5G室内和室内的同频组网测试分析
5g nr网络一般采用100mhz带宽，相比4g的20mhz具有5倍带宽优势，未来可支持具有更高速率、更高可靠性、更低时延等特性的业务种类，从而满足用户更为丰富多样的业务需求。相比4g时代具有较多可用频率的情况，5g面临室内外频率分配较为紧张的局面，为此，需要在为用户提供高带宽业务及引入干扰、相对低带宽业务及无干扰之间做取舍。
5g室内外同频组网性能分析
4g网络室外一般采用f频段、d频段，室内覆盖基站采用e频段，室内外普遍为异频组网。由于5g nr网络的4.9ghz频段产业相对滞后且频率稍高，先期不会作为室外连续组网或者室内覆盖主用频段；而目前在2.6ghz频段的分配带宽共计160mhz，如果5g仍然采用室内外异频组网，则体现不出nr大带宽的优势，频谱效率较低，难以为用户提供更高速率的业务。再者，5g大带宽、波束扫描等技术对同频干扰抑制能力更强，在初期网络负荷不高时更为有效。因此，5g在2.6ghz采用室内外同频组网具有一定的可行性，是频谱效率最优的一种方式，在现阶段5g组网方案中可能将是主要选择方式。
5g室内外同频组网主要影响因素
5g室内外同频组网相比异频组网，主要是会引入干扰，导致网络性能恶化，用户业务速率减低。主要的差异如表1所示。
表1 室内外同异频组网差异对比
如表2所示，根据4g室内外同频组网测试结果，高层用户驻留室内覆盖基站，在宏站忙时（平均prb利用率40%）和闲时（平均prb利用率22%），平均下行sinr下降不明显，平均下行吞吐量损失1.5% ；低层驻留室内覆盖基站，在宏站忙时（平均prb利用率58.1%）和闲时（平均prb利用率27.2%），平均下行 sinr下降2db；平均下行吞吐量损失20.5%，主要是由于sinr差异导致的rank流数差异。
表2 4g室内外同异频组网测试性能对比
此外，在5g时代，室内外电平对比关系也发生了变化，同频组网面临着更大的技术挑战。4g宏站与室内覆盖在浅层区域的电平关系分别为-115~-113dbm和-105dbm，而5g由于室外宏基站采用64t64r的多通道设备，宏站与室内覆盖在浅层区域的电平关系为-103dbm和-105dbm。由此可见，5g室外基站覆盖的性能增强，进入室内后可能导致某些区域室外基站电平高于室内电平或者与之相当，对网络规划设计提出了更为严峻的挑战。
5g室内外同频组网测试分析
根据5g室内外同频组网测试结果，在宏站中近点，用户驻留5g室分，50%加扰条件下相比空扰速率损失13.5%；在宏站中远点，50%加扰条件下相比空扰速率损失5.31%（如图1所示）。
图1 5g室内外同频组网性能差异
但是相比驻留宏站，宏站中近点用户驻留5g室分在空扰条件下，平均下行速率约为驻留宏站的3.5倍，50%加扰条件下，平均下行速率为驻留宏站的3倍，宏站中远点用户提升速率更为明显。类比4g室内外同频组网部署室内覆盖基站前后，下行平均pdcp吞吐量在高层多隔断场景提升596.9%，在1层开阔场景提升305.3%。可见，虽然室内外同频组网对于网络引入干扰，业务速率有一定的损失，用户业务感知会部分程度的降低，但是部署室内覆盖后，室内总体容量会得到较为明显的提升。
根据试验网室内外同频组网测试，在楼宇室内环境下分析rsrp与速率的关系，在同等rsrp信号强度下，宏站中远点用户驻留5g室分时的下行速率高于驻留5g宏站。此时宏站在室内信号强度低，平均速率与边缘速率明显低于驻留5g室分，具体见表3。
表3 5g宏站近点与远点测试性能对比
根据表3中宏站超近点的测试情况，用户驻留5g宏站，在1层全开阔环境，与宏站辐射方向正对，传播环境好，驻留5g宏站的整体速率与驻留5g室分相当；而在29层，驻留室分的下行平均速率高于驻留宏站，边缘速率劣于驻留宏站。可见，即使是宏站超近点，由于天线主瓣方向、下倾角度、楼宇内部结构等各种条件不同，宏站在室内的信号覆盖强度、业务速率方面也有较大差异。
