唯得科技迭代升級單纜MIMO，5G移頻室分系統(tǒng)開啟規(guī)模化部署
一、通信運營商在5G建設中期開始規(guī)模化部署移頻室分系統(tǒng)
根據工業(yè)和信息化部統(tǒng)計，截至2022年9月，我國累計建成開通5G基站196.8萬個，5G信號已完整覆蓋全國所有城市地區(qū)并基本覆蓋鄉(xiāng)鎮(zhèn)，5G移動用戶數(shù)達到4.55億，5G基站和用戶數(shù)均占全球60%以上，并成為全球首個基于獨立組網模式規(guī)模建設5G網絡的國家，在5G賽道上，中國已經位于國際前沿位置。
5G“新基建”浪潮的前期建設重點為室外宏站及5G核心網，隨著完成獨立組網（SA）和實現(xiàn)全國5G信號覆蓋，三大運營商已經開始將5G建設重心從“有沒有”向“好不好”過渡。通過建設5G室分系統(tǒng)承載室內用戶、應用多通道（MIMO）提速技術等多種手段達到5G低延時+高速率效果，實現(xiàn)在網5G用戶感知提升并將5G優(yōu)勢實際應用到工業(yè)互聯(lián)網和智慧城市等領域。
在建設5G室分系統(tǒng)時，移頻室分系統(tǒng)可以將4G時期已經建成且數(shù)量龐大的傳統(tǒng)單纜室分系統(tǒng)利舊升級，兼容傳輸高頻段5G信號并應用多通道（MIMO）技術，實現(xiàn)了有效利用運營商存量室分資源，以高速率、低成本，快速施工的模式將5G信號覆蓋到5G需求最集中的樓宇及室內范圍。本文著重介紹通過移頻技術利舊運營商已建傳統(tǒng)單纜DAS（Distribute Antenna System）室分系統(tǒng)實現(xiàn)MIMO提速的技術優(yōu)勢及使用前景。
二、通過5G移頻室分系統(tǒng)技術優(yōu)勢彌補傳統(tǒng)室分缺陷
為了將單纜室分系統(tǒng)升級為移頻MIMO室分系統(tǒng)并實現(xiàn)最佳效果，移頻系統(tǒng)中需要應用到多種射頻技術及創(chuàng)新軟件，主要包含5G頻段的移頻及還原、MIMO功率自動平衡、功率動態(tài)補償、有源室分網管平臺等。
5G頻段的移頻及還原原理
多路同頻信號或倍頻信號不能在同一介質（饋纜）內傳輸，因此傳統(tǒng)5G MIMO多通道需要通過在同一線路鋪設多根饋纜及多組器件才能達成，在已建室分系統(tǒng)或大部分已裝修樓宇中很難實現(xiàn)。而移頻技術將5G MIMO多通道中的一個或多個同頻段5G信號的頻率搬移至空閑頻段并在終端還原，從而實現(xiàn)了在同一介質（饋纜）內以頻分復用的形式傳輸多路同頻信號，達到實現(xiàn)多通道（MIMO）室分系統(tǒng)的效果。
MIMO功率自動平衡算法
由室內基站信號源發(fā)射的MIMO多通道信號在發(fā)射端功率相同，但經過移頻-還原、鏈路損耗、各頻段衰減差異等傳輸過程中的影響，終端發(fā)射的MIMO多通道信號之間會產生一定的功率差，3GPP標準對MIMO多通道信號之間的功率差異要求為1dB。通過實測分析認為3dB以內的功率差是可以容忍的。
下行影響分析：近點SINR高于最高MCS等級的要求，因此5dB內的雙通道不平衡對近點吞吐量影響較小。在中遠點，3dB功率差帶來的容量損失在5%內，5dB功率差帶來容量損失在10%以上。在中遠點功率不平衡影響較大，同時造成的場強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， SINR高于最高MCS等級的要求，雙路不平衡對吞吐量影響較小 。在遠點，3dB功率差帶來的容量損失約25%。5dB功率差帶來容量損失達43%內。
MIMO功率平衡對吞吐量影響
為避免雙通道功率不平衡造成的室分系統(tǒng)信號質量下降和吞吐量衰減，一部分移頻室分系統(tǒng)研發(fā)實現(xiàn)了MIMO功率自動平衡算法，該技術可使得移頻系統(tǒng)遠端設備實時監(jiān)控5G直通路信號功率，并根據直通路功率的變化實時調整還原移頻路功率，使得移頻路與直通路雙通道始終保持功率自動平衡，甚至可將功率差幅始終控制在1dB以內。該種技術可使得移頻室分系統(tǒng)基本達到MIMO技術可實現(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。
