唯得科技迭代升級(jí)單纜MIMO，5G移頻室分系統(tǒng)開(kāi)啟規(guī)模化部署
一、通信運(yùn)營(yíng)商在5G建設(shè)中期開(kāi)始規(guī)模化部署移頻室分系統(tǒng)
根據(jù)工業(yè)和信息化部統(tǒng)計(jì)，截至2022年9月，我國(guó)累計(jì)建成開(kāi)通5G基站196.8萬(wàn)個(gè)，5G信號(hào)已完整覆蓋全國(guó)所有城市地區(qū)并基本覆蓋鄉(xiāng)鎮(zhèn)，5G移動(dòng)用戶數(shù)達(dá)到4.55億，5G基站和用戶數(shù)均占全球60%以上，并成為全球首個(gè)基于獨(dú)立組網(wǎng)模式規(guī)模建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的國(guó)家，在5G賽道上，中國(guó)已經(jīng)位于國(guó)際前沿位置。
5G“新基建”浪潮的前期建設(shè)重點(diǎn)為室外宏站及5G核心網(wǎng)，隨著完成獨(dú)立組網(wǎng)（SA）和實(shí)現(xiàn)全國(guó)5G信號(hào)覆蓋，三大運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始將5G建設(shè)重心從“有沒(méi)有”向“好不好”過(guò)渡。通過(guò)建設(shè)5G室分系統(tǒng)承載室內(nèi)用戶、應(yīng)用多通道（MIMO）提速技術(shù)等多種手段達(dá)到5G低延時(shí)+高速率效果，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)5G用戶感知提升并將5G優(yōu)勢(shì)實(shí)際應(yīng)用到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和智慧城市等領(lǐng)域。
在建設(shè)5G室分系統(tǒng)時(shí)，移頻室分系統(tǒng)可以將4G時(shí)期已經(jīng)建成且數(shù)量龐大的傳統(tǒng)單纜室分系統(tǒng)利舊升級(jí)，兼容傳輸高頻段5G信號(hào)并應(yīng)用多通道（MIMO）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了有效利用運(yùn)營(yíng)商存量室分資源，以高速率、低成本，快速施工的模式將5G信號(hào)覆蓋到5G需求最集中的樓宇及室內(nèi)范圍。本文著重介紹通過(guò)移頻技術(shù)利舊運(yùn)營(yíng)商已建傳統(tǒng)單纜DAS（Distribute Antenna System）室分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)MIMO提速的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及使用前景。
二、通過(guò)5G移頻室分系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)傳統(tǒng)室分缺陷
為了將單纜室分系統(tǒng)升級(jí)為移頻MIMO室分系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)最佳效果，移頻系統(tǒng)中需要應(yīng)用到多種射頻技術(shù)及創(chuàng)新軟件，主要包含5G頻段的移頻及還原、MIMO功率自動(dòng)平衡、功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、有源室分網(wǎng)管平臺(tái)等。
5G頻段的移頻及還原原理
多路同頻信號(hào)或倍頻信號(hào)不能在同一介質(zhì)（饋纜）內(nèi)傳輸，因此傳統(tǒng)5G MIMO多通道需要通過(guò)在同一線路鋪設(shè)多根饋纜及多組器件才能達(dá)成，在已建室分系統(tǒng)或大部分已裝修樓宇中很難實(shí)現(xiàn)。而移頻技術(shù)將5G MIMO多通道中的一個(gè)或多個(gè)同頻段5G信號(hào)的頻率搬移至空閑頻段并在終端還原，從而實(shí)現(xiàn)了在同一介質(zhì)（饋纜）內(nèi)以頻分復(fù)用的形式傳輸多路同頻信號(hào)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)多通道（MIMO）室分系統(tǒng)的效果。
MIMO功率自動(dòng)平衡算法
由室內(nèi)基站信號(hào)源發(fā)射的MIMO多通道信號(hào)在發(fā)射端功率相同，但經(jīng)過(guò)移頻-還原、鏈路損耗、各頻段衰減差異等傳輸過(guò)程中的影響，終端發(fā)射的MIMO多通道信號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生一定的功率差，3GPP標(biāo)準(zhǔn)對(duì)MIMO多通道信號(hào)之間的功率差異要求為1dB。通過(guò)實(shí)測(cè)分析認(rèn)為3dB以內(nèi)的功率差是可以容忍的。
