封闭金属吊顶室内覆盖解决方案

截至2020 年底，国内运营商在全国地级以上城市均已实现了室外连续覆盖，可满足eMBB 场景下高清视频/VR/AR 等大带宽业务的容量需求。当前形势下，随着5G 渗透率的增加，5G 系统容量需求会出现显著增长。在此背景下，5G 对于室内分布系统的建设需求愈发迫切，室分系统可有效满足室内深度覆盖的容量需求。

由于目前运营商低频段资源越来越稀缺，且容量承载能力有限，未来5G 系统将会向更高频段演进。通常情况下，高频段对于常见材质穿损较大，同时由于波长短，其衍射能力变差，在空间传播的过程中表现为损耗较大。5G 室内分布系统初期部署区域聚焦在党政机关、商务楼宇及交通枢纽等热点覆盖区域。在该类区域中，为使得室分系统更好地与部署环境相融合，往往会将无源室分系统的天线或有源室分系统的pRRU 头端安装于吊顶内（暗装），带来较大的穿透损耗。5G 网络建设的中后期，将在重点区域及高价值区域提供上/ 下行超过50/300 Mbit/s 的热点覆盖，更多的室分系统建设需求会涌现出来，而更高的频段、更大的损耗将对室分系统的部署带来更大的挑战。

本文结合实地测试结果，对封闭金属吊顶场景下室内覆盖问题进行分析，并提出针对性解决方案。

1   问题现状

吊顶暗装场景下，根据吊顶的材质不同，会带来不同的额外穿透损耗^[1]。此时如果吊顶穿损过大，会影响信号覆盖质量，尤其是一些金属吊顶场景的信号反射，严重影响覆盖效果。此时，吊顶不仅会屏蔽本层信号，同时能够将下层信号反射，带来较大的干扰，甚至造成交叠覆盖现象。

该场景安装示意如图1 所示。

图1 pRRU安装示意图

某次测试结果如图2 所示，遍历测试的过程中占用的小区存在交叉，原规划的主覆盖小区PCI 为674，实际测试表明，在走廊部分较大范围占用到下一楼层小区，PCI 为672。

图2 遍历测试结果-PCI占用情况

原因分析如图3 所示，在相邻两楼层的金属吊顶内，形成一静电屏蔽区域，以天线1 为例，其发出的信号遇到吊顶后反射，在空间2 内传播；在两金属吊顶外的空间1，由于静电屏蔽作用，感应电荷在金属板聚集，形成镜像点源，镜像点源与原始信源形成干涉效应，在空间局部发生反向叠加，出现信号极弱覆盖区域。以上现象的外在综合表现为：本小区信号出现较大的衰落，邻小区信号干扰电平较高。

图3 金属吊顶屏蔽效果示意图

2   pRRU倒置安装测试结果及分析

分析此类场景，由于本层上方天线/pRRU 距离用户较远或存在吊顶的衰落出现较大的衰落，而下层信号由于覆盖距离及天花板材质等因素，形成了较强的邻区干扰，可考虑将天线/pRRU 倒置安装，以在一定程度上规避信号衰落。选取有源室分进行测试验证，本节为测试结果及分析。

图4 pRRU倒置安装

为定量分析场景内不同材质对信号的损耗影响，首先进行定点测试，测试项及测试结果如表1 所示。

表1 定点测试结果

通过该部分测试，可知，金属吊顶对信号存在较强的屏蔽作用，部分吊顶其穿损可能远高于楼板，同时，pRRU 主瓣方向性一思路，分析在pRRU 正装的情况下，其邻区信号主要成分来自于pRRU 背瓣，从而形成了较大的邻区干扰。将pRRU 分别进行正置和倒置安装，进行遍历测试，结果如表2 所示。

表2 正置/倒置安装遍历测试结果

测试结果表明，在倒置安装状态下，平均覆盖RSRP 并无提升，其原因在于上下覆盖距离差，穿损减少值未能抵消路损增加值。

根据3GPP TR 38.901 协议^[2] 定义的InH-Office（Indoor Hotspot-Office，室内热点及办公室）传播模型，5G 视距传播（LOS）和非视距传播（NLOS）场景路径损耗分别为PL_InH−LOS 和PL_InH−NLOS ，其计算式分别如下：

在实际应用中，由于散射环境较为复杂，电磁波从发射端至接收端，其信号往往包含直射部分与散射部分，因此，LOS 场景和NLOS 场景往往是同时存在的，需通过视距传播概率进行合并。分别计算各场景传播损耗。

混合场景下，视距传播概率Pr_LOS-Mix 计算式如下：

开放场景下，视距传播概率Pr_LOS-Open 计算式如下：

将LOS 和NLOS 场景下的穿透损耗通过视距传播概率进行合并，如下式：

结合现场环境，采用上述模型，分别套用LOS和NLOS 场，进行链路预算分析可知，上方线安与用户间距为1 m，下方天线与用户间距约为3 m。此时，下方天线到达用户所经历的路损相对上方天线高8.3 ～ 9.2 dB。因此，上述测试结果产生的原因为，天花板相对金属吊顶所减少的穿损值未能抵消由于距离差带来的路损增加值。

