5G优化案例-基于5G有源室分多PRRU下覆盖性能度创新分析

基于5G有源室分多PRRU下 覆盖性能度创新分析

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目录

5G有源室分多pRRU下不同覆盖方式性能评估 ............................................. 错误!未定义书签。 一、 问题描述 ................................................................................................................................. 3 二、 分析过程 ................................................................................................................................. 4

2.1 网络拓扑图 ........................................................................................................................ 4 2.2 涉及站点设备信息及网络参数信息 ................................................................................ 4 2.3 网络参数配置 .................................................................................................................... 5 2.4 室内分布系统测试设计方案 ............................................................................................ 6 三、 解决措施 ................................................................................................................................. 8

3.1 定点上行速率对比测试 .................................................................................................... 9

3.1.1 纯有源室分系统上行定点速率测试结果 ............................................................. 9 3.1.2 有源+单极化天线室分系统上行定点速率测试结果 ......................................... 11 3.1.3 有源+双极化天线室分系统上行定点速率测试结果 ......................................... 13 3.1.4 三种方案上行定点速率对比 ............................................................................... 13 3.2 定点下行速率对比测试 .................................................................................................. 15

3.2.1 纯有源室分系统下行定点速率测试结果 ........................................................... 15 3.2.2 有源+单极化天线室分系统下行定点速率测试结果 ......................................... 17 3.2.3 有源+双极化天线室分系统下行定点速率测试结果 ......................................... 19 3.2.4 三种方案下行定点速率对比 ............................................................................... 19 3.3 下行遍历对比测试 .......................................................................................................... 21

3.3.1 纯有源室分系统下行遍历测试结果 ................................................................... 21 3.3.2 有源+单极化天线室分系统下行遍历测试结果 ................................................. 21 3.3.3 有源+双极化天线室分系统下行遍历测试结果 ................................................. 22 3.3.4 三种方案下行遍历对比 ....................................................................................... 22 3.4 上行遍历对比测试 .......................................................................................................... 23

3.4.1 纯有源室分系统上行遍历测试结果 ................................................................... 23 3.4.2 有源+单极化天线室分系统上行遍历测试结果 ................................................. 24 3.4.3 有源+双极化天线室分系统上行遍历测试结果 ................................................. 25 3.4.4 三种方案上行遍历对比 ....................................................................................... 25

四、 经验总结 ............................................................................................................................... 26

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【摘要】随着5G网络规模建设，5G室分建设成为重点难点。传统的无源分布式天线系统是馈线结构，采用低频无源的电缆无法支持高频段和超宽带，难以满足5G时代高速传输需求。本文结合外场测试，对室内有源分布系统、室内有源+无源分布系统的测试结果进行分析，对比两种方案的优缺点，对后期规划建设给出指导意见。 【关键字】室分覆盖、有源、有源+无源 【业务类别】移动网、5G、规划

一、 问题描述

随着移动通信的快速发展，移动互联网和高带宽数据业务爆炸式地增长。统计表明，目前的4G移动网络中，超过70%的业务发生在室内场景。伴随5G业务种类持续增多和行业边界不断扩展，室内移动网络覆盖将更加重要。

而传统无源分布式天线系统由功分器、耦合器、馈线、吸顶天线等组成，目前已经建成的无源分布式天线系统不支持5G频段，系统改造面临技术不可行、实施难、成本高等巨大的挑战。主要体现在以下几个方面：

（1）3.5 GHz系统难以利旧现有无源分布式系统，sub 3 GHz器件在3.5 GHz频段的关键性能指标（如插入损耗、耦合度、驻波比）无法满足要求。

（2）3.5 GHz覆盖收缩。C-band和sub 3 GHz相比，链路损耗（含无源分布式天线系统传输损耗、空中损耗、隔墙穿透损耗）更大，新建5G无源分布式系统，面临损耗大、成本高的问题。实测结果表明，C-band相比sub 3 GHz，链路总损耗大7~10dB。

