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摘要：本文對有線電視網絡技術的現狀進行了調研和梳理，對利用有線電視同軸電纜資源進行廣電5G室內覆蓋的關鍵技術進行了研究和可行性分析，并提出了一種基于同軸電纜資源的5G家庭深度覆蓋技術方案，實現利用有線電視網光節點資源進行廣電5G熱點區域和室內外覆蓋，為廣電網絡未來5G時代的業務開展和網絡運營提供技術支撐。

關鍵詞：5g;同軸電纜;有線無線融合;家庭網絡;室內覆蓋

1引言

第五代移動通信（5G）代表未來網絡發展的主要方向，將驅動社會從人與人之間的寬帶互聯逐步擴展到萬物互聯，從而更加深刻地影響未來人類社會的生活和工作方式。同時，由于5G主流業務將承載在更高的頻段上，導致空間傳播損耗更高、傳輸距離更短，在與4G信號相同覆蓋效果下，室外站點需要更高的部署密度。按照目前我國運營商所分配到的頻段的傳播特性估算，室外宏基站的部署密度將會需要增加3~6倍。研究表明，5G時代將有80%以上的業務發生在室內場景下，5G時代的室內移動網絡至關重要，將成為運營商的高價值核心。對于室內以及被建筑物遮蔽的地區，如果單純通過室外基站進行覆蓋，則需要巨量的小基站。因此，如何提升單個基站對室內深度覆蓋的效率，是未來5G發展中亟待解決的問題。

25G宏基站存在的問題

為了滿足5G業務對超大帶寬的要求，運營商在5G網絡傳輸中均采用了更高的工作頻段，廣電和其他三大運營商獲批頻段分別是4.9GHz、2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz。更高的頻率可獲得更寬的頻譜資源，但頻率的增加也導致信號在空中傳播的傳輸損耗與建筑物穿透損耗更大，依靠室外宏基站和樓內公共區域的信號穿透會變得越來越困難。下面通過實驗數據具體分析5G工作頻段空中傳播的傳輸損耗和建筑物穿透損耗。圖1為某一小區室外宏基站信號覆蓋示意圖，室外宏基站對小區不同位置住宅的室內穿透主要包括窗戶穿透、墻壁穿透、室外繞射和室內繞射等。圖2為2014年E.Semaan等人在GlobecomWorkshops上的高頻情況下，室外信號穿透不同建筑時，對室內穿透能力的分析數據。其中，橙色曲線為普通玻璃的老式建筑物對不同頻率電磁波的穿透損耗，而藍色曲線則為新建筑的穿透損耗。由此可以清晰地看到信號頻率與穿透建筑損耗之間呈正相關，高頻在無線環境中的傳輸距離變短、對建筑的穿透性降低。假設室外宏基站離住戶窗戶的距離相同，5G信號抵達至窗前的路徑損耗比4G信號的損耗更多。相關資料表明，較之于2/3/4G工作頻段，2.6GHz（中國移動5G頻段）、3.5GHz（聯通、電信5G頻段）和4.9GHz（廣電5G頻段）的傳輸和穿透損耗大約會提升10dB、15dB、20dB，詳細如表1所示。若僅考慮滿足室內淺層覆蓋需求，理想情況下單位面積內宏基站建站密度至少需要提升4倍。2018年，華為聯合香港電訊、全球移動供應商協會對5G實際網絡進行了現場測試，并《室內5G網絡白皮書》，實際測試結果如表2所示。根據現網測試結果，3.5GHz頻段的傳播損耗和穿透損耗均較大，相比1.8GHz頻段，其綜合損耗大10.6dB左右。如采用批復的4.9GHz頻段進行無線傳輸，則綜合損耗差更大，由室外向室內穿透覆蓋會變得更加困難。進一步考慮到建筑物內部各種隔墻阻擋，高頻信號室內深度覆蓋的效果將會更差。綜合公式測算數據、實驗室數據和現網測試數據，均可得出：隨著5G高頻的引入，傳統室外覆蓋室內方案面臨一系列挑戰，室外信號在穿透磚墻、玻璃和水泥等障礙物后只能提供淺層的室內覆蓋，無法保障室內深度覆蓋。如果僅僅依賴于室外宏基站向室內穿透，即便是運營商加大室外宏基站的部署密度，那基本上也只是在靠窗的位置會有相對比較好的信號，深入到家庭內部的信號則會比較微弱甚至丟失，嚴重影響到用戶的體驗。如何能夠有效地將5G信號覆蓋到家庭住宅的戶內區域，則是擺在從業者面前一個嚴峻的問題。

