(shí)現(xiàn)5G和家寬信號(hào)的同時(shí)輸出，既可實(shí)現(xiàn)有效解決管道光纖資源匱乏、天線施工不美觀、信號(hào)無(wú)法入戶等問(wèn)題，也可提升投資效益，達(dá)成降本增效目標(biāo)。
3 擴(kuò)展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案
采用擴(kuò)展型皮基站是用于室內(nèi)覆蓋的一種相對(duì)成熟的解決方案，其需要新增基帶單元、交換單元和射頻單元，通常情況下基帶單元與交換單元之間采用光纖連接，交換單元和射頻單元之間采用網(wǎng)線連接，施工改造難度不高，成本中等[2]。由于支持的連接用戶數(shù)稍低，對(duì)比其建設(shè)成本，擴(kuò)展型皮基站更適用于中低容量中小型場(chǎng)景的室內(nèi)覆蓋。針對(duì)此類中小型場(chǎng)景，運(yùn)營(yíng)商通常將要部署或者已經(jīng)部署了光纖資源，因此，若能夠充分利用已有的入戶光纖資源，將5G 和家寬信號(hào)復(fù)用到同根光纖中傳輸，將射頻單元同時(shí)集成5G、ONU 和無(wú)線路由器等功能，將能實(shí)現(xiàn)無(wú)線和家寬信號(hào)同時(shí)入戶。我國(guó)現(xiàn)在較高的光纖入戶普及率，那么可以通過(guò)復(fù)用光纖，來(lái)為基于擴(kuò)展型皮基站建設(shè)5G 信號(hào)的室內(nèi)覆蓋提供了極大的便利[3]。
O-RAN 的系統(tǒng)架構(gòu)及定義指出，擴(kuò)展型皮基站是未來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商白盒化發(fā)展的重要形式及通用硬件。擴(kuò)展型皮基站復(fù)用PON 網(wǎng)絡(luò)的這種實(shí)現(xiàn)回傳方式，可實(shí)現(xiàn)5G 靈活快速建網(wǎng)，縮短建設(shè)施工周期[4]。結(jié)合運(yùn)營(yíng)商目前的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，為解決5G 規(guī)劃部署過(guò)程中遇到的種種問(wèn)題，本文探討并提出了一種基于擴(kuò)展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案。
3.1 基本原理
本文所述的5G 和家寬融合解決方案，是基于對(duì)擴(kuò)展型皮基站（包括基帶單元、交換單元和射頻單元三級(jí)架構(gòu)）的改進(jìn)[5]�；鶐卧狟U 安裝在OLT 機(jī)房?jī)?nèi)，交換單元EU 安裝于分光器弱電間內(nèi)，用戶家中的光貓?zhí)鎿Q為一個(gè)融合ONU、WIFI 和IPTV 功能的5G 射頻頭端RU。另外，在原EU 單元上增加一個(gè)PON 信號(hào)合路點(diǎn)，使入戶光纖同時(shí)能夠傳輸5G 信號(hào)和家寬。在家庭端處增加一個(gè)RU 單元，這個(gè)RU 單元即為集成ONU、5G、WIFI、IPTV 等功能的5G 射頻頭端。這種架構(gòu)的改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)5G 信號(hào)和家寬的傳輸和發(fā)射。這種技術(shù)改進(jìn)方法無(wú)須新增或改動(dòng)光纖。
3.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
基于上述對(duì)擴(kuò)展型皮基站的融合改造原理，結(jié)合GPON 鏈路的特點(diǎn)，以及現(xiàn)有的家寬等有線資源的現(xiàn)狀，提出一種新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該方案能夠在不改變現(xiàn)有GPON 網(wǎng)絡(luò)的情況下，將RU 部署到家庭等中小型場(chǎng)景中，可以實(shí)現(xiàn)5G 信號(hào)和家寬等已有部署的光纖信號(hào)共用1 根光纖輸出。
