第一篇 室内分布基础篇
第1章 不可见的室内照明——初识室分
夏日的中午,骄阳似火,分外刺眼;你,一个白领,快速走进公司的写字楼,光线适中,稍感舒适;走进大厅深处,突然照明系统出现故障,所有的会议室和封闭办公室都暗了下来,只靠室外的阳光无法满足室内办公环境的照明需求。这说明在结构复杂、面积较大、存在很多封闭空间的写字楼里,必须有自己单独的室内照明系统,否则写字楼里就会存在很多阳光照射不到的地方,影响员工的办公效率。
可见光是一种频率很高的电磁波,室内照明系统是把可见光均匀地照射在复杂楼宇各处的系统,也是一定意义上的室内分布系统,只不过它“分布”的不是用于无线电波收发的天线,而是发射可见光的电灯。
无线室内分布系统也可以看成一种室内“照明”系统,只不过它“照明”的效果不像灯光一样可见,是一种不可见的室内照明系统(见图1-1)。
图1-1 照明系统与室分
室内分布系统(indoor Distributed Antenna System,iDAS),从字面上看,有三层含义:“室内”(indoor)、“分布”(Distributed Antenna)、“系统”(System)。
首先,“室内”区别于“室外”,室内分布系统和室外分布系统最大的区别在于使用场景的不同。于是有室内、外天线的选型不同,天线的增益不同,天线的覆盖范围大小也不同,进而所需的天线布点的多少也不相同。
室内场景一般是指酒店、写字楼、购物场所、大型场馆、车站、机场、地下停车场等有无线覆盖需求的场所,一般选用体积较小、增益较低的吸顶天线或板状天线;室外分布系统使用的场景一般是生活小区、城中村、别墅区、校园等场所,选用天线的增益较大,单天线覆盖范围比室内天线大,因而需要的天线数量也比相同面积的室内环境少。
“分布”是相对于“集中”而言的。白天太阳升起,一个强度很大的“光源”照亮大地,可称之为“集中”;傍晚群星璀璨,无数强度不大的星星照亮夜空,可称之为“分布”。
在无线通信系统中,室外宏站一个扇区的天线以较大的功率发射无线电波,可以覆盖数千m2的区域;而在室内,由于楼层和隔墙的阻挡,室外宏站的信号无法深入地、保质保量地覆盖室内空间,需要“小功率天线多点覆盖”,也就是说需要把小功率天线分布在室内多处,从而使无线信号均匀地覆盖到室内各处。无线通信系统的集中覆盖和分布覆盖示例如图1-2所示。
图1-2 集中覆盖与分布覆盖
a)集中覆盖 b)分布覆盖
“系统”是相对于“个体”而言的。从哲学上说,二者是辩证统一的,有三层含义:“系统”是由多个“个体”组成的;“系统”协调“个体”之间的关系完成特定的功能;“个体”的作用通过“系统”发挥出来。
组成室内分布系统的“个体”是各种功能的射频器件,包括三种类型:无线信号发生器件、无线信号传送器件和无线信号发射器件。也就是说,室内分布系统由信号源、传输器件和天线三大部分组成,如图1-3所示。信号源负责无线信号的产生,传输器件负责把无线信号传送到天线单元,而天线则负责把无线信号发射出去。
图1-3 室内分布系统的组成
1.1 LTE驻留比低的困惑——室内分布系统的重要性
全球首个LTE商用网络,是北欧最大的电信运营商TeliaSonera,在2009年部署在挪威首都奥斯陆的LTE网络。中国移动也很早就加入了推动LTE商用化的行列。目前,中国移动不仅是我国LTE运营商的老大,而且是世界上4G网络部署和运营的前辈。
作为前辈,中国移动自然是LTE网络性能和用户体验的领跑者。但随着我国智能终端的快速发展,移动应用需求的爆发式增长,中国移动在领跑4G网络性能的过程中,逐渐发现一个问题:尽管LTE基站规模每年都大幅增长,但仍然有大量的LTE用户在很多时候无法驻留在LTE网络上。