（3）4×4 MIMO传统室分工程建设难度高，4T4R工程实施难度大，工程难以落地，另外，还会导致链路不平衡，引起性能问题。

（4）无源分布式系统无法满足可视化管理要求，一旦出现故障，都需要人工逐步排查线路问题，维护成本高、效率低。

基于小基站的有源室分系统采用光纤和网线进行传输，能够满足5G的传输需求。但也同样存在建设成本高、覆盖收缩受限的问题。

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因此目前主流的方案包括：（1）室内有源分布系统，（2）室内有源+无源分布系统。下面将对相同场景下两种分布系统的具体覆盖效果进行分析比对，研究最合适的方案。

二、 分析过程

2.1 网络拓扑图

Optical fiberEtherent cablePhotoelectric Composite Cable汉口室分测试点pRRU洪山电信机房UMEBBUPBridgeOptical Swith5GCPDN 图1 组网测试网络拓扑简图

本次测试的网络拓扑图1如示，其中PDN/5GC/UME/opticalswitch部署在洪山电信机房，BBU/PBridge根据实际情况安装室分测试点机房，pRRU根据实际情况安装在实际位置。

2.2 涉及站点设备信息及网络参数信息

本次测试采用的设备信息如下表所示：

表1 涉及站点设备信息

厂设备名称 家 设备型号 图片 未经许可不得扩散 第4页, 共26页

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中基带处理单元（BBU） 兴 中远端汇聚单元（P-Bridge） 兴 中单模远端射频单元（Pico RRU） 兴 ZXSDR R8139 T3500 ZXSDR PB1124F ZXSDR V9200 中混模远端射频单元（Pico RRU） 兴 ZXSDR R8139F1821T35 虹单极化无源天线 信 HXXD1V5WC020404360T0H 虹双极化无源天线 信 HXXD2L2WC030505360T0H 2.3 网络参数配置

本次测试使用SA终端（海思芯片手机Mate20X 5G），其部分参数配置如下：

表2 海思芯片终端参数配置

名称 主要参数 收发天线数参数值 终端至少4收2发（2T4R），至少支持4流接收，2流发送 NR SA终端（海思芯片手机Mate20X 5G） 和流数 最大发射功26 dBm 率 未经许可不得扩散 第5页, 共26页

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调制方式 本次测试网络参数基本配置如下：

支持下行最高256QAM上行最高256QAM 表3 网络参数基本配置

基本参数 5G工作频率 5G载波带宽 5G子载波间隔 每通道最大发射功率 5G帧结构 5G上下行配比 5G天线振子数 5G天线通道数 功率控制 AMC 参数值 3400-3500MHz 100MHz 30kHz 250mW 2.5ms双周期 DDDSUDDSUU(S的配比10:2:2) 4 4 开启 开启 2.4 室内分布系统测试设计方案

本次测试室分场景选取某办公区，整体覆盖面积495m（长33m，宽15m）。其中有6个小设备间以及2个较开阔的展示区。覆盖区平面图具体如下图所示：

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图2 覆盖区平面图

本次测试涉及3种覆盖方案，分别为：

（1）纯有源室内分布系统，即全部采用内置天线型5G pRRU进行覆盖；

（2）有源+单极化无源天线室内分布系统，即全部采用外置天线型5G pRRU，同时外接单极化无源天线的方式进行覆盖；

（3）有源+双极化无源天线室内分布系统，即全部采用外置天线型5G pRRU，同时外接双极化无源天线的方式进行覆盖。

其中由于5G pRRU为4T4R设备，因此最多可以同时外接4个单极化天线或2个双极化天线。各方案具体分布示意图如下图所示：

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图3 纯有源pRRU分布示意图

图4 有源pRRU+单极化天线分布示意图

图5 有源pRRU+双极化天线分布示意图

从上述示意图可以看出，纯有源室分系统采用3个pRRU，而有源+无源天线室分系统仅采用2个pRRU，且使用单极化天线时，每个pRRU仅外接3个单极化天线。

三、 解决措施

下面分别从上行定点速率、下行定点速率及遍历测试，三种场景对不同方案的测试结果进行对比分析，研究各种方案的优缺点。

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3.1 定点上行速率对比测试

3.1.1 纯有源室分系统上行定点速率测试结果

图6 有源室分系统上行定点速率测试图

表4 有源室分系统上行定点速率测试表

测试位置 SS-RSRP UL PDCP Throughput (Mbps) 103.79 149.77 174.35 159.2 1.02 204.37 159.38 PUSCH TxPower 19.98 19.54 7.57 19.36 19.05 3.86 5.32 上行定点a点 -92.83 上行定点b点 -86.52 上行定点c点 -68.37 上行定点d点 -86.45 上行定点e点 -83.74 上行定点f点 -.63 上行定点g点 -66.72 未经许可不得扩散 第9页, 共26页