為了進(jìn)一步闡述圖2 中的系統(tǒng)方案具體設(shè)計(jì)，結(jié)合上述基本原理，對(duì)方案作以下詳述。首先，在傳輸機(jī)房中建立5G BU 基站，5G BU 基站接入5G 核心網(wǎng)和寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)光纖，5G BU 基站分別對(duì)5G 業(yè)務(wù)和寬帶業(yè)務(wù)分別處理后重新組幀與分布式下一級(jí)設(shè)備EU 進(jìn)行通信。5G 設(shè)備采用option7-2 架構(gòu)，5G BU 與分布式下一級(jí)設(shè)備EU 通信使用光纖以太網(wǎng)協(xié)議，每個(gè)5G BU 有4 個(gè)光口，可以帶4個(gè)5G 雙通道小區(qū)。通過(guò)光纖將5G 和寬帶業(yè)務(wù)拉遠(yuǎn)傳輸?shù)叫枰?G 覆蓋的小區(qū)，在進(jìn)入戶的豎井或弱電井中增加光寬5G 融合擴(kuò)展設(shè)備EU。每個(gè)EU 有12 個(gè)向下分發(fā)的光口，其中1 個(gè)光口可以作為級(jí)聯(lián)光口，可以向下再級(jí)聯(lián)一級(jí)EU，這樣一個(gè)BU 最大可以接入92 個(gè)入戶RU 設(shè)備。
該方案可以實(shí)現(xiàn)同一根入戶光纖同時(shí)為家庭提供5G無(wú)線信號(hào)和家庭寬帶等有線業(yè)務(wù)。該方案的亮點(diǎn)在于5G信號(hào)和光寬信號(hào)采用合波方式，RU 融合5G 和ONU、IPTV、WiFi 功能。此外，在硬件設(shè)計(jì)上，BU 采用標(biāo)準(zhǔn)1U 服務(wù)器結(jié)構(gòu)，可安裝在室內(nèi)或有防護(hù)能力的室外機(jī)柜中。EU 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的19 英寸寬、1U 高版本的小型化盒式設(shè)備，可安裝在室內(nèi)、弱電井或有防護(hù)能力的室外機(jī)柜中。而RU 采用模塊化結(jié)構(gòu)，對(duì)外接口簡(jiǎn)潔，指示燈集中在正面，可擺放在室內(nèi)。
3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能驗(yàn)證
3.3.1 現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)方案設(shè)計(jì)
為了驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能表現(xiàn)，本方案于2021 年12月于深圳市福田區(qū)嘉洲富苑試點(diǎn)應(yīng)用�；诂F(xiàn)有家庭寬帶系統(tǒng)，增加BU、EU 設(shè)備。其中，BU 設(shè)備安裝于B3F 機(jī)房，EU 設(shè)備安裝與13F 弱電井，并用融合WIFI、ONU和IPTV 的5G RU 設(shè)備替換原光貓?jiān)O(shè)備。
3.3.2 試點(diǎn)測(cè)試情況
改造前后相關(guān)信號(hào)強(qiáng)弱對(duì)比如圖4、圖5 所示。5G RU設(shè)備安裝點(diǎn)位于客廳，系原室內(nèi)覆蓋最弱區(qū)域。在升級(jí)改造前，室內(nèi)5G 覆蓋偏弱，存在宏站干擾，且部分區(qū)域存在覆蓋效果較差，并存在盲區(qū)�，F(xiàn)網(wǎng)升級(jí)改造后，新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案能夠使室內(nèi)5G 覆蓋RSRP 由平均-95 dBm提升為平均-80 dBm 左右，且SINR 均在24 左右，并使得綜合覆率達(dá)到100%，覆蓋效果良好，特別是原室內(nèi)覆蓋最弱的客廳區(qū)域的信號(hào)情況有了極大改善。室內(nèi)下載速率平均提升31.03%，上傳速率平均提升34.43%，速率提升效果顯著。EPSFB 語(yǔ)音總體感知良好，室內(nèi)外切換測(cè)試正常。
此外，經(jīng)調(diào)試，在進(jìn)行改造升級(jí)后，家庭寬帶等功能可正常使用，對(duì)正常原有業(yè)務(wù)無(wú)影響。WIFI 功能經(jīng)測(cè)試正常，通過(guò)在近點(diǎn)位與遠(yuǎn)點(diǎn)位分別測(cè)試，測(cè)得改造后近點(diǎn)位WIFI 場(chǎng)強(qiáng)-32 dBm，遠(yuǎn)點(diǎn)位WIFI 場(chǎng)強(qiáng)-48 dBm，與改造前近點(diǎn)位WIFI 場(chǎng)強(qiáng)-31 dBm，遠(yuǎn)點(diǎn)位WIFI 場(chǎng)強(qiáng)-48 dBm，改造前后近乎無(wú)差別。IPTV 功能正常，經(jīng)測(cè)試，連續(xù)3 小時(shí)播放電視直播節(jié)目，無(wú)卡頓。結(jié)合室內(nèi)場(chǎng)景的房屋結(jié)構(gòu)及用戶通常的使用習(xí)慣，此處的“近點(diǎn)位”為距離RU 單元直視可見(jiàn)、且相距2 到3 m 的范圍，在本次試點(diǎn)測(cè)試中，為此試點(diǎn)安裝RU 設(shè)備的客廳；“遠(yuǎn)點(diǎn)位”為距離RU 單元直視不可見(jiàn)（如隔墻）、且相距3 到5 m 的范圍，在本次試點(diǎn)測(cè)試中，為靠近客廳的房間，即“房間1”。