这些无法驻留在LTE网络上的LTE用户,自然对运营商承诺的4G服务不满,他们由于自己的数据业务体验没有达到预期,而不断投诉。这样,作为我国运营商的老大,它体会不到领跑LTE网络的快感,而只能感觉到随时被LTE用户投诉的压力。
与此同时,GSM和TD-SCDMA高数据业务流量的小区在很多场景大量存在,造成网络拥塞。LTE网络在这些场景没有起到应有的分流作用。
中国移动在业务创新、技术创新的道路上不遗余力、艰苦跋涉,可是用户投诉上网速率低的问题还是十分棘手。回头看一下,中国电信、中国联通,这两家运营商虽起步略晚,但在LTE用户的发展上步子还是很快的。眼前的景象让中国移动不敢相信,揉一下朦胧的双眼,它清晰地看到竞争对手在LTE用户增长速度上超过了自己。
市场也太不公平了!经过全面研究和认真反省后,中国移动终于发现了一个最简单的道理:覆盖,尤其是LTE的室内覆盖才是LTE用户发展的关键。正如老百姓只有吃饱饭社会才安定一样,终端只有接收到LTE信号才能安心地驻留在LTE网络上。
LTE室内覆盖的重要性在LTE发展初期并不是不言而喻的,而是痛定思痛后的彻悟。中国移动提供的大量数据表明,LTE用户使用的业务发生在室内的概率高达70%,尤其是高速下载类的业务,如图1-4所示。因此,要想快速发展LTE用户,室内覆盖不再是可选项,而是必选项。
图1-4 室内、外业务所占比例
在什么地方实现室内覆盖呢?再简单的结论,也要用数据说话。在发生数据业务话务量的各种室内场景中,写字楼等办公场所的话务占30%,住宅、酒店等住宿场所占25%,车站、机场等流动人员密集的场所占26%,如图1-5所示。这三大类室内数据业务话务发生的重要场景,将是室内分布系统建设的重点。
图1-5 室内不同场景业务话务量所占比重
光说不练假把式,中国移动知行合一、说到做到。2014年之后的几年内,在我国的数据业务话务量密集的室内场景,包括城市中心和商业区的写字楼、宾馆,人口集中的住宅小区、校园,地铁等,中国移动完成了数万个站点的室内覆盖建设。不出意料的是,LTE驻留比在这期间也快速增长,很多城市的LTE流量驻留比已经超过了95%,由于无法驻留LTE网络导致的用户投诉也逐渐下降,最终稳住了我国LTE网络用户规模的老大位置。
中国移动在LTE室内覆盖建设的经验非常符合广大室分厂家的市场利益,大家纷纷摩拳擦掌,想把这个蛋糕做大,同时尽可能多地分食这块蛋糕。在多家运营商的持续关注及室分厂家的有力推动下,中国移动的经验在全球迅速达成共识,主要有以下两点:
1)高价值客户主要在室内,LTE室内覆盖非常重要。
2)室内覆盖的完善等同于用户数的增长,是吸引新客户、留住老客户的关键。
1.2 两个基本点——室内分布系统的使命
室内覆盖既然这么重要,是不是任何室内空间都需要建设室内分布系统呢?回答自然是否定的。那么如何判断一个建筑内部是用室外宏站覆盖,还是专门建设室内覆盖系统。
答案是把握两个基本点:盲点和热点(见图1-6)。
图1-6 盲点和热点
a)热点 b)盲点
“补盲补热”是室内分布系统的使命。问题的关键是什么是“盲点”?什么是“热点”?概括性较强的原则或标准在具体化的过程中往往有各种各样的问题和困难。正如问一个大龄剩女要找什么样的男朋友时,她说:“我的要求很少,对我好就行,可是现在的男人太自私!”“对我好”是标准,但如果不落在具体的男人身上,这个标准毫无现实意义。
“盲点”是指通过室外宏站难以有效完成良好、全面、深度覆盖的大楼区域。什么样的大楼容易出现“盲点”呢?结构复杂、穿透损耗较大的楼宇,如大型办公楼、高级酒店、综合商场等;还有一些场景室外信号压根无法进入,如地下停车场、地下商场、地下游乐场所、室内电梯等,这些区域容易出现盲点。
“热点”是无线用户密度相当大,对业务质量要求相当高的室内区域,尤其数据业务用户相对集中的地方,如大学校园、运营商营业厅、企事业单位集中办公楼等。这些场景不仅话务量大,而且高端用户较多,对运营商品牌的美誉度影响非常大。
