5G在室内覆盖性能如何？有哪些问题？

4G时代，室内已经成为用户业务的主要区域。进入5G时代，智慧家庭、智能工厂和AR/VR等超过70%的5G应用发生于室内，加之用户业务需求的增长，室内网络将成为运营商5G网络具备竞争优势的主战场。5G室外宏站采用64T64R大规模天线，宏站深度覆盖能力较4G进一步提升，同时室内外同频组网，宏站对室内覆盖系统的同频干扰问题成为5G室内覆盖面临的新问题。5G深度覆盖采用何种建设方式，已建设大量的室内分布系统能否直接升级，室内外同频组网是否对室内覆盖系统性能产生影响等问题，都成为5G室内覆盖需要关注的核心问题。

本文基于对传统室分系统升级至5G，以及分布式皮基站等新型室分系统的性能进行分析，发现并提出了室分系统升级中需要关注的问题，室内外同频干扰对室内性能的影响，并对5G室内分布系统规划提出了指导性建议，在5G建网初期对室内深度覆盖网络的建设提出了指导。

1 5G室内覆盖系统性能分析

1.1 传统室分升级至5G性能分析

目前，传统DAS系统在室内覆盖系统中的占比约为90%以上，传统室分直接合路5G信源，快速实现5G覆盖是5G网络建设的方案之一。

如果采用传统室分直接升级的方式进行5G建设，可直接安装5G RRU和更换支持5G全频段的合路器，即可实现5G的升级。传统室分直接升级，需要室分系统无源器件的工作频段支持2.6GHz。据统计，2015年之后入网的室分系统，器件均可支持2.6GHz频段，具备直接升级的基础。

本节选取已建设双路室分的场景进行5G与LTE在单路和双路条件下的性能对比测试。单路室分进行5G升级时，LTE与5G的性能对比分析结果如图1所示。从测试结果可以看出，该测试场景下，LTE单路系统下行峰值速率约50Mbit/s，边缘区域的下行速率约为25Mbit/s，上行峰值速率约10Mbit/s，边缘区域的上行速率约3Mbit/s。通过信源馈入的方式直接升级至5G后，下行峰值速率可达400Mbit/s，边缘区域的下行速率约为150Mbit/s，上行峰值速率为60Mbit/s，边缘区域的上行速率约为5Mbit/s。从测试结果可以看出，单路系统直接升级至5G后，性能得到较大幅度的提升，仅在上行边缘区域，受信号质量的影响，性能提升并不明显。

图1  5G NR单路室分性能测试结果分析

在已有测试场景下进行双路合路，实现5G的2*2MIMO双路室分，并进行LTE与5G在双路情况下的性能对比测试。采用SA模式的2T4R终端，5G双路系统下行峰值速率约800Mbit/s，边缘区域的下行速率约为200Mbit/s，上行峰值速率约120Mbit/s，边缘区域的上行速率约10Mbit/s。

从下图2的测试结果可以看出，对比单路系统，双路系统升级到5G后的性能均有大幅度提升，相比LTE终端采用1T2R，5G上行边缘速率也有明显的提升。

图2  5G NR双路室分性能测试结果分析

1.2 新型室分与传统室分性能对比

5G室内覆盖系统主要有单路室分、2T2R和4T4R共3种不同的方式，本节主要对比了传统单路室分、2*2MIMO的传统室分和4T4R新型室分3种类型的室内覆盖性能。

图3 新型室分与传统室分性能对比分析

图3针对3种不同的方式进行对比分析，4T4R方式上行平均速率约90Mbit/s，下行平均速率约750Mbit/s，上行边缘速率50Mbit/s，下行边缘速率约350Mbit/s，在性能上有较大的提升。

由于运营商在5G NR帧结构配置中的差异等因素，双路MIMO系统合路与4T4R数字化室分在下行性能的差异相对较小，但MIMO合路系统上行与4T4R数字化室分的差异明显，且帧结构配置的差异使竞对的4T4R上行也有一定的性能提升，上行速率将成为室内覆盖中的瓶颈。

