1 引言
隨著室內用戶規模的增加及室內業務的快速增長，住宅等中小型場景的5G 室內覆蓋需求更加急迫。而過去運營商一般分別單獨規劃與建設無線和有線接入，因此運營商通常需要重復協調入場和多專業的反復建設，導致網絡施工難度大，部署效率低下。為提升運營商的網絡建設效率，本文結合中低容量室內場景，提出了一種基于擴展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案，可復用同一纖芯實現5G 與家寬的同時接入，大大提升網絡建設效率和節省建設成本。
2 當前運營商室內覆蓋建設的特點與存在問題
5G 模組技術逐漸成熟，其價格逐漸下降，這帶來了5G 終端連接數的爆發式增長。數據表明，5G 終端連接數達到了3.65 億，并且繼續高速增長，這意味著5G 基站建設持續推進。根據工信部數據，盡管5G 宏基站已經基本實現5G 信號的室外廣度連片覆蓋，但室內的深度覆蓋仍存在巨大的發展空間。從廣度覆蓋推進到深度覆蓋，才能滿足爆炸式增長的5G 終端連接數的應用需求[1]。
考慮業主或物業提出的美觀要求，運營商在部署5G室內覆蓋天線等設備時往往會碰到物業協調和施工受阻等難題，除了如商場、場館等大型開放場景，室內分布系統天線大部分只能部署在走廊區域，無法深入房間。根據工信部數據，我國家寬普及率已達到96%。若能夠復用已有的入戶光纖資源，通過更換原有的無線路由器，實現5G和家寬信號的同時輸出，既可實現有效解決管道光纖資源匱乏、天線施工不美觀、信號無法入戶等問題，也可提升投資效益，達成降本增效目標。
3 擴展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案
采用擴展型皮基站是用于室內覆蓋的一種相對成熟的解決方案，其需要新增基帶單元、交換單元和射頻單元，通常情況下基帶單元與交換單元之間采用光纖連接，交換單元和射頻單元之間采用網線連接，施工改造難度不高，成本中等[2]。由于支持的連接用戶數稍低，對比其建設成本，擴展型皮基站更適用于中低容量中小型場景的室內覆蓋。針對此類中小型場景，運營商通常將要部署或者已經部署了光纖資源，因此，若能夠充分利用已有的入戶光纖資源，將5G 和家寬信號復用到同根光纖中傳輸，將射頻單元同時集成5G、ONU 和無線路由器等功能，將能實現無線和家寬信號同時入戶。我國現在較高的光纖入戶普及率，那么可以通過復用光纖，來為基于擴展型皮基站建設5G 信號的室內覆蓋提供了極大的便利[3]。
O-RAN 的系統架構及定義指出，擴展型皮基站是未來實現運營商白盒化發展的重要形式及通用硬件。擴展型皮基站復用PON 網絡的這種實現回傳方式，可實現5G 靈活快速建網，縮短建設施工周期[4]。結合運營商目前的網絡現狀，為解決5G 規劃部署過程中遇到的種種問題，本文探討并提出了一種基于擴展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案。
3.1 基本原理
本文所述的5G 和家寬融合解決方案，是基于對擴展型皮基站（包括基帶單元、交換單元和射頻單元三級架構）的改進[5]。基帶單元BU 安裝在OLT 機房內，交換單元EU 安裝于分光器弱電間內，用戶家中的光貓替換為一個融合ONU、WIFI 和IPTV 功能的5G 射頻頭端RU。另外，在原EU 單元上增加一個PON 信號合路點，使入戶光纖同時能夠傳輸5G 信號和家寬。在家庭端處增加一個RU 單元，這個RU 單元即為集成ONU、5G、WIFI、IPTV 等功能的5G 射頻頭端。這種架構的改進，可以實現5G 信號和家寬的傳輸和發射。這種技術改進方法無須新增或改動光纖。
3.2 系統方案設計
基于上述對擴展型皮基站的融合改造原理，結合GPON 鏈路的特點，以及現有的家寬等有線資源的現狀，提出一種新的網絡系統設計方案。該方案能夠在不改變現有GPON 網絡的情況下，將RU 部署到家庭等中小型場景中，可以實現5G 信號和家寬等已有部署的光纖信號共用1 根光纖輸出。
為了進一步闡述圖2 中的系統方案具體設計，結合上述基本原理，對方案作以下詳述。首先，在傳輸機房中建立5G BU 基站，5G BU 基站接入5G 核心網和寬帶業務數據光纖，5G BU 基站分別對5G 業務和寬帶業務分別處理后重新組幀與分布式下一級設備EU 進行通信。5G 設備采用option7-2 架構，5G BU 與分布式下一級設備EU 通信使用光纖以太網協議，每個5G BU 有4 個光口，可以帶4個5G 雙通道小區。通過光纖將5G 和寬帶業務拉遠傳輸到需要5G 覆蓋的小區，在進入戶的豎井或弱電井中增加光寬5G 融合擴展設備EU。每個EU 有12 個向下分發的光口，其中1 個光口可以作為級聯光口，可以向下再級聯一級EU，這樣一個BU 最大可以接入92 個入戶RU 設備。