“盲点”是室内场景覆盖角度的需求,“热点”则是室内场景容量角度的需求。专门的室内分布系统是重要大楼的“盲点”和“热点”问题解决的必然选择。
当然,“非盲非热”的室内场景就不需要费心费力地进行室分系统的建设了。这些场景包括穿透损耗小、结构简单、重要程度很低的扁平结构的楼宇,以及低矮的居民住宅。
1.3 前世今生——室内分布系统的发展历程
鲁迅说:“其实地上本没有路,走的人多了,也便成了路。”套用鲁迅的话说:“其实室内本没有覆盖,室内打电话的人多了,也便有了覆盖。”
在移动通信系统发展的初期,室内区域的无线信号覆盖完全是由室外宏蜂窝来提供的。室外覆盖室内是最早实现室内覆盖的方法,同时也是最方便快捷的方法,因此直到目前为止,它仍然是绝大多数室内环境的主要覆盖方法。
做得越完美,人们的期望越高。20世纪90年代末,伴随着GSM网络的逐步发展和完善,人们不再认为在电梯、卫生间里打不通电话是理所当然的,很多人选择了对网络质量进行投诉或抱怨,也就是说人们对随时随地的通信需求日益强烈。
直放站伴随着对GSM室内覆盖的强烈需求横空出世。京信和虹信作为国内首批直放站生产厂商发现了室内通信的潜在需求,准确切入市场,催熟了我国直放站市场。
直放站,顾名思义,就是直接放大信号的站点,类似无线信号的中继放大器,最主要的功能是延伸覆盖,非常适合补盲的覆盖场景。
直放站就像传令官一样把上级领导的命令(施主基站的信号)传到较为边缘或较为封闭的区域。但是这个传令官(直放站)并不能保证所传的命令百分之百保持原意(有用信号),由于多种因素的影响引入了一些干扰因素(底噪会抬升)。也就是说,直放站用增加系统底噪的代价换取了覆盖延伸的好处。
直放站并不增加容量,而是借用了施主基站的容量,有时甚至会降低系统容量。因此在一些高话务的室内场景并不适用,也就是说直放站并不适合“补热”。
但是随着城市热点的日益增多,一些室内场景(如购物中心、会议中心、大型场馆、商务楼宇)的话务量增加迅猛,这些场景面临的不仅是覆盖问题,更多的是容量问题。于是微蜂窝技术应运而生。如果说宏蜂窝技术主要解决的是室外广域覆盖的问题,那微蜂窝则是非常适合解决局部区域盲点和热点的一门技术。
“青出于蓝而胜于蓝,冰水为之而寒于水”,微蜂窝是在宏蜂窝的基础上发展起来的,在解决局部热点区域的容量问题方面却比宏蜂窝技术更加切实可行。微蜂窝比宏蜂窝的发射功率小(GSM的微蜂窝一般在1W以下),覆盖半径一般在100m左右,相比宏蜂窝来说,其允许更小的频率复用距离,增加了单位面积可服务的用户总数。作为无线覆盖的补充,微蜂窝一般用于宏蜂窝无法覆盖到、但又有较大话务量的室内场景,也可以应用于密集城区的分层小区场景。
直放站和微蜂窝作为室内覆盖的信号源,技术上各有千秋。直放站不需要额外的基站设备和传输线路,安装简便灵活,成本较低,但抬升了系统底噪,降低了系统的容量;微蜂窝具有覆盖范围小、发射功率低,可大幅增加系统容量,但是组网成本较高。
随着经济的发展,楼房越来越高,面积越来越大,从信号源到各楼层分布天线的馈线长度要求越来越大,于是馈线的布线成本居高不下,馈线损耗也越来越大,很难满足远离信号源楼层边缘处的覆盖需求。为了使无线信号能够均匀地到达各楼层的各个角落,降低馈线使用的规模,迫切需要信号源靠近天线安装。
射频拉远技术实现了这一点。一般来讲,无线基站由射频部分和基带部分组成,现在将射频部分和基带部分分别放置在两个物理实体中,即RRU(Radio Remote Unit)和BBU(Base Band Unit)中,整个室内分布系统实现基带资源池共享,射频单元(RRU)通过光纤拉远;一个BBU可以通过光纤连接很多RRU,如图1-7所示。
图1-7 射频拉远技术图示
