5G室內分布系統建設面臨重重挑戰


5G室內分布系統建設面臨重重挑戰

2021-01-06 觀察者網

【文/科工力量 柳葉刀】

10月31日,在2019中國信息通信發展高層論壇上,中國鐵塔股份有限公司副總經理劉國峯指出,5G頻段高,傳播和穿透損耗大,難以通過室外覆蓋室內,5G室分(室內分布系統)將面臨建設規模大、建設成本高、落地實施難三大挑戰,5G室分更需要進一步加大共享。

中國鐵塔股份有限公司副總經理 劉國鋒

對於中國鐵塔公司有些讀者並不了解,該公司五年前成立,主要從事通信鐵塔基站建設(包括行動網路室內分布系統),其職責相當於一個基建公司,中國鐵塔建好鐵塔、蓋好塔下機房、布置好電源線路,三家運營商直接拿著通信設備「拎包入住」。

除了建設室外基站,中國鐵塔還擔負建設行動網路室內分布系統的任務,這種室內分布系統的部署在4G時代就已經展開。很多大型樓宇由於隔牆很多,室外的4G信號那以覆蓋深度的覆蓋室內(如地下停車場),所以就必須建設4G的室內分布系統。而5G時代這樣的需求更爲強烈,因爲5G頻段更高,傳播距離和穿牆性能受到限制,將面臨更大規模的5G室內建設。

5G室內分布系統建設不容忽視

在2019年的IMT-2020(5G)峯會上,中國鐵塔技術部無線技術總監鄒勇就提到,室內是5G重要應用場景,室內的業務占比越來越高,據相關統計,4G時代的70%業務發生在室內,而5G將超過85%的應用發生在室內。

目前,我國5G頻段主要包括2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz,未來還有毫米波。相比現在4G主流頻段,5G頻段比較高,頻段越高,傳輸損耗包括網絡穿透損耗都會很大。相關的數據表明,4G的sub-3GHz可穿透兩堵磚牆,C-Band只能穿透一堵磚牆,毫米波不具備穿牆能力。重要的5G室內場景都會有5G室分(室內分布系統)的建設要求,建設的重要性也就更加突出。

4G時代,行動網路使用場景主要還是集中於個人消費者,通過軟體看電影、刷抖音、刷微博、語音或視頻社交等。5G網絡的到來會讓室內應用更加多樣化,對網絡的要求更高的,比如雲、VR、AR、8K高清、智能製造、無線醫療,這些業務將主要發生在室內。不過,在未來的5G應用中,個人消費者所占的比重不會太大,而涉及到工業網際網路的企業級應用才是重要部分。

筆者前段時間受邀參訪的很多5G應用試點中,最切合實際的還是發生在企業工廠內部,利用5G行動網路的優勢藉助AI技術,提高產品的製造效率,像基於5G的機器人廠內巡檢、無人車廠內轉運貨物等,給企業帶來了效益,企業也願意爲5G買單。而這些應用企業級應用就是發生在室內的。

筆者參觀浙江新鳳鳴集團,廠內的IGV小車正在沿著規定的路線搬運絲餅,絲餅位於下方白色長筒狀,小車受5G網絡控制,在廠區車間移動

室內分布系統 無源與有源

室內分布系統的建設可以分爲兩種類型,一種是無源分布系統,另一種是有源分布系統。前者是較爲傳統的一種室分系統,在3G和4G時代就開始了採用這種方式,技術成熟,成本低。

3G網絡大量使用分布式基站架構,在RRU(射頻拉遠模塊)和BBU(基帶處理單元)之間用光纖連接。一個BBU可以支持多個RRU,採用BBU+RRU多通道方案,可以很好地解決大型場館的室內覆蓋。

BBU+RRU+天線的基本概圖,非多通道

通常大型建築物內部的層間有樓板,房間有牆壁,室內用戶之間有空間分割,當採用BBU+RRU多通道的方案時,BBU集中放置在機房內,RRU可安裝至樓層,之後RRU還要通過饋線接至能收發信號的天線上。而RRU連接到天線的過程中,就涉及到合路器的概念(POI技術),因爲在室內分布系統建設中涉及到三家運營商,爲了避免重複投資,就需要利用合路器將三家的信號融合到一起,通過同一天線收發,這也就是傳統無源室分系統的基本概念。