下行影響分析：近點(diǎn)SINR高于最高M(jìn)CS等級(jí)的要求，因此5dB內(nèi)的雙通道不平衡對(duì)近點(diǎn)吞吐量影響較小。在中遠(yuǎn)點(diǎn)，3dB功率差帶來(lái)的容量損失在5%內(nèi)，5dB功率差帶來(lái)容量損失在10%以上。在中遠(yuǎn)點(diǎn)功率不平衡影響較大，同時(shí)造成的場(chǎng)強(qiáng)干擾極有可能降低室分系統(tǒng)覆蓋率。
上行影響分析：在近、中點(diǎn)， SINR高于最高M(jìn)CS等級(jí)的要求，雙路不平衡對(duì)吞吐量影響較小 。在遠(yuǎn)點(diǎn)，3dB功率差帶來(lái)的容量損失約25%。5dB功率差帶來(lái)容量損失達(dá)43%內(nèi)。
MIMO功率平衡對(duì)吞吐量影響
為避免雙通道功率不平衡造成的室分系統(tǒng)信號(hào)質(zhì)量下降和吞吐量衰減，一部分移頻室分系統(tǒng)研發(fā)實(shí)現(xiàn)了MIMO功率自動(dòng)平衡算法，該技術(shù)可使得移頻系統(tǒng)遠(yuǎn)端設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控5G直通路信號(hào)功率，并根據(jù)直通路功率的變化實(shí)時(shí)調(diào)整還原移頻路功率，使得移頻路與直通路雙通道始終保持功率自動(dòng)平衡，甚至可將功率差幅始終控制在1dB以內(nèi)。該種技術(shù)可使得移頻室分系統(tǒng)基本達(dá)到MIMO技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的吞吐量理論峰值，有效保證5G移頻室分系統(tǒng)上下行速率。
功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)
對(duì)于電信聯(lián)通建設(shè)5G通訊的3400MHz-3600MHz頻率而言，與原1.8G/2.1G的4G室分頻率相比，3.5G頻率在饋纜中傳輸損耗增加約35%～40%，穿透損耗增加約40%～80%，5G信源直接利舊原有DAS室分系統(tǒng)可能造成覆蓋率降低50%以上的不良效果，傳統(tǒng)無(wú)源DAS室分系統(tǒng)已無(wú)法完成5G信號(hào)的全面覆蓋。
傳統(tǒng)室分系統(tǒng)傳輸3.5G信號(hào)
為了將利舊原有DAS室分系統(tǒng)傳輸電信及聯(lián)通的3.5G頻段5G信號(hào)成為可能，一些新型移頻室分系統(tǒng)創(chuàng)新使用了功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)，當(dāng)末端天線輸出功率較低時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)償放大相應(yīng)功率至標(biāo)準(zhǔn)值，保證了最佳的傳輸速率，克服了高頻5G信號(hào)在饋纜中長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓β蕮p失問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)天線智能化增益補(bǔ)償。無(wú)需人工調(diào)節(jié)，補(bǔ)償5G高頻信號(hào)在饋纜及器件中的功率損失，使得3.5G頻率在射頻饋纜內(nèi)長(zhǎng)距離傳輸成為可能。
有源移頻室分系統(tǒng)通過(guò)功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)電聯(lián)3.5G覆蓋
有源室分網(wǎng)管平臺(tái)
傳統(tǒng)室分系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理功能只能對(duì)基站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控及運(yùn)維，無(wú)法對(duì)室分基站下天饋分布系統(tǒng)中的天線點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控管理，在無(wú)源分布系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)也無(wú)法感知，只能由人工現(xiàn)場(chǎng)檢查或接到用戶投訴時(shí)檢修，作為監(jiān)控難題，運(yùn)營(yíng)商近年也一直提出對(duì)原有分布系統(tǒng)“可管可控”的運(yùn)維要求。