射频单元(RRU)可以设计得非常小,便于灵活安装;使用光纤,传输损耗非常小,几乎可以忽略,布线方便,成本较低。
1.4 着手4G、着眼5G——室内分布系统的发展趋势
国内各运营商的4G建设已经日臻完善,WLAN热点区域的抢滩登陆、格局已定。物联网、5G的发展规划也在酝酿之中。在面向未来的无线系统建设过程中,随着室外区域的网络质量越来越同质化,室内诸多场景的精细化覆盖已经不约而同地成为各运营商必争的战略高地(见图1-8)。
图1-8 着手4G、着眼5G
单一制式的室内分布系统在LTE网络建设的时代背景下,将会变得越来越没有竞争力。运营商在室内分布面临的考验是,不但要考虑LTE室内分布系统如何利用并兼容2G、3G、WLAN制式的室内分布系统,还要考虑物联网时代、5G时代室内分布系统的演进和兼容问题。
多制式合路是室内分布系统发展的必然趋势。这不仅意味着同一运营商内的不同制式在室内的合路,也意味着多运营商多制式的室内分布系统的整合。不可能希望大型楼宇的物业允许多个运营商为了不同制式的无线室内覆盖,一遍又一遍地进入大楼施工改造,唯一的出路是在一个新大楼落成的时候,大楼已经具备多个无线系统的统一接入点,支持包括GSM900、DCS1800、CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WLAN、LTE、NB-IoT、5G等多个制式。这样既避免了反复的物业准入申请,又避免了重复建设。
信源的小型化是室内分布系统的又一个发展趋势。小型化的目的是方便灵活安装,尽可能地靠近天线,实现小功率天线的多点覆盖,使无线信号更加均匀地分布在最终用户使用的室内场景。最终小型化的信源可能进入家庭,类似于电视机上的机顶盒,满足智能家居中,无线数据业务的高速大容量需求。
5G时代,室内全连接解决方案的关键点是灵活、智能、高效的小基站、皮站、飞站的引入,可以称之为Small Cell、Pico RRU、Femoto RRU。这些信源设备集成度高,站址及场景选择灵活,不需要机房等配套设施,部署方便,而且能有效满足高流量、高连接、高移动的业务需求。
IP化也是室内分布系统的发展趋势。小型化的RRU通过网线(五类线)与集线器(Hub)相连,由集线器(Hub)通过光纤和BBU连接。无线用户接入的最后几十米IP化,可以使室内分布系统组网更加灵活方便,如图1-9所示。因为一般楼宇内综合布线系统中都考虑了网线的分布,所以网线资源是非常容易获取的。
图1-9 IP化的室内信源系统
传统室内分布建设方式DAS(分布式天线系统)虽然可以提供比较好的覆盖,但在5G时代,DAS部署困难、对场地所有者过度依赖、容量增长能力有限、关键技术演进受限的问题就显现出来了。
在5G网络时代,室内分布系统必然从天线分布发展为射频拉远的分布,即从DAS发展到DBS(Distributed Base Station)或者是DAS和DBS的共存。
5G时代,不仅需要实现光纤级的接入速度、零时延的用户体验、海量节点的接入能力,还要实现超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性的支撑;在5G网络时代,移动互联网及物联网的应用范围及深度将大幅拓展,5G的典型应用将渗透到用户居住、工作、休闲等各个领域,特别是城市密集区域。
高频段传输、设备与设备间通信、大规模天线阵列,密集组网,上下行完全解耦等,是5G的关键技术。5G的室内覆盖应适应5G业务要求及关键技术的发展趋势,能够不局限于传统组网方案,大胆运用新技术,实现基于不同场景及条件的灵活部署;能够拥有强大的扩展能力及定制能力,能够实现控制与承载资源分离,支持控制面与用户面独立扩展和演进,基于集中控制功能,实现多种网络部署场景下,网络智能优化和高效管理;能够根据设备能力、频谱资源、业务性能要求及用户需求,实现网络资源的灵活调配和网络功能的灵活部署,同时降低网络部署成本和运维成本。
