5G室内千兆网络创新方案研究.pdf

Shandong Communication TechnologyVol.43No.2Jun.2023山东通信技术第43卷第2 期2 0 2 3年6 月5G室内千兆网络创新方案研究郝益刚，梁纪兴，马庆，郭建光（中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，河北石家庄0 50 0 2 1）摘要：5G室内千兆网络创新借鉴宏站的MassiveMIMO技术特点，结合室分的点位特征，为满足5G时代交通枢纽、大型场馆等重载场景的容量和体验需求提供解决方案。通过提出分布式MassiveMIMO概念，将干扰信号化为增强信号，实现提升小区上下行容量的目的。不仅为当前固定位置或边走边加载的高清视频、网络游戏等应用提供有力支撑，同时对未来诸如AR/VR/XR等既需要高速率也需要移动性的应用至关重要。关键词：5G；室分；MassiveMIMO1引言随着5G用户的持续增长，5G价值不断呈现，5G用户的ARPU、D O U 均会有较大提升。根据4G网络情况分析，8 0%以上的MBB流量发生在室内环境，而室分建设吸收超过7 0%的室内流量，忙时室内站点吸收话务明显大于室外站。各运营商网络差异化优势体现于室内品牌的口碑场景，如交通枢纽、医院、地铁等，用户数庞大，流量增长迅速。同时，随着政企行业生产应用的推进，制造产业、医疗卫生、仓储物流等场景以其单位面积连接密度高、上下行业务并存等特点，对室内网络也提出了明确诉求。综上，不论传统消费者还是政企行业领域，对5G室内提供大上行下行的能力创新方案诉求日益迫切。基于此，本文选取了地铁等典型场景，针对室分的Mas-siveMIMO进行分析研究，提出了室内千兆网络创新解决方案。25G时代的室内方案挑战随着5G终端渗透率的提升、使能行业生产应用的推进，5G室内需要创新方案提供大上行下行的能力覆盖，以满足ToB和ToC场景需求。大型公共设施，如场馆、交通枢纽、商超、地铁站等场景，单层大平面、单位区域内业务量大且流动性高，用户数庞大，流量增长快速。5G室内应用特点的不断变化，对传统室分扩容方案提出了新的挑战。具体表现在传统的小区分裂方式增量不增质，由此带来一定程度的同频干扰，间接影响了网络容量。具体表现在两个方面：（1）传统小区分裂方案在5G时代不能显著增加小区容量现网案例：加密3倍小区数，整体容量仅增加34%选取场馆部署一个5G小区（6 个pRRU），之后分裂成3个小区，分别在原小区和分裂后的小区下测试峰值速率，测试结果如表1所示。表1分裂前后小区吞吐率对比速率原小区小区1小区2小区3增幅小区吞吐率920470230540320(Mbps)通过表1发现，进行小区分裂后，三个小区的吞吐量综合较分裂前的小区吞吐量有32 0 Mbps的提升，总体小区数量增加3倍，而整体容量仅增加了34%。（2）5G 时代同频大带宽组网下，小区分裂产生的干扰影响容量数据信道干扰是削弱5G容量优势的主要因素，干扰越大，会导致SINR越低，进而影响5G网络无法使用高阶调制（2 56 QAM），并使高阶MIMO（4*4）的增益越小。如图1所示。收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 5作者简介：郝益刚（197 3-），男，高级工程师，研究方向为5G新技术网络、无线网络规划与设计。E-mail:2023年11山东通信技术同小区正交数据信道邻区数据信道产生的正弦波，与本小区的数据信道不正交，互相形成干扰。0.6时域0.20X-0.2-5-4-3-2-10123456频域图1数据信道干扰示意图3室内千兆网络创新方案室内分布式MassiveMIMO作为室内千兆网络的创新方案，可有效提升用户信号质量，避免多小区组网下引入的同频干扰问题，通过联合Beamforming和多用户MIMO等关键技术，实现5G室内网络容量与体验的双提升。