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上行定点h点 -81.8 上行定点i点 -83.82 上行定点j点 -67.88 上行定点k点 -75.57 上行定点l点 -93.83 上行定点m点 -78.3 上行定点n点 -65.26 上行定点o点 -77.92 上行定点p点 -69.95 上行定点q点 -73.44 196.11 148.55 230.42 168.81 91.95 191.86 204.15 168.15 161.23 204.17 16.92 18.68 4.92 11.08 20 15.17 6.25 14.36 7.09 12.35 由上述图表可以看出，在有源室分系统上行定点速率测试中：

（1）上行最大速率230.42Mbps，此时SSB_RSRP=-67.88dBm，手机发射功率4.92。结果符合预期；

（2）上行最小速率91.95Mbps，此时SSB_RSRP=-93.83dBm，手机发射功率20。结果符合预期；

（3）多PRRU覆盖上行定点测试，选取覆盖区域内17个典型点位，均匀分布在覆盖范围内，包含LOS和NLOS场景，平均速率718Mbps，最弱点RSRP为-96dBm左右。

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3.1.2 有源+单极化天线室分系统上行定点速率测试结果

图7 表5有源+单极化天线室分系统上行定点测试图

表5 有源+单极化天线室分系统上行定点测试表

NR Avg Rank 测试位置 SS-RSRP SS-SINR UL 上行遍历定点a点 上行遍历定点b点 上行遍历定点c点 上行遍历定点d点 上行遍历定点e点 上行遍历定点f点 上行遍历定点g点 -90.11 -72.32 -75.94 -79.16 -.44 -68.16 -82.84 30.38 34.32 33.46 33.59 30.84 34.23 32.88 1.92 1.92 1.94 2 1.97 1.53 2 NR PDCP Throughput UL 96.79 41.68 125.46 92.72 116.98 47 123.61 未经许可不得扩散 第11页, 共26页

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上行遍历定点h点 上行遍历定点i点 上行遍历定点j点 上行遍历定点k点 上行遍历定点l点 上行遍历定点m点 上行遍历定点n点 上行遍历定点o点 上行遍历定点p点 上行遍历定点q点 -75.26 -69.98 -88.35 -76.66 -92.59 -.14 -79.06 -84.72 -75.44 -88.73 34.5 34.12 33.85 33.76 28.41 30.5 33.6 32.67 33.58 30.88 1.98 1.81 2 1.68 1.04 2 2 2 2 2 79.36 112.34 118.15 35 .42 131.19 1.82 137.52 130.22 116.84 由上述图表可以看出，在有源+单极化天线室分系统上行定点速率测试中：

（1）上行最大速率1.82Mbps，此时SSB_RSRP=-79.06dBm，SSB_SINR=33.6。结果符合预期；

（2）上行最小速率35Mbps，此时SSB_RSRP=-76.66dBm，SSB_SINR=33.76，此时位于边缘覆盖区域，仅能接收一个单极化天线信号，流数较低，造成速率较低；

（3）多PRRU覆盖上行定点测试，选取覆盖区域内17个典型点位，均匀分布在覆盖范围内，包含LOS和NLOS场景，平均速率103Mbps，最弱点RSRP为-90dBm左右。

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3.1.3 有源+双极化天线室分系统上行定点速率测试结果

图8 有源+双极化天线室分系统上行定点速率

3.1.4 三种方案上行定点速率对比

表6 三种方式下上行速率对比

纯有源 测试位置 双极化 UL.PDCP Throughput (Mbps) 单极化 上行定点a点 上行定点b点 上行定点c点 上行定点d点 上行定点e点 上行定点f点 103.79 149.77 174.35 159.2 1.02 204.37 148.29 139.78 186.57 170.56 182.42 195.23 110.19 48.78 144.03 106.57 133.11 54.06 未经许可不得扩散 第13页, 共26页