5G时代的室内分布系统,为了满足eMBB(增强移动宽带)业务10Gbit/s以上的体验峰值速率和10Mbit/(s·m2)流量密度的要求,需要支撑100MHz以上的网络带宽,和MI-MO大规模部署,还要支持C-band(3.7~4.2GHz的一段频带,作为通信卫星下行传输信号的频段)和毫米波,同时通过小区动态分裂、多载波聚合和高阶调制等技术,灵活满足网络流量在区域和时间分布上的潮汐现象,无源天线难以满足上诉要求,5G室内网络需要天线端有源化。
传统的射频电缆和室分耦合器件不支持5GNR(New Radio,新空口)新频段,在这种情况下,面向5G演进,使室内网络架构具备快速引入5GNR能力,就比较困难,需要重新部署,而在室内全部重新部署新的射频电缆成本很高,有些地方甚至没有空间,已无法部署。运营商需要从现在开始,在室内部署大带宽、轻量化的传输,如网线、光纤等,以代替笨重的射频电缆,可以通过快速叠加5GNR模块开展5G移动新业务,在一段时间内,形成LTE和5GNR融合组网,提供类似5G网络的极致体验服务。
室分网络设备的进场部署,需要与物业、业主协调、安装和调试,过程复杂,进场维护的成本很高。在5G时代,可视化运营维护成为基本要求,实时监测室分网络海量器件和其他网元设备的工作状态,自动根据周边信道条件和用户密度自优化网络资源分配,在网络出现故障时自动诊断和愈合,最大化减少人工介入以降低运维成本,从而大大节省运营商的运维成本(OPEX)。
在5G时代,室内网络需要具备提供高清视频、无线VR/AR、室内精准位置定位、导航、大数据分析等新业务的能力。以室内精准位置定位为例,传统的DAS小区级定位范围是50~100m,而数字化室分系统的定位精度为5~7m,甚至更高,同时还可以对外开放接口,成为各种第三方移动业务(包括位置服务LBS业务)应用开发的平台(见图1-10)。
图1-10 室内定位导航的应用
1.5 战火纷飞——室分市场格局论述
室分系统的市场分为两大块:室分器件或设备市场和室分系统集成市场。参与该市场的国内外厂家众多,包括京信、虹信、国人、云海、三维、奥维、阿尔创、PowerWave等公司(排名不分先后)。
任何行业市场格局的发展都会经历类似春秋战国这样的历史演变过程。
在行业发展的初期,很多人看到了行业的发展前景,产业资本如潮水一般逐利而行,一时间涌出数量众多的厂商,市场格局进入了春秋时期诸侯并列的时代。2000年左右的室分市场就是处于这样一个时期,从事室分器件销售、参与室分系统集成的厂家高达100多家。
但是多数厂家并没有自主研发和自主生产的能力,市场往往是大浪淘沙、优胜劣汰,行业集中度在不断提高。运营商实行室分系统的集中招标后,市场格局迅速进入了战国争雄时代。市场份额不断向具有自主研发能力、资本实力雄厚和营销网络完善的几大厂商集中。京信、虹信、国人等厂家稳居大国地位,是室分市场的龙头厂家。
从2010年以前室分系统集成市场的公布份额可以看出,国内室分市场基本形成了三大梯队:以京信、虹信、国人为代表的第一梯队,具有较大的资金实力和较强的研发实力,市场范围覆盖全国,市场份额总和达到60%以上;以云海、三维、奥维为代表的第二梯队,是一些室分系统的区域优势厂家,它们的区域客户关系良好,市场份额总和在20%以上;第三梯队则是那些局限在某一个省或几个省的小公司,整体市场份额正快速下降。
伴随着三大运营商LTE的大规模建设,铁塔公司发挥的作用越来越大,目前室分市场的发展呈现了新的趋势。
首先,室分市场的蛋糕越来越大。在2G、3G时代,国内室分市场的规模在70亿元左右(2010年年初);随着LTE的大规模建设,室分市场规模增加到100亿元以上;随着5G的脚步越来越近,运营商将进一步加大室内覆盖的投入,室分市场将成为5G网络建设和发展的竞争核心,市场规模可达到200亿元以上。