功率動態(tài)補償技術
對于電信聯(lián)通建設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)無源DAS室分系統(tǒng)已無法完成5G信號的全面覆蓋。
傳統(tǒng)室分系統(tǒng)傳輸3.5G信號
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信號成為可能，一些新型移頻室分系統(tǒng)創(chuàng)新使用了功率動態(tài)補償技術，當末端天線輸出功率較低時，自動補償放大相應功率至標準值，保證了最佳的傳輸速率，克服了高頻5G信號在饋纜中長距離傳輸?shù)墓β蕮p失問題，實現(xiàn)天線智能化增益補償。無需人工調節(jié)，補償5G高頻信號在饋纜及器件中的功率損失，使得3.5G頻率在射頻饋纜內長距離傳輸成為可能。
有源移頻室分系統(tǒng)通過功率動態(tài)補償技術實現(xiàn)電聯(lián)3.5G覆蓋
有源室分網管平臺
傳統(tǒng)室分系統(tǒng)的網絡管理功能只能對基站進行遠程監(jiān)控及運維，無法對室分基站下天饋分布系統(tǒng)中的天線點進行監(jiān)控管理，在無源分布系統(tǒng)發(fā)生故障時也無法感知，只能由人工現(xiàn)場檢查或接到用戶投訴時檢修，作為監(jiān)控難題，運營商近年也一直提出對原有分布系統(tǒng)“可管可控”的運維要求。
移頻室分系統(tǒng)采用將天線替換為遠端設備的方式實現(xiàn)移頻MIMO的同時，遠端設備也具備了監(jiān)控及管理功能，因此通過遠端設備的數(shù)據監(jiān)控及遠程傳輸，運營商即可完整實現(xiàn)到天線端的運維管理功能，并且可以通過移頻系統(tǒng)搭建功能完善的遠程綜合網管平臺，實現(xiàn)對所有已建站點的智能化綜合運維管理，如設備接入管理、多級站點地圖、設備分布圖顯示、可視化監(jiān)控中心、工單運維管理、告警管理、設備版本管理、輪詢自檢、智能化維護等。
三、現(xiàn)有移頻室分系統(tǒng)分類
三種移頻實現(xiàn)方式
目前移頻技術主要通過三種方式應用到運營商5G室分系統(tǒng)當中：有源移頻室分系統(tǒng)（典型廠商：唯得科技）、無源移頻室分系統(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)產生時間可以追溯到4G時代的單纜MIMO室分系統(tǒng)，在多年的實際應用中演進出了適應多種5G頻段制式、功率自動平衡、功率動態(tài)補償、智能網管平臺等高階功能，已經在中國移動、中國聯(lián)通、中國電信三大運營商規(guī)模化部署。
有源移頻室分系統(tǒng)架構
有源移頻室分系統(tǒng)由近端設備和遠端設備組成，架構和施工都非常簡單，在5G RRU側增加近端設備與RRU連接后通過合路器連接原有單纜室分系統(tǒng)，再在天線側將原有天線換為天線一體化遠端設備即可。有源移頻室分系統(tǒng)的遠端設備由近端設備供電，近端設備通過原有室分系統(tǒng)線纜及器件即可實現(xiàn)低功耗遠程供電，無需添加額外的饋電單元，但需要將原系統(tǒng)無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信號的鏈路衰減，在建設5G室分系統(tǒng)時也應替換。
無源移頻室分系統(tǒng)
無源移頻室分系統(tǒng)是由華為技術有限公司在2022年最新推出的一種移頻室分技術。隨著有源移頻室分系統(tǒng)的廣發(fā)應用，作為基站廠商的華為也希望從主設備源頭實現(xiàn)移頻，通過在主設備（RRU）端進行移頻，免去近端機的安裝工作。
有源移頻室分系統(tǒng)架構