該方案可以實現同一根入戶光纖同時為家庭提供5G無線信號和家庭寬帶等有線業務。該方案的亮點在于5G信號和光寬信號采用合波方式，RU 融合5G 和ONU、IPTV、WiFi 功能。此外，在硬件設計上，BU 采用標準1U 服務器結構，可安裝在室內或有防護能力的室外機柜中。EU 是一個標準的19 英寸寬、1U 高版本的小型化盒式設備，可安裝在室內、弱電井或有防護能力的室外機柜中。而RU 采用模塊化結構，對外接口簡潔，指示燈集中在正面，可擺放在室內。
3.3 系統設計性能驗證
3.3.1 現網試點方案設計
為了驗證系統設計的性能表現，本方案于2021 年12月于深圳市福田區嘉洲富苑試點應用。基于現有家庭寬帶系統，增加BU、EU 設備。其中，BU 設備安裝于B3F 機房，EU 設備安裝與13F 弱電井，并用融合WIFI、ONU和IPTV 的5G RU 設備替換原光貓設備。
3.3.2 試點測試情況
改造前后相關信號強弱對比如圖4、圖5 所示。5G RU設備安裝點位于客廳，系原室內覆蓋最弱區域。在升級改造前，室內5G 覆蓋偏弱，存在宏站干擾，且部分區域存在覆蓋效果較差，并存在盲區。現網升級改造后，新的系統設計方案能夠使室內5G 覆蓋RSRP 由平均-95 dBm提升為平均-80 dBm 左右，且SINR 均在24 左右，并使得綜合覆率達到100%，覆蓋效果良好，特別是原室內覆蓋最弱的客廳區域的信號情況有了極大改善。室內下載速率平均提升31.03%，上傳速率平均提升34.43%，速率提升效果顯著。EPSFB 語音總體感知良好，室內外切換測試正常。
此外，經調試，在進行改造升級后，家庭寬帶等功能可正常使用，對正常原有業務無影響。WIFI 功能經測試正常，通過在近點位與遠點位分別測試，測得改造后近點位WIFI 場強-32 dBm，遠點位WIFI 場強-48 dBm，與改造前近點位WIFI 場強-31 dBm，遠點位WIFI 場強-48 dBm，改造前后近乎無差別。IPTV 功能正常，經測試，連續3 小時播放電視直播節目，無卡頓。結合室內場景的房屋結構及用戶通常的使用習慣，此處的“近點位”為距離RU 單元直視可見、且相距2 到3 m 的范圍，在本次試點測試中，為此試點安裝RU 設備的客廳；“遠點位”為距離RU 單元直視不可見（如隔墻）、且相距3 到5 m 的范圍，在本次試點測試中，為靠近客廳的房間，即“房間1”。
3.4 方案試點測試結果分析
在深圳市福田區嘉洲富苑的現網試點測試，充分驗證了該方案的技術優勢。首先，本方案可實現有線無線的協同規劃建設，一次進場實現5G 和家寬網絡的開通，還可以將ONU、無線路由器、IPTV 盒子和無線設備集成在一起，減少家庭場景的設備類型和數量，便于設備管理。其次，通過現網試點的信號強度測試前后對比，不難發現，有家寬但手機信號弱的存量樓宇場景，通過改造，在弱覆蓋區域新增5G RU，即可顯著提升5G 信號強度。但由于5G RU 為小信號覆蓋，從試點的3 個房間的信號強度的提升幅度中可以發現，信號存在明顯的穿墻損耗，因此本方案主要適用于住宅與部分中小型場所的室內5G 信號提升。
3.5 使用場景建議
本方案于深圳市住宅場景的試點，完成了方案設計、現網施工及測試。測試5G 無線、WIFI 和IPTV 等各項指標均滿足預期，并取得良好效果。后續可廣泛適用于中低容量室內場景的信號覆蓋，譬如家庭住宅、臨街商鋪、超市、小型寫字樓；或用作美容、酒吧、健康中心、麻將館、茶莊、KTV、電影院、三星級以下酒店、賓館等餐飲娛樂場所室內信號覆蓋提升。
4 結束語
基于擴展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案，通過復用一根入戶光纖，實現有線無線的有機協同。此方案有利于有線無線同步規劃和同步建設，避免二次施工，減少物業協調難度，降低網絡施工阻力，實現網絡快速部署，節省網絡投資和建設時間，大大提升了建網效率。
在傳統家庭網絡中，產品類型多、管理難度大，家庭室內存在ONU、無線路由器、IPTV 盒子、無線主設備和天線等多種設備，故障點多，網絡運維和管理難度較大。基于對擴展型皮基站的5G 和家寬融合解決方案，能夠將多種設備集成在一起，減少家庭場景的設備類型和數量，便于設備管理智慧家庭業務的快速推廣。未來還可以考慮對方案進行一步迭代升級，在5G RU 端加入智慧家庭網關功能，利用5G 高安全性、本地分流和邊緣計算特點，提高家庭數據安全性，減少網絡數據傳輸壓力。