2017年,中国移动LTE的室内站点数目已经接近了室外站点数目;联通在最近三年时间内建设的LTE室内站点数接近了联通GSM网络15年建设的室内站点规模;电信LTE室内站点规模也在逐年增长,规模接近了2、3G室内站点的网络存量。
其次,直放站的市场规模进一步下降,RRU的市场份额将稳步提升。在2G时代,中国移动和中国联通的2G网络规模大,用户多,直放站需求量大,一直是室内分布系统的主导信源。
自2005年以来,CDMA直放站市场规模急剧萎缩。2006年开始,GSM直放站市场规模出现较大幅度下降。既能补盲又能补热的RRU逐渐成为室内分布系统的新宠,尤其是在LTE大规模建设的过程中,RRU代替直放站已经成为市场发展的必然。
再次,主设备厂家将进入室分集成市场。由于BBU和RRU是基站的一种分体形态,技术上主设备厂家更具优势,在LTE室内分布建设的浪潮中,主设备厂家(如中兴、华为)不可能坐视室分系统集成这块的利润白白从身边溜走,凭借着对LTE技术的深刻理解和室内、室外整网性能优化的丰富经验,其必然加入这一市场的角逐。但传统的室分厂家并非没有优势,其产业链控制力会比主设备厂家强很多,尤其是在客户关系、楼宇准入、分布系统配套等方面具有不可忽略的优势。
最后,随着5G系统的部署,Small Cell、Femto Cell、Pico Cell等小基站将大行其道(见图1-11)。国内5G网络的工作频谱多数将分配在更高频段,穿透损耗更加明显,深度覆盖不足将是5G网络面临的主要难题。有难题就有需求,有需求,就有市场。各种类型的小基站将在补盲覆盖的同时,起到分流室内数据业务的作用,有效减轻了室外站的负荷,以其低功耗、占用空间小、美观,低运营成本等优势,成为室分市场上的新宠。
图1-11 5G时代的室分
室分市场的战局会如何演变,让我们拭目以待吧!
1.6 纲举目张——室分关键点
东汉末年著名的经学大师郑玄说:“举一纲而万目张,解一卷而众篇明。”室内分布的建设有没有这样一个总纲,只要把这个“总纲”举起来,其他的“网眼”自然就舒张开来?回答是肯定的。
室内分布系统的“纲”就是“覆盖”,5G时代的室内全连接系统的“纲”也是“覆盖”。这个“覆盖”的要求可不是有信号这么简单,而是更加苛刻,要求做到“均匀覆盖”“深度覆盖”“立体覆盖”“准确覆盖”“随波逐流的覆盖”。要做到这些,并不容易。
当拎起“室内覆盖”这个纲的时候,舒张开的“网眼”会呈现出各种各样的问题和挑战。
(1)均匀覆盖
大家希望无线信号均匀地覆盖在室内的各个角落,就像晚春清晨的阳光柔和地洒满大地,不多、不少,让人们舒畅自然地沉浸其中。
但是当你想要实现室内均匀覆盖的目标时,经常会碰到物业准入的难题。“无钱免谈”的物业难题还不是大问题。有时候物业难题不是钱的问题,安全问题、保密问题、装修问题都可能是物业或业主拒绝进楼施工的理由。
一方面投诉你的网络信号不好,另一方面又阻止你施工建设,这是一个左右为难的情况。做点事业还真的很难,不是技术方面的难,是做人方面的难。不过幸好,一些专门从事物业准入谈判的公司可以帮忙,省去运营商物业谈判所费的周折。
物业准入以后,实现均匀覆盖的目标仍然困难重重,供电问题、走线问题也是室内分布系统建设经常会碰到的难题。室内配套设施改造量大,不能快速完成施工,可能被旷日持久地拖延下去;还有的楼宇很难找到新的天线挂点,很难找到合适的RRU安装位置;甚至好不容易安装好的RRU一夜之间被小偷拿走当废铁卖掉。
一句话,室内信号均匀覆盖的技术难度不大、物业准入、配套设施、工程安装等非技术问题才是困难所在。
(2)深度覆盖