無源移頻系統(tǒng)由移頻型RRU和遠端設備組成，架構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備和替換耦合器，通過在遠端設備中添加無源混頻器的方式實現(xiàn)移頻信號的還原。無源移頻系統(tǒng)相比有源移頻系統(tǒng)進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，同時因為遠端設備使用無源混頻方式實現(xiàn)移頻信號的還原，因此不具備有源移頻系統(tǒng)適應多種5G頻段制式、功率自動平衡、功率動態(tài)補償、智能網管平臺等高階功能和應用。
移頻增速器室分系統(tǒng)
移頻增速器室分系統(tǒng)由中國移動粵港澳大灣區(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)的近端設備部分與有源室分系統(tǒng)完全相同，其創(chuàng)新點在于將移頻系統(tǒng)遠端設備與室分天饋系統(tǒng)“斷開”，額外在室內多個點位添加新的遠端設備并就近取電使其工作，遠端采用無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，將其還原為5G信號后發(fā)射至覆蓋區(qū)域，與原天線發(fā)射的5G信號共同組成雙通道MIMO效果。
無源移頻室分系統(tǒng)架構
該方案也不需要進行耦合器的替換，但就近取電、移頻設備的安全管理、大功率移頻信號在空間發(fā)射的頻段授權等問題暫未解決，因此屬于實驗型產品還未正式商用。
四、有源移頻室分系統(tǒng)相比其他移頻系統(tǒng)優(yōu)勢分析
以上三種實現(xiàn)移頻的方案各具特點，后兩種都在施工便利性上有進一步的提升，但回歸移頻系統(tǒng)的本質：實現(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
具備功率自動平衡和功率動態(tài)補償技術的有源移頻室分系統(tǒng)在每個天線點都可以達到15dBm-20dBm的發(fā)射功率，保證每近端設備300平方米覆蓋范圍內實現(xiàn)良好的5G雙通道信號覆蓋效果。在移動2.6G頻段達到800Mbps以上下載速率；在電信/聯(lián)通3.5G頻段（100M帶寬）達到600Mbps以上下載速率；在電信/聯(lián)通3.5G頻段（200M帶寬）達到1100Mbps以上下載速率；在電信/聯(lián)通2.1G頻段（20M帶寬）達到200Mbps以上下載速率，基本實現(xiàn)信源帶寬范圍內MIMO速率的理論峰值。
無源移頻室分系統(tǒng)和移頻增速器縮減了饋線供電的難度，但相應失去了移頻遠端設備的功率調整能力，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可攜帶的遠端設備數(shù)量，最大僅支持30個遠端天線點，天線數(shù)量較多或功率差較大的場景中，移動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）。
移頻增速器的遠端設備采用外置接收天線發(fā)射出的移頻信號模式，因此還原后共同組成的MIMO信號存在巨大的覆蓋差異，在功率分配理想區(qū)域（20%）基本可達到有源移頻室分覆蓋效果，在大部分交叉覆蓋區(qū)域（80%）MIMO信號效果仍不太理想。與無源移頻室分系統(tǒng)相同，移頻增速器方案僅支持移動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)可以實現(xiàn)前述綜合化網管平臺的運維管理功能；無源移頻室分系統(tǒng)未采用遠端移頻有源設備，因此沒有網管功能；移頻增速器具備一定的設備掉線告警功能和在線狀態(tài)顯示，但其他鏈路檢測和綜合化平臺功能無法拓展實現(xiàn)。
通過對以上技術特點的分析，結合運營商采用多種低成本手段綜合建設5G網絡指導意見，可以預期在未來五年5室分建設發(fā)展期，移頻技術將廣泛應用于升級改造龐大的存量無源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，滿足移動用戶對于高速數(shù)據業(yè)務的需求。解決困擾運營商5G建設過程中利舊、提速及管理的難題，同時也為5G室分系統(tǒng)設計提供了一套新的設計思路。