（1）分布式MassiveMIMO概念大规模天线技术（MassiveMIMO）作为5G的核心技术，在满足eMBB、u R LLC和mMTC业务的技术需求时发挥着重要作用2 。针对eMBB场景，高阶MU-MIMO传输可以获得极高的频谱效率。同时，随着天线规模的增加，用户间干扰和噪声的影响都趋于消失，大规模天线的引人带来天线增益提升，因而达到相同的覆盖和吞吐量所需的发射功率也将降低。根据香农定理，大带宽是5G达到峰值速率的关键，大规模天线技术提供的赋形增益可以补偿高频段的路径损耗，使得高频段的移动通信应用部署成为可能。分布式MassiveMIMO是支撑5G室内千兆网络的关键，该技术将5G室外的MassiveMIMO技术创新引室内分布式系统，通过将工作在相同频段上的射频模块所覆盖的m个连续覆盖的nTnR小区合并为一个n*mTn*mR小区，形成分布式的逻辑MassiveMIMO天线阵列。分布式MassiveMIMO将数据分散到地理位置上分离的多个传输点上进行传输，可以进一步提升传输可靠性，消除TRP间的干扰，提升小区峰值速率。（2）分布式MassiveMIMO化干扰为增强信号传统室分场景下，小区分裂往往产生严重干扰，导致交叠区用户体验感知差、速率低，进而引发小区容量下降、小区数增加但容量不能显著增加等问题。分布式MassiveMIMO采用多pRRU联合Beamforming，利用多个4T4RpRRU联合形成分布式多天线，从而达到宏站的多天线阵效果，将干扰信号调整为有用信号，尤其在交叠区域，可提供更好SINR，获得高阶调制、高RANK增益，最终带来更高的小区容量，如图2 所示。另一方面，在分布式MassiveMIMO小区里，每个pRRU通过空间隔离实现多波束空分复用，pRRU间形成正交的传输端口，实现空分复用，通过上下行用户配对，形成MU-MI-MO，从而提升小区上下行容量。PRRU1PRRU2增强信号分布式MassiveMIMo小区图2 多pRRU联合波束赋型示意图4室内千兆创新方案实施效果选择人流密集的某地铁线路作为效果验证场景。地铁全长15.5km，设站15个。在原有室分5G点位设计不动的前提下，采用软件应用方式部署分布式MassiveMIMO小区，如图3所示。TRP1TRP2点位1点2点位3点4TRP3TRP4点位5点位6点位7点位8图35G分布式MassiveMIMO马验证示意图对开通后的小区进行多点测速，下行用户速率最高可大1.6 1Gbps，最低为958 Mbps，95%以上的下行用户速率高达1.2 Gbps。普通室分网络的下载速率在7 0 0 8 0 0Mbps之间，而分布式MassiveMIMO小区网络能够实现室内的千兆网络体验，用户体验得到显著提高。5结论5G分布式MassiveMIMO技术方案化干扰为增强信号，通过联合波束赋型和多用户MIMO，在交叠区域，可以获得联合Beamforming增益，大幅提升用户体验；在非交叠区，可以实现空分复用MU-MIMO增益，大幅提升小区容量。地铁场景换乘通道长、高峰期人流量大，容易产生用户在频繁切换、邻区干扰、交叠区域的体验下降问题。采用室内分布式MassiveMIMO创新验证，有效解决了上述问题，用户下行拉网平均速率达到1.5Gbps，较开通前提升55%。与传统的分裂小区扩容方式相比，分布式MassiveMIMO具有速率提升效果明显的优点，可助力室内实现千兆网络能力。参考文献：1郝凤蕾,李鹏，李淑敬.5G标准关键技术及应用前景分析.通讯世界，2 0 19（2）.2朱红梅，林奕琳，刘洁.5GURLLC标准、关键技术及网络架构的研究J.移动通信,2 0 17(9).