图5 覆盖距离

根据该测试结果进一步推论，在该场景下，如果能够将天线/pRRU贴近天花板并倒置安装，同时向上覆盖，可带来如下提升：

主覆盖小区（天线2）与用户之离距离由3 m 减少至1.5 m，根据链路预算，有用信号可提升5.2 dB 左右；

干扰小区（天线1）到用户的距离由1 m 增加至约2.5 m，其干扰信号可降低6.9 ～ 7.3 dB（覆盖距离由1 m 增加至约2.5 m）。

本小区信号与邻区信号差值增加至12 dB，可在提升覆盖场强的同时，有效降低邻区干扰。

3   封闭金属吊顶暗装场景解决方案

3.1 部署思路

在室内覆盖场景中，常用信号辐射器件为天线及广角漏缆，根据各类器件方向，确定以下部署思路：

1） 将天线/pRRU/ 漏缆倒置安装， 并将天线/pRRU/ 漏缆紧贴天花板安装，如图6 所示。

图6 倒置安装

2）若天线安装高度受限，无法紧靠天花板安装，则可采用方向性较好的器件进行覆盖，例如普通漏缆、壁挂天线等。

3）根据终端与用户的距离，选择合适的覆盖器件，遵循以下原则：天线贴顶安装时，选择辐射角较大的器件；无法贴顶安装时，选择方向性较强的器件，以抵抗路损。

4）对于定向壁挂天线，根据现场覆盖环境决定其宽波束和窄波束覆盖方向。

常见的覆盖器件性能及适用场景分析如表3 所示。

表3 各类天线性能（以3.5 GHz示例，典型值）

3.2 技术方案

根据上述思路，确定以下具体技术方案。

1）实地勘察并测试，获取以下参数：

并进行如下计算：

2）计算信号传播距离d_b = h3，将d_b 代入链路预算公式计算得到PL_b，再计算综合损耗P_b = PL_b + P1。

3）由下层天线/pRRU/ 漏缆覆盖本层用户，天线/pRRU/ 漏缆安装于天花板下方，尽可能贴近天花板：

a）若采用全向天线/ 定向天线/pRRU/pRRU 外接天线覆盖，天线主瓣垂直向上安装（倒置）。

b）若采用漏缆覆盖，将漏缆泄漏口向上放置。

这种情况下，若为漏缆或定向天线覆盖，在走廊正置安装的情况下，需要获取现场垂直于走廊方向的最大覆盖宽度w：

a）若为漏缆覆盖，且w ＞ 2*sqrt(3)*d_a，则采用广角漏缆进行覆盖，否则采用普通漏缆进行覆盖。

b）若为天线覆盖，获取拟采用定向天线的水平面波束宽度和垂直面波束宽度，其中较大的值定义为α，较小的定义为β。

ⅰ. W ≥ 2*tan(α/2)*d_a，采用全向天线。

ⅱ. 2*tan(β/2)*d_a ＜ w ＜ 2*tan(α/2)*d_a，采用定向天线，且较大张角平行于走廊方向放置。

ⅲ. w ＜ 2*tan(β/2)*d_a，采用定向天线，且较大张角垂直于走廊方向放置。

4）若受限于现场条件，无法灵活选择天线/pRRU/漏缆的安装高度，则获取天线/pRRU/ 漏缆安装高度h；此时，得到信号传播距离d_b =（h2 - h + h3），将d_b代入链路预算公式计算得到PL_b，再计算综合损耗P_b = PL_b + P1。

a）若采用全向天线/ 定向天线/pRRU/pRRU 外接天线覆盖，天线主瓣垂直向上安装（倒置）。

b）若采用漏缆覆盖，将漏缆泄漏口向上放置。这种情况下，若为漏缆或定向天线覆盖，在走廊安装的情况下，需要获取现场垂直于走廊方向的最大覆盖宽度w：

a）若为漏缆覆盖，且w ＞ 2*sqrt(3)*d_b，则采用广角漏缆进行覆盖，否则采用普通漏缆进行覆盖。

b）若为天线覆盖，获取拟采用定向天线的水平面波束宽度和垂直面波束宽度，其中较大的值定义为α，较小的定义为β。

ⅰ. W ≥ 2*tan(α/2)*d_b，采用全向天线。

ⅱ. 2*tan(β/2)*d_b ≤ w ＜ 2*tan(α/2)*d_b， 采用定向天线，且较大张角平行于走廊方向放置。

ⅲ. w ＜ 2*tan(β/2)*d_b，采用定向天线，且较大张角垂直于走廊方向放置。

图7 反装覆盖方案

4   结束语

本文针对封闭金属吊顶室内覆盖问题的改善，结合实测结果和理论推导，对该场景室分系统面临的损耗进行定量分析，并提出针对性解决方案。该方案通过对覆盖现场的深度勘察，灵活部署天线的安装方式，通过倒置安装并选取合理的覆盖器件，可有效规避部分穿透损耗和路径损耗，提升覆盖性能。随着更高频段及毫米波资源的开发利用，该方案可进一步推广，具有较高的应用价值。

参考文献:

[1]吕正春,毕猛,陈小奎,侯彦庄.几种常见物体在5G频段的穿透损耗测试分析[J].电子产品世界,2021,28(4):76-77,84.

[2]3GPP TR 38.901 V16.1.0 Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz(Release 16)[S].3rd Generation Partnership Project,2019:31.

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作者简介：吴迪（1990—），男，工程师，硕士，5G无线技术经理，研究方向为5G室分产品及方案创新、5G应用创新。

毕猛（1978—），男，高级工程师，副主任，先后从事3/4/5G无线网络新技术评估、规划方法研究、标准制定、组织规模试验网验证、频率规划方案及多系统干扰共存研究、5G室内覆盖解决方案研究和新产品研发等工作。

田彦豪（1982—），男，工程师，5G无线技术高级经理，先后从事3/4/5G的无线网络规划优化、5G室分产品及方案创新等工作。

邹勇（1980—），男，高级工程师，总监，长期从事移动通信理论研究、标准制定、规划设计工作，曾先后主持2/3/4/5G、物联网、边缘计算等领域技术研发、规划设计项目数十项。

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（本文来源于《电子产品世界》杂志2022年1月期）