2 5G室内覆盖系统面临的主要问题

2.1 室内外同频干扰对室内覆盖性能影响

5G室内外均采用2.6GHz进行组网，同频组网引入干扰问题，尤其在室外宏站加载的情况下，对室内性能的影响需要在5G室内深度覆盖网络建设初期充分考虑。

选择4T4R分布式皮基站部署的室内场景进行室内外同频干扰测试与分析，在室内覆盖设备开启且室外宏站空载的情况下，室内下行速率均值在609Mbit/s，室外宏站50%加扰的情况下，室内下行速率均值降至438Mbit/s，平均容量损失在28.1%，如表1所示。

表1 室外空扰/加扰情况下的室内性能分析

室内与室外不同电平差情况下，驻留室内用户的速率分布图如图4所示。根据统计分析，在室内与室外信号电平差在-5dB以上时，室外50%加载情况下速率损失达到44%，室内与室外信号电平差在0~5dB时，室内用户容量损失在30%，室内与室外信号电平差在5~10dB时，室内用户性能损失可降低至20%以下。室内外同频组网，室外对室内的性能产生较大影响，尤其是室外信号强度高于室内信号时，性能损失在40%以上。为保证室内用户性能，室内覆盖网络的信号强度要满足室内电平高于室外电平6dB，才能保证室内用户性能损失在20%以内。

图4 室内外电平差对室内性能影响分析

2.2 传统室分升级可行性分析

5G室内采用2.6GHz频段，相比LTE采用2.3GHz频段，功分器、耦合器的直通端、天线的插损在2.6G频段和2.3G频段基本相当，差值在0.01dB左右，影响极小，耦合器的耦合端存在1.41dB损耗，1/2馈线百米损耗2.6G相比2.3G高1.4dB。7/8馈线百米损耗2.6G相比2.3G高0.9dB。同时，考虑到墙体损耗和空间损耗等的差异，理论评估2.6GHz相比2.3GHz的损耗差异约4.2dB，通过空口覆盖性能测试对比分析，实际测试的空口差异均值约4.6dB，分析数据如表2所示。

表2  LTE与NR空口覆盖效果对比分析

基于分析结果进行4G/5G性能对比分析，按照4G MR覆盖要求RSRP大于-110dBm采样点比例大于90%进行估计，针对传统室分合路场景，要保证5G的覆盖达到4G水平，4G MR覆盖率必须满足RSRP大于105dBm的采样点比例高于90%。

2.3 双通道不平衡对5G性能影响

对于已部署LTE双路室分的系统，可进行5G NR直接升级，本节主要分析双通道不平衡对5G NR性能的影响。如图5所示，双通道差异5dB时性能损失速率约20%，双通道差异10dB时性能平均损失速率约30%，远点性能损失更大。因此，为保证5G性能，采用双路DAS系统建设时，应至少保证双路之间的电平差在5dB以内。

图5 双通道不平衡对5G NR性能影响分析

对于LTE网络，采用Rank2占比对双通道的平衡性进行评估，如表3所示。当双通道差异为0dB时，Rank2占比为76%，双通道差异5dB时，Rank2占比为60%左右，当双通道差异进一步增大时，Rank2的占比进一步降低，对网络性能产生较大影响，因此，可采用Rank2的占比对双通道平衡性进行评估。

表3 室外空扰/加扰情况下的室内性能测试对比分析

经过分析，若已有双路室分，在进行双路室分升级时，可对双路系统中LTE的Rank2占比进行测试，当Rank2的占比低于60%时，双路不平衡对5G NR性能影响超过20%。因此，在进行已有双路室分合路5G时，需要先进行双路平衡性改造。

3 结束语

5G室内覆盖性能相比LTE提升明显，采用4T4R新型设备下行性能相比竞对具备优势，但上行性能成为瓶颈。同时，室外同频干扰成为影响室内网络性能的关键因素，为保证室内覆盖性能损失不超过20%，在进行室内覆盖规划时，应规划室内信号高于宏站信号6dB以上。目前，90%的室内场景已部署了传统室分，在进行5G升级时，应考虑与LTE系统覆盖性能的差异，以及MIMO系统双通道平衡性对性能的影响。在进行5G升级前，首先开展传统室内分布系统质量评估，只有LTE室分系统满足覆盖要求且双通道电平差小于5dB要求，直接进行5G升级才能保证网络性能，满足后续5G业务等需要。

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