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上行定点g点 上行定点h点 上行定点i点 上行定点j点 上行定点k点 上行定点l点 上行定点m点 上行定点n点 上行定点o点 上行定点p点 上行定点q点 均值 159.38 196.11 148.55 230.42 168.81 91.95 191.86 204.15 168.15 161.23 204.17 170. 167.91 161.91 168.3 1.7 116.38 137.45 162.6 147.32 168.54 120.16 178.88 159.82 140.12 91.11 135.04 127.9 40.82 100.59 149.11 192.33 156.93 150.02 132.47 118.42 由上述结果可以看出，三种方式覆盖效果相差不大，在同样的点位，纯有源上行速率比双极化平均高7.8%,比单极化平均高72%，双极化比单极化平均高58%。

其中纯有源室分系统各点位下行平均速率170.Mbps，有源+双极化天线各点位下行平均速率159.820Mbps，有源+单极化天线各点位下行平均速率118.42Mbps。

从上行速率看，纯有源系统与有源+双极化天线速率相差不大，有源+单极化天线速率远低于其他方案。这是由于接收一个双极化天线，最大可以到2流，但接收一个弹夹天线信号，仅能到1流。流数的差异导致速率相差较大，符合预期。

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3.2 定点下行速率对比测试

3.2.1 纯有源室分系统下行定点速率测试结果

图9 纯有源室分系统下行定点速率图

表7 纯有源室分系统下行定点测试速率表

测试位置 SS-RSRP SS-SINR 28.19 29.61 32.01 28.56 31.54 33.93 Avg Rank 3 3.67 3.92 3.86 3.97 4 DL.PDCP Throughput (Mbps) 604.59 680.31 713.81 711.6 735.78 769.1 下行定点a点 -93.36 下行定点b点 -87.22 下行定点c点 -69.47 下行定点d点 -88.49 下行定点e点 -84. 下行定点f点 -59.83 未经许可不得扩散 第15页, 共26页

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下行定点g点 -63.81 下行定点h点 -78. 下行定点i点 -87.78 下行定点j点 -54.37 下行定点k点 -76.57 下行定点l点 -96. 下行定点m点 -83.57 下行定点n点 -67.48 下行定点o点 -74.22 下行定点p点 -74.81 下行定点q点 -78.29 32.08 30.62 28.83 32.47 31.75 25.35 28.45 31.49 31.43 29.61 29.06 3.98 3.81 3.24 3.67 3.99 2.96 4 3.8 3.69 4 4 750.71 786.12 691.09 701.86 760.3 495.14 809.12 773.25 684.58 770.55 774.44 由上述图表可以看出，在有源室分系统下行定点速率测试中：

（4）下行最大速率809.12Mbps，此时SSB_RSRP=-83.57dBm，SSB_SINR=28.45，RANK=4。结果符合预期；

（5）下行最小速率495.14Mbps，此时SSB_RSRP=-96.dBm，SSB_SINR=25.35，RANK=2.96。结果符合预期；

（6）多PRRU覆盖下行定点测试，选取覆盖区域内17个典型点位，均匀分布在覆盖范围内，包含LOS和NLOS场景，平均速率718Mbps，最弱点RSRP为-96dBm左右。

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3.2.2 有源+单极化天线室分系统下行定点速率测试结果

图10 有源+单极化天线室分系统下行定点速率图

表8 有源+单极化天线室分系统下行定点速率表

NR DL Avg NR Avg 测试位置 SS-RSRP SS-SINR MCS 下行遍历定点a点 下行遍历定点b点 下行遍历定点c点 下行遍历定点d点 下行遍历定点e点 下行遍历定点f点 下行遍历定点g点 -95.28 -75.44 -75.83 -80.93 -88. -70.13 -80.15 26.15 31.65 31.74 32.9 29.86 31.52 31. 16.51 14.88 18.76 19.2 19.03 11.33 19.03 NR PDCP Rank DL Throughput DL 2.69 2.94 3.31 3 3 2.5 2.95 442.93 440.97 635.24 594.7 590.45 270.59 580.14 未经许可不得扩散 第17页, 共26页