移頻室分系統(tǒng)采用將天線替換為遠(yuǎn)端設(shè)備的方式實(shí)現(xiàn)移頻MIMO的同時(shí)，遠(yuǎn)端設(shè)備也具備了監(jiān)控及管理功能，因此通過(guò)遠(yuǎn)端設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控及遠(yuǎn)程傳輸，運(yùn)營(yíng)商即可完整實(shí)現(xiàn)到天線端的運(yùn)維管理功能，并且可以通過(guò)移頻系統(tǒng)搭建功能完善的遠(yuǎn)程綜合網(wǎng)管平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有已建站點(diǎn)的智能化綜合運(yùn)維管理，如設(shè)備接入管理、多級(jí)站點(diǎn)地圖、設(shè)備分布圖顯示、可視化監(jiān)控中心、工單運(yùn)維管理、告警管理、設(shè)備版本管理、輪詢自檢、智能化維護(hù)等。
三、現(xiàn)有移頻室分系統(tǒng)分類
三種移頻實(shí)現(xiàn)方式
目前移頻技術(shù)主要通過(guò)三種方式應(yīng)用到運(yùn)營(yíng)商5G室分系統(tǒng)當(dāng)中：有源移頻室分系統(tǒng)（典型廠商：唯得科技）、無(wú)源移頻室分系統(tǒng)（典型廠商：華為）、移頻增速器（典型廠商：大灣區(qū)研究院）。
有源移頻室分系統(tǒng)
以北京唯得科技有限公司為典型廠商的有源移頻室分系統(tǒng)產(chǎn)生時(shí)間可以追溯到4G時(shí)代的單纜MIMO室分系統(tǒng)，在多年的實(shí)際應(yīng)用中演進(jìn)出了適應(yīng)多種5G頻段制式、功率自動(dòng)平衡、功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、智能網(wǎng)管平臺(tái)等高階功能，已經(jīng)在中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信三大運(yùn)營(yíng)商規(guī)模化部署。
有源移頻室分系統(tǒng)架構(gòu)
有源移頻室分系統(tǒng)由近端設(shè)備和遠(yuǎn)端設(shè)備組成，架構(gòu)和施工都非常簡(jiǎn)單，在5G RRU側(cè)增加近端設(shè)備與RRU連接后通過(guò)合路器連接原有單纜室分系統(tǒng)，再在天線側(cè)將原有天線換為天線一體化遠(yuǎn)端設(shè)備即可。有源移頻室分系統(tǒng)的遠(yuǎn)端設(shè)備由近端設(shè)備供電，近端設(shè)備通過(guò)原有室分系統(tǒng)線纜及器件即可實(shí)現(xiàn)低功耗遠(yuǎn)程供電，無(wú)需添加額外的饋電單元，但需要將原系統(tǒng)無(wú)法供電的耦合器替換為同等規(guī)格的饋電耦合器。原有耦合器基本為不支持5G頻段的低頻耦合器，為減少5G信號(hào)的鏈路衰減，在建設(shè)5G室分系統(tǒng)時(shí)也應(yīng)替換。
無(wú)源移頻室分系統(tǒng)
無(wú)源移頻室分系統(tǒng)是由華為技術(shù)有限公司在2022年最新推出的一種移頻室分技術(shù)。隨著有源移頻室分系統(tǒng)的廣發(fā)應(yīng)用，作為基站廠商的華為也希望從主設(shè)備源頭實(shí)現(xiàn)移頻，通過(guò)在主設(shè)備（RRU）端進(jìn)行移頻，免去近端機(jī)的安裝工作。
有源移頻室分系統(tǒng)架構(gòu)
無(wú)源移頻系統(tǒng)由移頻型RRU和遠(yuǎn)端設(shè)備組成，架構(gòu)和施工與有源移頻系統(tǒng)基本一致，主要區(qū)別為不需要安裝近端設(shè)備和替換耦合器，通過(guò)在遠(yuǎn)端設(shè)備中添加無(wú)源混頻器的方式實(shí)現(xiàn)移頻信號(hào)的還原。無(wú)源移頻系統(tǒng)相比有源移頻系統(tǒng)進(jìn)一步減少了改造工程量，但需要使用移頻型RRU，因此不適用已建5G基站站點(diǎn)，同時(shí)因?yàn)檫h(yuǎn)端設(shè)備使用無(wú)源混頻方式實(shí)現(xiàn)移頻信號(hào)的還原，因此不具備有源移頻系統(tǒng)適應(yīng)多種5G頻段制式、功率自動(dòng)平衡、功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、智能網(wǎng)管平臺(tái)等高階功能和應(yīng)用。
移頻增速器室分系統(tǒng)
移頻增速器室分系統(tǒng)由中國(guó)移動(dòng)粵港澳大灣區(qū)（廣東）創(chuàng)新研究院有限公司在2021年研發(fā)推出，移頻增速器室分系統(tǒng)的近端設(shè)備部分與有源室分系統(tǒng)完全相同，其創(chuàng)新點(diǎn)在于將移頻系統(tǒng)遠(yuǎn)端設(shè)備與室分天饋系統(tǒng)“斷開(kāi)”，額外在室內(nèi)多個(gè)點(diǎn)位添加新的遠(yuǎn)端設(shè)備并就近取電使其工作，遠(yuǎn)端采用無(wú)線方式接收原室分系統(tǒng)天線發(fā)射出的未還原的移頻信號(hào)，將其還原為5G信號(hào)后發(fā)射至覆蓋區(qū)域，與原天線發(fā)射的5G信號(hào)共同組成雙通道MIMO效果。