3.4 方案試點(diǎn)測(cè)試結(jié)果分析
在深圳市福田區(qū)嘉洲富苑的現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)測(cè)試，充分驗(yàn)證了該方案的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。首先，本方案可實(shí)現(xiàn)有線無(wú)線的協(xié)同規(guī)劃建設(shè)，一次進(jìn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)5G 和家寬網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)通，還可以將ONU、無(wú)線路由器、IPTV 盒子和無(wú)線設(shè)備集成在一起，減少家庭場(chǎng)景的設(shè)備類型和數(shù)量，便于設(shè)備管理。其次，通過(guò)現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)試前后對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，有家寬但手機(jī)信號(hào)弱的存量樓宇場(chǎng)景，通過(guò)改造，在弱覆蓋區(qū)域新增5G RU，即可顯著提升5G 信號(hào)強(qiáng)度。但由于5G RU 為小信號(hào)覆蓋，從試點(diǎn)的3 個(gè)房間的信號(hào)強(qiáng)度的提升幅度中可以發(fā)現(xiàn)，信號(hào)存在明顯的穿墻損耗，因此本方案主要適用于住宅與部分中小型場(chǎng)所的室內(nèi)5G 信號(hào)提升。
3.5 使用場(chǎng)景建議
本方案于深圳市住宅場(chǎng)景的試點(diǎn)，完成了方案設(shè)計(jì)、現(xiàn)網(wǎng)施工及測(cè)試。測(cè)試5G 無(wú)線、WIFI 和IPTV 等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足預(yù)期，并取得良好效果。后續(xù)可廣泛適用于中低容量室內(nèi)場(chǎng)景的信號(hào)覆蓋，譬如家庭住宅、臨街商鋪、超市、小型寫字樓；或用作美容、酒吧、健康中心、麻將館、茶莊、KTV、電影院、三星級(jí)以下酒店、賓館等餐飲娛樂(lè)場(chǎng)所室內(nèi)信號(hào)覆蓋提升。
4 結(jié)束語(yǔ)
基于擴(kuò)展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案，通過(guò)復(fù)用一根入戶光纖，實(shí)現(xiàn)有線無(wú)線的有機(jī)協(xié)同。此方案有利于有線無(wú)線同步規(guī)劃和同步建設(shè)，避免二次施工，減少物業(yè)協(xié)調(diào)難度，降低網(wǎng)絡(luò)施工阻力，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速部署，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)投資和建設(shè)時(shí)間，大大提升了建網(wǎng)效率。
在傳統(tǒng)家庭網(wǎng)絡(luò)中，產(chǎn)品類型多、管理難度大，家庭室內(nèi)存在ONU、無(wú)線路由器、IPTV 盒子、無(wú)線主設(shè)備和天線等多種設(shè)備，故障點(diǎn)多，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和管理難度較大�；趯�(duì)擴(kuò)展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案，能夠?qū)⒍喾N設(shè)備集成在一起，減少家庭場(chǎng)景的設(shè)備類型和數(shù)量，便于設(shè)備管理智慧家庭業(yè)務(wù)的快速推廣。未來(lái)還可以考慮對(duì)方案進(jìn)行一步迭代升級(jí)，在5G RU 端加入智慧家庭網(wǎng)關(guān)功能，利用5G 高安全性、本地分流和邊緣計(jì)算特點(diǎn)，提高家庭數(shù)據(jù)安全性，減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸壓力。