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下行遍历定点h点 下行遍历定点i点 下行遍历定点j点 下行遍历定点k点 下行遍历定点l点 下行遍历定点n点 下行遍历定点m点 下行遍历定点o点 下行遍历定点p点 下行遍历定点q点 -77.37 -78.19 -70.96 -81.53 -95.21 -75.06 -90.44 -84.02 -80.35 -91.36 32.21 32. 32.02 30.83 26.07 32.75 28.9 31.55 31.9 28.61 17.86 19.39 17.05 14.3 16.02 19.83 18.94 19.71 19.77 18.16 3 3 3.52 2.2 2 3.8 3 3.01 3.34 3 556. 602.82 561.67 307.48 327.6 771. 594.26 615.13 682.16 569.19 由上述图表可以看出，在有源+单极化天线室分系统下行定点速率测试中：

（7）下行最大速率771.Mbps，此时SSB_RSRP=-75.06dBm，SSB_SINR=32.75，RANK=3.8。结果符合预期；

（8）下行最小速率270.59Mbps，此时SSB_RSRP=-70.13dBm，SSB_SINR=31.52，RANK=2.5。结果符合预期；

（9）多PRRU覆盖下行定点测试，选取覆盖区域内17个典型点位，均匀分布在覆盖范围内，包含LOS和NLOS场景，平均速率537.87Mbps，最弱点RSRP为-95dBm左右。

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3.2.3 有源+双极化天线室分系统下行定点速率测试结果

图11 表10有源+双极化天线室分系统下行定点速率图

3.2.4 三种方案下行定点速率对比

表9 三种方式下行速率对比

纯有源 测试位置 双极化 DL_PDCP_rate (Mbps) 单极化 下行定点a点 下行定点b点 下行定点c点 下行定点d点 下行定点e点 下行定点f点 604.59 680.31 713.81 711.6 735.78 769.1 583.31 501.09 7.34 752.68 715.96 807.19 442.93 440.97 635.24 594.7 590.45 270.59 未经许可不得扩散 第19页, 共26页

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下行定点g点 下行定点h点 下行定点i点 下行定点j点 下行定点k点 下行定点l点 下行定点m点 下行定点n点 下行定点o点 下行定点p点 下行定点q点 均值 750.71 786.12 691.09 701.86 760.3 495.14 809.12 773.25 684.58 770.55 774.44 718.37 753.34 703.3 763.7 763.65 552.24 547.21 757.16 680.23 630.48 599. 612.94 675.80 580.14 556. 602.82 561.67 307.48 327.6 771. 594.26 615.13 682.16 569.19 537.87 由上述结果可以看出，三种方式覆盖效果相差不大。在同样的点位，纯有源下行速率比双极化高8%,比单极化高43%，双极化比单极化高34%。

其中纯有源室分系统各点位下行平均速率718.37Mbps，有源+双极化天线各点位下行平均速率675.80Mbps，有源+单极化天线各点位下行平均速率537.87Mbps。

由此可见，采用纯有源室分系统可用于流量密集区域，用于流量提升，而有源+双极化天线、有源+单极化天线可以用于对流量需求不高的区域，减少覆盖成本。

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3.3 下行遍历对比测试

3.3.1 纯有源室分系统下行遍历测试结果

图12 纯有源室分系统下行遍历测试

图13 下行遍历SSB_SINR与DL_Rate关系

3.3.2 有源+单极化天线室分系统下行遍历测试结果

图14 有源+单极化天线室分系统下行遍历测试

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图15 下行遍历SSB_SINR与DL_Rate关系

3.3.3 有源+双极化天线室分系统下行遍历测试结果

图16 有源+双极化天线室分系统下行遍历测试

图17 下行遍历SSB_SINR与DL_Rate关系

3.3.4 三种方案下行遍历对比

表10 三种方案下行遍历对比

部署方式 下行峰值速率下行平均速率平均RSRPRSRP大于RSRP大于 未经许可不得扩散 第22页, 共26页

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（Mbps） （Mbps） （dbm） -110dBm占比 -100dBm占比 纯有源 双极化 单极化 981.26 960.68 824.59 6.88 596.27 510.55 -79.34 -81.82 -80.65 100% 100% 99.34% 98.58% 95.62% 97.30% 从对比结果可以看出：

（1）三种部署方式在下行峰值速率差异不大，其中纯有源下行峰值速率最大，有源+双极化无源天线其次，有源+双极化无源天线下行峰值速率最差。考虑到单极化天线仅开启3通道，理论计算可以认为三者下行峰值速率差异在50Mbps之内，无较大差异。

