1 引言
随着室内用户规模的增加及室内业务的快速增长，住宅等中小型场景的5G 室内覆盖需求更加急迫。而过去运营商一般分别单独规划与建设无线和有线接入，因此运营商通常需要重复协调入场和多专业的反复建设，导致网络施工难度大，部署效率低下。为提升运营商的网络建设效率，本文结合中低容量室内场景，提出了一种基于扩展型皮基站的5G 和家宽融合解决方案，可复用同一纤芯实现5G 与家宽的同时接入，大大提升网络建设效率和节省建设成本。
2 当前运营商室内覆盖建设的特点与存在问题
5G 模组技术逐渐成熟，其价格逐渐下降，这带来了5G 终端连接数的爆发式增长。数据表明，5G 终端连接数达到了3.65 亿，并且继续高速增长，这意味着5G 基站建设持续推进。根据工信部数据，尽管5G 宏基站已经基本实现5G 信号的室外广度连片覆盖，但室内的深度覆盖仍存在巨大的发展空间。从广度覆盖推进到深度覆盖，才能满足爆炸式增长的5G 终端连接数的应用需求[1]。
考虑业主或物业提出的美观要求，运营商在部署5G室内覆盖天线等设备时往往会碰到物业协调和施工受阻等难题，除了如商场、场馆等大型开放场景，室内分布系统天线大部分只能部署在走廊区域，无法深入房间。根据工信部数据，我国家宽普及率已达到96%。若能够复用已有的入户光纤资源，通过更换原有的无线路由器，实现5G和家宽信号的同时输出，既可实现有效解决管道光纤资源匮乏、天线施工不美观、信号无法入户等问题，也可提升投资效益，达成降本增效目标。
3 扩展型皮基站的5G 和家宽融合解决方案
采用扩展型皮基站是用于室内覆盖的一种相对成熟的解决方案，其需要新增基带单元、交换单元和射频单元，通常情况下基带单元与交换单元之间采用光纤连接，交换单元和射频单元之间采用网线连接，施工改造难度不高，成本中等[2]。由于支持的连接用户数稍低，对比其建设成本，扩展型皮基站更适用于中低容量中小型场景的室内覆盖。针对此类中小型场景，运营商通常将要部署或者已经部署了光纤资源，因此，若能够充分利用已有的入户光纤资源，将5G 和家宽信号复用到同根光纤中传输，将射频单元同时集成5G、ONU 和无线路由器等功能，将能实现无线和家宽信号同时入户。我国现在较高的光纤入户普及率，那么可以通过复用光纤，来为基于扩展型皮基站建设5G 信号的室内覆盖提供了极大的便利[3]。
O-RAN 的系统架构及定义指出，扩展型皮基站是未来实现运营商白盒化发展的重要形式及通用硬件。扩展型皮基站复用PON 网络的这种实现回传方式，可实现5G 灵活快速建网，缩短建设施工周期[4]。结合运营商目前的网络现状，为解决5G 规划部署过程中遇到的种种问题，本文探讨并提出了一种基于扩展型皮基站的5G 和家宽融合解决方案。
3.1 基本原理
本文所述的5G 和家宽融合解决方案，是基于对扩展型皮基站（包括基带单元、交换单元和射频单元三级架构）的改进[5]。基带单元BU 安装在OLT 机房内，交换单元EU 安装于分光器弱电间内，用户家中的光猫替换为一个融合ONU、WIFI 和IPTV 功能的5G 射频头端RU。另外，在原EU 单元上增加一个PON 信号合路点，使入户光纤同时能够传输5G 信号和家宽。在家庭端处增加一个RU 单元，这个RU 单元即为集成ONU、5G、WIFI、IPTV 等功能的5G 射频头端。这种架构的改进，可以实现5G 信号和家宽的传输和发射。这种技术改进方法无须新增或改动光纤。
3.2 系统方案设计
基于上述对扩展型皮基站的融合改造原理，结合GPON 链路的特点，以及现有的家宽等有线资源的现状，提出一种新的网络系统设计方案。该方案能够在不改变现有GPON 网络的情况下，将RU 部署到家庭等中小型场景中，可以实现5G 信号和家宽等已有部署的光纤信号共用1 根光纤输出。
为了进一步阐述图2 中的系统方案具体设计，结合上述基本原理，对方案作以下详述。首先，在传输机房中建立5G BU 基站，5G BU 基站接入5G 核心网和宽带业务数据光纤，5G BU 基站分别对5G 业务和宽带业务分别处理后重新组帧与分布式下一级设备EU 进行通信。5G 设备采用option7-2 架构，5G BU 与分布式下一级设备EU 通信使用光纤以太网协议，每个5G BU 有4 个光口，可以带4个5G 双通道小区。通过光纤将5G 和宽带业务拉远传输到需要5G 覆盖的小区，在进入户的竖井或弱电井中增加光宽5G 融合扩展设备EU。每个EU 有12 个向下分发的光口，其中1 个光口可以作为级联光口，可以向下再级联一级EU，这样一个BU 最大可以接入92 个入户RU 设备。