由上述测试基本可以得到，宏站中远点用户驻留室分的速率优于驻留宏站，宏站近点用户驻留宏站的速率与驻留室分相比可能较优或者相当。
如图2、图3所示，基于5g试验网外场测试的部分数据，当rsrp覆盖电平较高时（高于-85dbm），相同rsrp条件下5g室内覆盖相比室外宏站提供的用户速率更高；当rsrp覆盖电平较低时（低于-85dbm），室外宏站提供的用户速率更高。
图2 5g室内覆盖与宏站在相同rsrp条件下下行速率的比较
图3 5g室内覆盖与宏站在相同rsrp条件下上行速率的比较
从以上测试可初步认为，5g室内覆盖基站可保证在室内中心区域的较优容量性能；在室内窗边区域，如果室外宏站信号较好，可以由室外宏站来吸收话务。
5g室内外同频组网方案建议
室内覆盖设计受物业协调、施工难度等因素影响，除了商场、场馆等少量场景以外，室分天线点位绝大多数只能布放于走廊区域，因而对于窗边区域覆盖能力有限。因此，5g室内外同频组网主要干扰来自室内窗边区域，室外对室内的干扰更为严重。
后续，在5g网络建设当中，在宏站可以保证良好覆盖的室内区域可以由宏站承担覆盖，对于室内有较高容量需求、且宏站覆盖室内不足的场景仍需建设5g室内覆盖确保业务满足。
室外宏站在室内的传播衰减快、邻区多，对于中大型建筑物的覆盖效果仍有限，因此对于高流量及高价值场景，建设室分并形成主导信号是保证用户体验和室内容量的基础；对于中低价值场景，应根据宏站覆盖情况采取针对性的设计，室分设计“有进有退”。
由于现网传统das方式规模占比较高，因此针对于此的改造建设将格外需要得到关注：对于大型场馆、交通枢纽、大型商场等高流量、高价值场景，可建设分布式皮基站满足5g容量需求；对于停车场、一般写字楼、酒店等低容量场景，可直接采取5g信源馈入方式，天线点位不动；对于普通容量场景，在室内外基站信号均不理想的窗边区域，建议优先调整室外宏站，保证室内窗边区域信号覆盖。
此外，针对室内外同频组网在参数规划和网络优化方面还应采取针对性的策略。一是prb分配错开，即对于宏站和室内覆盖基站采用调度起始位置的错开，比如prb分别从高和从低序号分配。二是通过牺牲一定的容量来降低同频干扰，例如采取室内外协同频域错开方式，尤其是中低负荷场景；通过同厂家宏站室分多点协同特性（宏站及室分小区间上下行联合发送与接收，同时消除上下行干扰），降低网络整体干扰，提升性能，解决室内外切换时引起的掉话或速率下降等问题。三是采用室内外波束协同管理，通过调整同频相邻小区用户的波束方向，使得宏站波束对室分边缘用户进行避让，提升用户频谱效率。但算法实现起来较为困难，还需持续关注。
结束语
5g室内外同频组网对于室内网络性能、业务速率带来了一定的影响，但是考虑频谱效率影响，目前在总带宽受限的情况下仍可以提供相对于异频方式更高的网络容量。后续需密切关注网络实际建成的效果，研究同频干扰的抵抗措施，研究室内外规划更为精细化的设计方案，尤其是针对不同场景、同一场景不同功能区域进行差异化方案设计，从而提升5g网络的整体性能，更好地满足用户需求。
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4g网络室外一般采用f频段、d频段，室内覆盖基站采用e频段，室内外普遍为异频组网。由于5g nr网络的4.9ghz频段产业相对滞后且频率稍高，先期不会作为室外连续组网或者室内覆盖主用频段；而目前在2.6ghz频段的分配带宽共计160mhz，如果5g仍然采用室内外异频组网，则体现不出nr大带宽的优势，频谱效率较低，难以为用户提供更高速率的业务。再者，5g大带宽、波束扫描等技术对同频干扰抑制能力更强，在初期网络负荷不高时更为有效。因此，5g在2.6ghz采用室内外同频组网具有一定的可行性，是频谱效率最优的一种方式，在现阶段5g组网方案中可能将是主要选择方式。