无线电波如果能够穿越重重障碍到达大楼的各个角落,那就好办了,实现楼宇的深度覆盖就不那么困难了。但很多大楼的主体采用钢筋混凝土结构,还辅以多种其他建筑材料,如玻璃幕墙,而且楼体结构复杂多样,存在大量独立的、相对封闭的空间,如图1-12所示,楼体的穿透损耗难以确定,单一手段难以实现深度覆盖。
图1-12 大楼深度覆盖困难场景
室内的无线传播环境非常复杂,无线信号的路径损耗(简称路损)的波动巨大,同一地点不同时间终端收到的无线信号强度变化较大,无主服务小区现象比较普遍,深度覆盖困难。尤其在LTE室内分布系统建设的过程中,这一问题更加严重。LTE制式室内覆盖使用的频率一般都在2.3GHz或者更高,因此,传播损耗比GSM900的损耗大6~11dB,深度覆盖能力弱于2G。也就是说,LTE室内覆盖需要的天线数目要多于2G。
在5G时代,会使用毫米波做移动通信,室分系统使用的频率将达到6GHz以上。但地球上有点无线通信常识的人都晓得,频率越高,无线电波的绕射性能越差,相应的衰落越大。也就是说,5G信号在自由空间的传播损耗将比LTE信号大9.5~20dB,深度覆盖能力相对于LTE来说,就更弱了。
(3)立体覆盖
现在大中城市的密集商业区,高楼林立,举例来说,在我国香港的铜锣湾地区,1km2平均630栋高楼,平均楼高达45m。伴随着不断刷新的“亚洲第一”高楼,不断涌现的“地王”标志性建筑,平面覆盖的二维思维已经不再适应这一形势。小区的覆盖范围不再是二维平面的概念,而是三维立体空间的概念,如图1-13所示。
图1-13 立体覆盖
立体地划分空间小区,需要考虑室内、室外的有机配合,高矮楼层的协调统一。密集城区立体覆盖的难处也正好体现于此:高矮楼层互相干扰,室内外难以配合。空间小区的覆盖范围难以控制,干扰控制难度较大。楼宇高层导频污染严重、窗边切换控制难度大;低矮楼层室内外切换带、切换参数的调整难度大。
(4)精确覆盖
好不容易建设起的室内分布系统,希望它能够很好地服务室内的话务,同时不要对室外的通信质量造成影响。这就要求室内分布系统能够实现精确覆盖的目标,一方面能够很好地吸收室内话务,另一方面能够不要泄漏到室外,对室外用户造成影响。而目前来看,室内话务吸收的问题、室内信号泄漏到室外的问题,恰恰是室分系统建设中碰到的常见问题,如图1-14所示。
图1-14 室外信号飘入室内及室内信号泄漏室外
室内分布系统不吸收话务,一般发生在楼宇高层,通常是由于室外信号太强,泄漏在室内造成的,但本质上是室内外协同规划没有做好。信号外泄则常发生在楼宇底层,室内信号不规矩,跑到自己不该出现的地方,如室外的快速道路上,凡是过往车辆上的用户都会被它影响一下,掉话、接入失败等网络问题自然增多。
(5)随波逐流的覆盖
城市密集城区的高楼用户集中、话务量大,但是各楼层之间话务并不均衡。密集城区重点大楼和居民生活小区在工作日存在明显的话务潮汐现象,密集城区的忙时一般出现在上午的9~11时,而居民生活小区的忙时则出现在晚上8~10时。
室内用户行为不确定性较大,LTE、5G数据业务突发性、浪涌性增大。室内话务热点迁移速度快,如一个大公司的分部迁入写字楼的一层或者迁出写字楼的一层,对话务分布的影响非常大。上述种种原因就会导致部分小区的话务拥塞和一些小区的利用率不足同时存在。这就迫切要求室内分布系统能够提高自己的话务适应性,精确扩容、灵活划分小区,做到随波逐流的覆盖,如图1-15所示。
图1-15 随波逐流的覆盖
总而言之,实现室内环境的“均匀覆盖”“深度覆盖”“立体覆盖”“准确覆盖”“随波逐流的覆盖”,不仅是室分系统建设的目标,也是室分系统建设的关键点和着眼点(见图1-16),实现过程中也会面临这样或那样的困难,表1-1做了简单总结。本书将在后面的章节中详细阐述克服困难、实现目标的思路。
图1-16 室内分布系统面临的问题
表1-1 室内覆盖目标和实现难点