（2）三种部署方式在下行平均速率差异较大，纯有源可以获得比双极化和单极化更高的平均流量，相比双极化，流量高16%左右，相比单极化，高35%。双极化比单极化高17%。

（3）从覆盖效果看，有源系统覆盖效果最好，单极化天线其次，双极化天线最差，三种方式之间覆盖存在2~3db差异。根据实测结果，可以看出，通过调整天线点位，有源+无源天线可以达到与有源系统相同覆盖效果。

（4）从覆盖优良比看，RSRP>-110dBm占比均超过99%，RSRP>-100dBm占比，双极化天线最差，有源系统最好，存在3个百分点差异。

3.4 上行遍历对比测试

3.4.1 纯有源室分系统上行遍历测试结果

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图18 纯有源室分系统上行遍历测试

图19 上行遍历SSB_SINR与DL_Rate关系

3.4.2 有源+单极化天线室分系统上行遍历测试结果

图20 有源+单极化天线室分系统上行遍历测试

图21 上行遍历SSB_SINR与DL_Rate关系

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3.4.3 有源+双极化天线室分系统上行遍历测试结果

图22 有源+双极化天线室分系统上行遍历测试

图23 上行遍历SSB_SINR与DL_Rate关系

3.4.4 三种方案上行遍历对比

表11 三种方案上行遍历对比

上行峰值速率上行平均速率部署方式 （Mbps） 纯有源 双极化 单极化 204.8 208.83 205.58 （Mbps） 146.62 118.13 92.07 平均RSRP（dbm） -79.13 -83.13 -80.74 RSRP大于RSRP大于-110dBm占比 -100dBm占比 100% 98.67% 99.96% 97.82% 94.38% 97.95% 从对比结果可以看出：

（5）三种部署方式在上行峰值速率基本无差异，其中有源+双极化无源天线上行峰值速

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率最大，有源+单极化无源天线其次，纯有源上行峰值速率最差。点位、终端摆放方式等均对峰值速率有较大影响，参考价值不大。

（6）三种部署方式在上行平均速率差异较大，纯有源可以获得比双极化和单极化更高的平均流量，相比双极化，流量高24%左右，相比单极化，高59%。双极化比单极化高28%。考虑到单极化天线仅开启3通道，理论上双极化天线上行平均速率与单极化天线基本无差异，但纯有源平均速率优于有源+无源天线。

（7）从覆盖效果看，有源系统覆盖效果最好，单极化天线其次，双极化天线最差，三种方式之间覆盖存在3~4db差异。根据实测结果，可以看出，通过调整天线点位，有源+无源天线可以达到与有源系统相同覆盖效果。

（8）在低容量场景，可以通过外接单极化或者双极化天线来延伸pRRU的覆盖，在覆盖效果一致前提下，可以有效减少pRRU的数量，达到节省成本的目的。本案例虽然隔断较多，但仍可以在保障覆盖效果前提下，减少1个pRRU，经过粗略测算，可以节省20%-25%的成本。

四、 经验总结

有上/下行定点测试、上/下行覆盖遍历测试结果可以看出：

（1）纯pRRU覆盖，隔断较多，遍历覆盖区，下行平均速率接近700Mbps，上行平均速率接近150Mbps，覆盖面积接近500平。

（2）在低容量场景，可以通过外接单极化或者双极化天线来延伸pRRU的覆盖，在覆盖效果一致前提下，可以有效减少pRRU的数量，达到节省成本的目的。本案例虽然隔断较多，但仍可以在保障覆盖效果前提下，减少1个pRRU，经过粗略测算，可以节省20%-25%的成本。

（3）对比纯有源室分系统、有源+单极化天线和有源+双极化天线两种覆盖方式，有源+双极化天线在减少pRRU的情况下，基本可以达到与纯有源室分系统同等的性能，包括覆盖、上行峰值速率、下行峰值速率等，在平均速率上略低于纯有源室分系统。有源+单极化天线性能与纯有源室分系统性能相差较大，但案例中每pRRU仅连接3个单极化天线，因此有源+单极化天线在降低部分性能的情况下，可以极大扩大覆盖面积。

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