5G有源室分鏈路預算覆蓋模型的分析研究

鐘萃亮 江西省郵電規劃設計院有限公司無線研究院 南昌市 330002

1 引言

室內分布系統是將信號源功率通過線纜傳輸和器件的合理功率分配后，再經室內天線將無線信號發射給用戶終端。與室外宏站不同的是室內分布系統的天饋系統比室外宏基站更復雜，因此，室內覆蓋的鏈路預算可以分成有線傳播段、無線傳播段兩個部分。

有線傳播段是指從信號源到室分天線口之間的有線傳輸段落，可以是饋線，也可以是光纖；信號源發射信號經過各種無源器件（功分器、耦合器）和線纜傳輸損耗后，到達天線口。

無線傳播段是指從室分天線口到終端之間的空間傳播段落，天線口功率經過空間傳播損耗（含天線增益、陰影衰落、穿透損耗等），到達用戶終端。

鏈路預算是覆蓋預測的主要工具，其最終目的是計算單天線（或單pRRU）的覆蓋半徑，即評估無線信號經過上述的有線傳播段、無線傳播段后到達終端的接收信號是否能滿足運營商對最低覆蓋邊緣場強的要求。根據室內覆蓋方式的不同，可以將無線室內覆蓋預測模型分為傳統DAS無源室分、新型有源室分兩類，本文重點分析研究有源室分鏈路預算覆蓋模型。

2 有源室分鏈路預算覆蓋模型

該模型適用于新型有源室分類，包括有源室分、移頻MIMO、分布型小微站、放裝式小微站等。與傳統無源室分相比，因為沒有分布系統，該模型下的最大允許的路徑損耗MAPL＝發射端EIRP＋增益－損耗－工程余量－接收端接收靈敏度。上下行路徑損耗的詳細計算方法過程如下：

2.1 下行鏈路預算方法

圖1 無線室內覆蓋預測模型圖

式中，MAPLDL下行鏈路最大充許的傳播損耗，PoutBS基站信號源的發射功率，LfBS發射端的饋線損耗，GaBS基站天線增益，GaUE移動臺天線增益，Mf陰影衰落余量（與傳播環境相關），MI干擾余量（與系統容量相關），Lp穿透損耗（室內覆蓋考慮），Lb人體損耗，SUE終端的接收機靈敏度。

室內覆蓋的下行鏈路路徑損耗分析計算示意圖，如下圖所示：

圖2 室內覆蓋下行鏈路MAPL分析計算示意圖

2.2 上行鏈路預算方法

式中，MAPLUL上行鏈路最大允許傳播損耗，PoutUE移動終端發射功率，SBS基站接收機的靈敏度。

室內覆蓋的上行鏈路路徑損耗分析計算示意圖，如下圖所示：

圖3 室內覆蓋上行鏈路MAPL分析計算示意圖

2.3 鏈路預算主要參數

（1）5G信號源發射功率

5G取消了CRS，也沒有了邏輯天線端口的概念，是以RE子載波的功率作為其他信道功率的基準，所以在鏈路預算時，應以RE子載波發射功率作為信號源的發射功率。與4G相比，計算方式比較簡單，可以直接用信號源的單通道總功率除以頻率帶寬內總的子載波數得到；比如：pRRU的發射功率一般為4×250mW，則RE子載波功率＝10log（250mW/（273×12））＝10log（250mW） - 10log （273 × 12） ＝23.98 - 35.15＝-11.17dBm；RE子載波功率與帶寬有關系，與nTnR通道數沒有關系。5G的UE終端在FR1頻段默認的單流最大發射功率為200mW，即23dBm，雙流最大發射功率為400mW，即26dBm；在FR2 頻段UE 最大發射功率為23~35dBm。

（2）等效全向輻射功率（EIRP）

上下行EIRP計算公式如下：

EIRPDL= 基站發射功率+ 發射天線增益-發射系統饋線損耗

EIRPUL= 終端最大發射功率+ 終端天線增益

對于有源室分系統，基站發射端饋線損耗主要是指跳線或饋線損耗，一般認為終端的饋線損耗為0dB；pRRU設備自帶天線的增益一般取為3dBi。

（3）穿透損耗

參考協議3GPPTS38.901 中的相關描述，各種物體穿透損耗可以用以下計算公式進行估計：

建筑材料類別普通玻璃鍍膜玻璃混凝土墻木頭穿透損耗［dB］PL=2+0.2f，注：頻率f單位是GHz PL=23+0.3f PL=5+4f PL=4.85+0.12f

3 結束語

據統計，當前約70%的移動數據業務發生在室內場景，5G室內覆蓋將更加重要，5G室內網絡將成為2C/2B等行業應用的重要新型基礎設施。通過研究有源室分覆蓋鏈路預算模型，基于室內無線傳播模型就可以更加精確地計算出天線覆蓋半徑、更科學規劃設計pRRU點位，從而有助于制定技術可行、經濟合理的最優室內覆蓋設計方案。