無(wú)源移頻室分系統(tǒng)架構(gòu)
該方案也不需要進(jìn)行耦合器的替換，但就近取電、移頻設(shè)備的安全管理、大功率移頻信號(hào)在空間發(fā)射的頻段授權(quán)等問(wèn)題暫未解決，因此屬于實(shí)驗(yàn)型產(chǎn)品還未正式商用。
四、有源移頻室分系統(tǒng)相比其他移頻系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)分析
以上三種實(shí)現(xiàn)移頻的方案各具特點(diǎn)，后兩種都在施工便利性上有進(jìn)一步的提升，但回歸移頻系統(tǒng)的本質(zhì)：實(shí)現(xiàn)MIMO效果和室分系統(tǒng)可管可控，三種移頻系統(tǒng)還是有較大差異。
MIMO提速效果
具備功率自動(dòng)平衡和功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)的有源移頻室分系統(tǒng)在每個(gè)天線點(diǎn)都可以達(dá)到15dBm-20dBm的發(fā)射功率，保證每近端設(shè)備300平方米覆蓋范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的5G雙通道信號(hào)覆蓋效果。在移動(dòng)2.6G頻段達(dá)到800Mbps以上下載速率；在電信/聯(lián)通3.5G頻段（100M帶寬）達(dá)到600Mbps以上下載速率；在電信/聯(lián)通3.5G頻段（200M帶寬）達(dá)到1100Mbps以上下載速率；在電信/聯(lián)通2.1G頻段（20M帶寬）達(dá)到200Mbps以上下載速率，基本實(shí)現(xiàn)信源帶寬范圍內(nèi)MIMO速率的理論峰值。
無(wú)源移頻室分系統(tǒng)和移頻增速器縮減了饋線供電的難度，但相應(yīng)失去了移頻遠(yuǎn)端設(shè)備的功率調(diào)整能力，因此在提速效果上相比有源移頻室分系統(tǒng)有較大差距。
無(wú)源移頻室分系統(tǒng)的混頻器還原方式限制了移頻型RRU可攜帶的遠(yuǎn)端設(shè)備數(shù)量，最大僅支持30個(gè)遠(yuǎn)端天線點(diǎn)，天線數(shù)量較多或功率差較大的場(chǎng)景中，移動(dòng)2.6G頻段下載速率約為400Mbps-500Mbps，且不支持電信/聯(lián)通3.5G頻段（100M帶寬）、電信/聯(lián)通3.5G頻段（200M帶寬）、電信/聯(lián)通2.1G頻段（20M帶寬）。
移頻增速器的遠(yuǎn)端設(shè)備采用外置接收天線發(fā)射出的移頻信號(hào)模式，因此還原后共同組成的MIMO信號(hào)存在巨大的覆蓋差異，在功率分配理想?yún)^(qū)域（20%）基本可達(dá)到有源移頻室分覆蓋效果，在大部分交叉覆蓋區(qū)域（80%）MIMO信號(hào)效果仍不太理想。與無(wú)源移頻室分系統(tǒng)相同，移頻增速器方案僅支持移動(dòng)2.6G頻段，不支持其他3.5G和2.1G室分5G頻段。
室分系統(tǒng)可管可控
有源移頻室分系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)前述綜合化網(wǎng)管平臺(tái)的運(yùn)維管理功能；無(wú)源移頻室分系統(tǒng)未采用遠(yuǎn)端移頻有源設(shè)備，因此沒(méi)有網(wǎng)管功能；移頻增速器具備一定的設(shè)備掉線告警功能和在線狀態(tài)顯示，但其他鏈路檢測(cè)和綜合化平臺(tái)功能無(wú)法拓展實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)對(duì)以上技術(shù)特點(diǎn)的分析，結(jié)合運(yùn)營(yíng)商采用多種低成本手段綜合建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)意見(jiàn)，可以預(yù)期在未來(lái)五年5室分建設(shè)發(fā)展期，移頻技術(shù)將廣泛應(yīng)用于升級(jí)改造龐大的存量無(wú)源DAS室分資源。
而移頻室分系統(tǒng)中較為成熟且具備綜合優(yōu)勢(shì)的有源移頻室分系統(tǒng)，可以快速完成原有單纜室分系統(tǒng)的改造，提升系統(tǒng)帶寬，滿足移動(dòng)用戶對(duì)于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求。解決困擾運(yùn)營(yíng)商5G建設(shè)過(guò)程中利舊、提速及管理的難題，同時(shí)也為5G室分系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一套新的設(shè)計(jì)思路。