無源室分系統,合路器將信源傳來的信號融合,通過饋線傳輸到天線上,目前的洩露電纜可以將饋線和天線替代

而在5G室分建設中,這種天饋系統(天線和饋線)就被洩露電纜替代。以地鐵隧道場景爲例,洩露電纜的作用就相當於把原來的天線拉長,沿著隧道放置,在隧道中均勻的收發信號,適用於狹長的區域場景,相比於點源天線,洩露電纜接收信號強度是均勻緩變的。

與無源室分系統相比,有源室分系統主要上由BBU、RHUB、pRRU三部分組成,BBU基帶處理單元首先連接到RHUB上,RHUB就類似於一個集線器(或交換器),可以連接多個pRRU,這裡的pRRU可以看做傳統基站上的RRU的「小型化」,而收發天線就集成在pRRU內部。實際上,這樣的組網方式也叫做「分布式皮基站」。與此相對應的是「一體化皮基站」,也就是把BBU、pRRU集合成一體。一般來說,「一體化皮基站」覆蓋較小的簡單區域,「分布式皮基站」對於複雜的區域,擴展方便。

有源室分系統,分布式皮基站,pRRU外邊看起來是一個盒子,裡面集成了天線

無源室分與有源室分 如何選擇

相比於傳統的無源洩漏電纜室分方式,部署皮基站設備成本高。目前,三家運營商的皮基站無法共享,都「各自爲政」,像華爲、中興這樣的大廠家本來是可以將三家運營商的信號融合到同一個皮基站,技術上難度不大,但是出於利潤的考慮,設備廠商沒有動力這樣去做,道理很簡單,假如一台設備一萬元,三家運營商三台設備就三萬元,如果將其融合成一台設備讓三家共用,這一台設備也賣不了三萬元,設備製造商得不償失。

華爲的Lampsite室分系統解決方案,屬於有源室分,PRRU5921是安裝在樓宇裡面的「小盒子」,它是Lampsite解決方案的一部分,,而支持的多頻多模,筆者猜測很大可能是針對一家運營商2G/3G/4G/5G

不過,筆者通過諮詢也得知,在一些展會上出現了共享型皮基站(同時支持三家運營商),但不是華爲、中興推出的,而是鐵塔公司聯合其他廠商研製的,這樣做的目的是,一旦市場上有人跳起來說一台設備能同時支持三家運營商,那麼大廠商也只能被動地推出皮基站共享產品。

雖然皮基站容量大,但是因爲設備成本較高,其部署場景需要是人流量非常高的地方。業內人士向筆者介紹,像新建的北京大興機場就部署了皮基站,因爲這種場景下,有價值的客戶比較多,可以勉強進行布設抵消成本。如果在人流量小的地方建設皮基站,成本太高,運營商可能難以承擔。

但皮基站可以接入運營商的網絡管理系統,可以實現對設備的管控,很多信息是可以回傳的,比方說,可以在網絡管理系統上看到pRRU是否掉線,是否出現故障等,能夠做到設備運行的可視化。而洩露電纜就無法做到這一點,因爲它是無源的,沒有電,無法回傳電信號,如果想要時間監控,就得在洩露電纜外添加傳感器。

傳統的室內分布系統(包括洩露電纜),是可以共享的,用合路器(POI技術)將三家運營商的信號融合在一起,並且POI技術保證幾十個頻段隔離度減少干擾,再將信號傳輸到洩露電纜中,洩露電纜將三家運營商的所有頻段的信號全部輻射出去,這樣通過洩露電纜實現三家運營商的共享,節約室內空間資源,降低了建設成本。

目前有一些新型的洩露電纜開始支持5G(2.6GHz與3.5GHz)信號,在鄭州、石家莊、濟南等地得地鐵內也進行了相關建設。鐵塔公司相關負責人表示,「這些項目還是處於試點階段,沒有大規模的推廣開。這些試點實際上是鐵塔公司聯合相關廠家實地調試設備,之前設備不支持5G,現在與設備製造商合作進行技術攻關,調試設備的應用效果。但有些頻段還沒有完全打通,因爲5G分爲2.6GHz、3.5GHz、4.8GHz幾個頻段,這些頻段有的已經打通,有的還在攻關。」