该方案可以实现同一根入户光纤同时为家庭提供5G无线信号和家庭宽带等有线业务。该方案的亮点在于5G信号和光宽信号采用合波方式，RU 融合5G 和ONU、IPTV、WiFi 功能。此外，在硬件设计上，BU 采用标准1U 服务器结构，可安装在室内或有防护能力的室外机柜中。EU 是一个标准的19 英寸宽、1U 高版本的小型化盒式设备，可安装在室内、弱电井或有防护能力的室外机柜中。而RU 采用模块化结构，对外接口简洁，指示灯集中在正面，可摆放在室内。
3.3 系统设计性能验证
3.3.1 现网试点方案设计
为了验证系统设计的性能表现，本方案于2021 年12月于深圳市福田区嘉洲富苑试点应用。基于现有家庭宽带系统，增加BU、EU 设备。其中，BU 设备安装于B3F 机房，EU 设备安装与13F 弱电井，并用融合WIFI、ONU和IPTV 的5G RU 设备替换原光猫设备。
3.3.2 试点测试情况
改造前后相关信号强弱对比如图4、图5 所示。5G RU设备安装点位于客厅，系原室内覆盖最弱区域。在升级改造前，室内5G 覆盖偏弱，存在宏站干扰，且部分区域存在覆盖效果较差，并存在盲区。现网升级改造后，新的系统设计方案能够使室内5G 覆盖RSRP 由平均-95 dBm提升为平均-80 dBm 左右，且SINR 均在24 左右，并使得综合覆率达到100%，覆盖效果良好，特别是原室内覆盖最弱的客厅区域的信号情况有了极大改善。室内下载速率平均提升31.03%，上传速率平均提升34.43%，速率提升效果显著。EPSFB 语音总体感知良好，室内外切换测试正常。
此外，经调试，在进行改造升级后，家庭宽带等功能可正常使用，对正常原有业务无影响。WIFI 功能经测试正常，通过在近点位与远点位分别测试，测得改造后近点位WIFI 场强-32 dBm，远点位WIFI 场强-48 dBm，与改造前近点位WIFI 场强-31 dBm，远点位WIFI 场强-48 dBm，改造前后近乎无差别。IPTV 功能正常，经测试，连续3 小时播放电视直播节目，无卡顿。结合室内场景的房屋结构及用户通常的使用习惯，此处的“近点位”为距离RU 单元直视可见、且相距2 到3 m 的范围，在本次试点测试中，为此试点安装RU 设备的客厅；“远点位”为距离RU 单元直视不可见（如隔墙）、且相距3 到5 m 的范围，在本次试点测试中，为靠近客厅的房间，即“房间1”。
3.4 方案试点测试结果分析
在深圳市福田区嘉洲富苑的现网试点测试，充分验证了该方案的技术优势。首先，本方案可实现有线无线的协同规划建设，一次进场实现5G 和家宽网络的开通，还可以将ONU、无线路由器、IPTV 盒子和无线设备集成在一起，减少家庭场景的设备类型和数量，便于设备管理。其次，通过现网试点的信号强度测试前后对比，不难发现，有家宽但手机信号弱的存量楼宇场景，通过改造，在弱覆盖区域新增5G RU，即可显著提升5G 信号强度。但由于5G RU 为小信号覆盖，从试点的3 个房间的信号强度的提升幅度中可以发现，信号存在明显的穿墙损耗，因此本方案主要适用于住宅与部分中小型场所的室内5G 信号提升。
3.5 使用场景建议
本方案于深圳市住宅场景的试点，完成了方案设计、现网施工及测试。测试5G 无线、WIFI 和IPTV 等各项指标均满足预期，并取得良好效果。后续可广泛适用于中低容量室内场景的信号覆盖，譬如家庭住宅、临街商铺、超市、小型写字楼；或用作美容、酒吧、健康中心、麻将馆、茶庄、KTV、电影院、三星级以下酒店、宾馆等餐饮娱乐场所室内信号覆盖提升。
4 结束语
基于扩展型皮基站的5G 和家宽融合解决方案，通过复用一根入户光纤，实现有线无线的有机协同。此方案有利于有线无线同步规划和同步建设，避免二次施工，减少物业协调难度，降低网络施工阻力，实现网络快速部署，节省网络投资和建设时间，大大提升了建网效率。
在传统家庭网络中，产品类型多、管理难度大，家庭室内存在ONU、无线路由器、IPTV 盒子、无线主设备和天线等多种设备，故障点多，网络运维和管理难度较大。基于对扩展型皮基站的5G 和家宽融合解决方案，能够将多种设备集成在一起，减少家庭场景的设备类型和数量，便于设备管理智慧家庭业务的快速推广。未来还可以考虑对方案进行一步迭代升级，在5G RU 端加入智慧家庭网关功能，利用5G 高安全性、本地分流和边缘计算特点，提高家庭数据安全性，减少网络数据传输压力。