3融合網絡實現5G家庭覆蓋可行性

根據上述分析，可以得出5G家庭深度覆蓋主要存在兩個方面的技術瓶頸：一是室外信號入戶前的傳播損耗，二是入戶與室內傳播的穿墻損耗。針對第一類入戶前的傳播損耗，業內普遍有兩種解決思路：一是增加基站覆蓋密度，但根據測算結果顯示，需要基站的數量呈幾何增長，在5G網絡建設和業務開展初期，新增業務的紅利無法彌補網絡建設的巨大投入；二是引入家用飛基站，通過有線網絡傳輸代替部分無線傳輸，降低信號損耗。飛基站使用IP協議，通過用戶已有的寬帶線路連接，遠端由專用網關實現從IP網到移動網的聯通。它的大小與家用調制解調器相似，具有安裝方便、自動配置、自動網規、即插即用的特點。如表3所示，一般飛基站的發射功率為10mW~100mW，支持少量活動用戶，允許的最大用戶運動速度為10km/h。飛基站目前有2G、2.5G、3G乃至4G的產品，與運營商的其他移動基站同制式、同頻段，因此手機等移動終端可以通用。雖然家用型飛基站面市已經多年，但其本身具有價格比較昂貴、缺少同步措施易造成鄰區干擾、安全措施不足存在安全隱患等問題，在實際應用中普及率始終不高。即使通過飛基站解決了入戶問題，后續仍需解決5G信號在戶內的穿透問題。對于家庭戶內，始終繞不開戶內信號均勻覆蓋的問題，不同房間之間的墻壁和家具等，都會影響到5G信號從一個房間傳到另一個房間。在2/3/4G時代解決室內信號覆蓋不均問題，主要采用無源分布式天線系統。該系統是將基站設備與天線之間的饋線拉遠，并經由分配器、定向耦合器等無源器件，將基站信號均勻地分配至位于不同地點的多個天線單元；而在反方向，則是將各個天線單元所接收到的信號，經過該同軸網絡原路匯聚到基站設備中，從而實現室內環境下的均勻覆蓋。從信源到各個天線的同軸分配結構與有線電視的同軸分配網非常類似。上述方式是直接將無線通信的射頻信號在同軸媒介中傳輸，其損耗會隨著載波頻率的增加而逐漸加大。在2G、3G時代，由于所使用的載波頻率較低，此方式可以廣泛應用。到了4G時代，網絡進行升級改造后此方式也勉強可以應對。但在5G時代，系統改造面臨技術不可行、難實施、成本高等難點，從而導致現網無源分布式天線系統的單部件無法支持4.9GHz及毫米波頻段，傳統的室分的應用將會受到極大的挑戰。

4基于同軸網絡實現5G家庭深度覆蓋的分析

亟需解決的無線傳輸損耗和穿墻損耗留給有線電視網絡一個非常好的機會。眾所周知，有線電視的同軸線是一種滲透率幾乎達到100%的入戶媒介，該媒介已經深入到住戶的客廳、書房以及各個臥室。如果能利用這條圖3基于同軸電纜網絡的融合覆蓋網絡架構天然滲透的媒介，幫助運營商實現住戶內無線通信信號，特別是5G信號的深度覆蓋的話，那將是所有人非常樂意見到的局面。然而，迄今為止，這一領域的應用依然是一個空白。前面已經分析過，電信運營商的傳統室內分布系統雖然在網絡架構上與同軸電纜相似，但該系統升級改造的巨大成本和技術瓶頸都導致運營商希望尋找到新的傳輸媒介。使用同樣類型媒介的有線電視同軸網絡，要如何克服前文中提到的諸多缺點，實現5G信號的家庭深度覆蓋，將是進行后續分析研究的重點。有線電視的同軸電纜一般已經通達到客廳、書房以及各個臥室，因此本文基于有線同軸電纜網絡提出一種融合覆蓋網絡架構。如圖3所示，從家用飛基站的天線口引出射頻信號，注入到住戶家中的有線電視同軸電纜中，將飛基站的信號分配到各個房間的面板上，再由面板形式或其他形式的天線發送出去，完成對住宅戶內各個房間的深度覆蓋。實現該場景的關鍵點是家用飛基站可以從天線口引出射頻信號。另外，為了避免與現存的有線電視信號之間出現互相干擾，需要在注入5G信號的時候，采用隔離度較好的合路器；同時在面板部分，同樣也需要具有一定隔離度的分路器。

參考文獻

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[2]鄭宏,高峰,劉棟,等.基于DPI系統技術限制的創新采購方式研究[J].電信技術,2017(2).

作者:李婷婷 朱里越 湯新坤 單位:國家廣播電視總局廣播電視科學研究院