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5g室内外同频组网相比异频组网，主要是会引入干扰，导致网络性能恶化，用户业务速率减低。主要的差异如表1所示。
表1 室内外同异频组网差异对比
如表2所示，根据4g室内外同频组网测试结果，高层用户驻留室内覆盖基站，在宏站忙时（平均prb利用率40%）和闲时（平均prb利用率22%），平均下行sinr下降不明显，平均下行吞吐量损失1.5% ；低层驻留室内覆盖基站，在宏站忙时（平均prb利用率58.1%）和闲时（平均prb利用率27.2%），平均下行 sinr下降2db；平均下行吞吐量损失20.5%，主要是由于sinr差异导致的rank流数差异。
表2 4g室内外同异频组网测试性能对比
此外，在5g时代，室内外电平对比关系也发生了变化，同频组网面临着更大的技术挑战。4g宏站与室内覆盖在浅层区域的电平关系分别为-115~-113dbm和-105dbm，而5g由于室外宏基站采用64t64r的多通道设备，宏站与室内覆盖在浅层区域的电平关系为-103dbm和-105dbm。由此可见，5g室外基站覆盖的性能增强，进入室内后可能导致某些区域室外基站电平高于室内电平或者与之相当，对网络规划设计提出了更为严峻的挑战。
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根据5g室内外同频组网测试结果，在宏站中近点，用户驻留5g室分，50%加扰条件下相比空扰速率损失13.5%；在宏站中远点，50%加扰条件下相比空扰速率损失5.31%（如图1所示）。
图1 5g室内外同频组网性能差异
但是相比驻留宏站，宏站中近点用户驻留5g室分在空扰条件下，平均下行速率约为驻留宏站的3.5倍，50%加扰条件下，平均下行速率为驻留宏站的3倍，宏站中远点用户提升速率更为明显。类比4g室内外同频组网部署室内覆盖基站前后，下行平均pdcp吞吐量在高层多隔断场景提升596.9%，在1层开阔场景提升305.3%。可见，虽然室内外同频组网对于网络引入干扰，业务速率有一定的损失，用户业务感知会部分程度的降低，但是部署室内覆盖后，室内总体容量会得到较为明显的提升。
根据试验网室内外同频组网测试，在楼宇室内环境下分析rsrp与速率的关系，在同等rsrp信号强度下，宏站中远点用户驻留5g室分时的下行速率高于驻留5g宏站。此时宏站在室内信号强度低，平均速率与边缘速率明显低于驻留5g室分，具体见表3。
表3 5g宏站近点与远点测试性能对比
根据表3中宏站超近点的测试情况，用户驻留5g宏站，在1层全开阔环境，与宏站辐射方向正对，传播环境好，驻留5g宏站的整体速率与驻留5g室分相当；而在29层，驻留室分的下行平均速率高于驻留宏站，边缘速率劣于驻留宏站。可见，即使是宏站超近点，由于天线主瓣方向、下倾角度、楼宇内部结构等各种条件不同，宏站在室内的信号覆盖强度、业务速率方面也有较大差异。
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图2 5g室内覆盖与宏站在相同rsrp条件下下行速率的比较
图3 5g室内覆盖与宏站在相同rsrp条件下上行速率的比较
从以上测试可初步认为，5g室内覆盖基站可保证在室内中心区域的较优容量性能；在室内窗边区域，如果室外宏站信号较好，可以由室外宏站来吸收话务。
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