截圖自河南日報網

不過,室內設置皮基站還是由運營商自己主導,按照原來國家工信部相關文件,關於共享共建的的指導性意見,約定了對於機場、大型場館、多業主商務樓宇等場景,天饋(天線、饋線)系統以及洩露電纜由鐵塔公司共建,而信源部分(包括pRRU,BBU等)由運營商構建,通俗的理解就是,通信天線由鐵塔公司建設,從BBU到RHUB再到PRRU屬於信源,由運營商負責。當然,也有個別地區的鐵塔公司特別受到運營商認可,運營商購買設備讓鐵塔公司幫忙施工。

對於未來5G室分建設,中國鐵塔技術部無線技術總監鄒勇也指出,無源和有源室分互有缺點,在5G時代也是揚長避短、優勢互補的關係。將來的5G室分建設將會在成本和性能中取得一個平衡,有源室分主要應用在高容量區域,無源室分作爲低成本技術方案主要應用在一些其他地區,兩者互爲補充。

5G室分系統建設 高額入場費拉高成本

現在不論是室外建設基站,還是室內建設分布系統,都要和業主打交道,業主都要收取費用,不會免費的提供建設場地。目前只有公共的綠地、設施等,靠政府出台的紅頭文件,便宜或者免費租給鐵塔公司使用,其他地方還是需要收取高額費用的。

業主收費的名目比較多,比如說,入場協調費、場租費等。實際上,最終目的就是爲了要錢。以給地鐵安裝移動信號發射設備爲例,地鐵運營方要價特別高,有時甚至不讓外界公司進入內部進行建設,地鐵公司考慮自己建設,因爲相關設備可以在市場上買到,部署的技術方案難度也不大,自己建好之後將來以高價租給運營商收取租金。這裡需要說明一點,地鐵的場景比較特殊,要麼有信號,要麼絕對沒信號。與樓宇場景不同,可以從在一棟樓宇上建設基站向對面樓宇輻射信號,而地鐵隧道只能放置洩漏電纜,只能和地鐵公司一家談判。不過也可以理解,因爲地鐵建設成本高,收入也處於虧損狀態,它也要想辦法賺錢,彌補資金虧損。

室分系統與WiFi 誰將淘汰誰

WiFi是將寬帶轉換爲一種無線接入,但是家裡的帶寬速率還是有限的,而5G無線接入的速率肯定比wifi高的多。在家裡面有4G信號,一般情況下也很少連接WiFi。而且在不同房間裡的WiFi需要來回切換認證,有時速率還趕不上4G。

其實,中國移動在2011年到2012年進行過大規模的WiFi建設,那個時候是因爲移動的TD—SCDMA技術上面存在缺陷,導致移動的3G比較落後,爲了進行補充,所以在很多公共區域、高校場所建設WiFi進行覆蓋,走到那裡就可以搜索到ChinaMobile進行連接。那個時候,WiFi可以彌補移動的3G不足,但是到了2013年,開始上4G的時候,移動馬上就減少了WiFi的投資規模。

現在對於信息安全持謹慎態度的人,基本上不會連接別人的WiFi,筆者的朋友就遇到過這樣的情況,在一家飯店吃飯,登錄了飯店的WiFi,結果QQ帳號被盜,在所有的工作羣發一些亂七八糟的消息。

確實有些學者也指出室內WiFi建設成本相對較低,但是面對高容量場景,WiFi還是不能應對的。相對於5G,WiFi畢竟還是「輕量級選手」, 而WiFi的場景可以用技術成熟、成本低的傳統有源室分系統替代。從筆者與一線項目統籌人士的交流情況看,運營商和鐵塔公司對於建設性能有限的WiFi也沒有激情。

結束語

5G的室內分布系統建設確實面臨極大的挑戰,有限傳播距離和穿牆性決定了其需要大規模部署,而建設成本高也讓鐵塔公司和運營商「壓力山大」。在進行實際部署時,還需要精細規劃,選擇合適的室分類型,聯合廠家開發低成本可共享的5G設備,同時避免運營商「各自爲政」,以鐵塔公司統籌,加大共建共享力度,從各個方面進行降本增效。

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