第1章 5G室内分布系统概述

第1章5G室内分布系统概述1.15G白皮书定义三大场景mMTCuRLLCeMBB（EnhancedMobileBroadband）：增强型移动宽带，针对是大流量移动宽带业务，简称为“超高速”。uRLLC（Ultra-reliableandLowLatencyCommunications）：超高可靠超低时延通信，简称为“低时延”。mMTC（MassiveMachineTypeCommunications）：海量机器类通信，简称为“海量连接”。智慧城市语音智能家居/楼宇G比特秒传3D视频、超高清屏幕云端和娱乐增强现实工业自动化自动驾驶超高速低时延海量连接eMBB第1章1.15G白皮书定义三大场景

典型的eMBB场景包括高清视频、高清直播。4K分辨率是指水平方向每行像素值达到或者接近4096个。根据使用范围的不同，4K分辨率也不同的衍生分辨率，例如FullAperture4K的4096×3112、Academy4K的3656×2664以及UHDTV标准的3840×2160等。第1章1.15G白皮书定义三大场景VR全景视频直播VR游戏/影视VR教育/培训VR设计/购物/交通/医疗/安防等……演唱会体育赛事全息影院北京冬奥会VR/AR的丰富应用5G能够支持VR/AR的高负载数据需求时延<5ms，传输速率>100Mbps支持端到端切片的云化网络CLOUDVR是VR发展的最佳形式轻量便携的一体机带来舒适佩戴体验5G无线传输摆脱了有线的束缚和空间限制云端高效的编/解码带来良好体验且使内容对VR设备的要求和依赖进一步降低第1章1.15G白皮书定义三大场景无线PLC传输带宽：kbps级别时延：5-100ms无线工业照相机传输带宽：1-10Gbps时延：1-100ms工业可穿戴设备传输带宽：1Gbps时延：<100msAGV控制需要支持大容量、多连接及智能调度提升生产效率机器人无线协作AR辅助实时状态掌握维护和生产灵活编排无线代替线缆连接成本降低50%-70%第1章1.15G白皮书定义三大场景第1章1.15G核心网网元类别及功能一、支持通用硬件平台和云化

硬件平台上，5G核心网采用了虚拟化技术，使用x86通用硬件平台替换了以往的设备商自研专用平台，实现了云化。二、支持网络切片5G核心网模块化、软件化，使得5G核心网可以更高效地创建“网络切片”。

网络切片通过灵活的网络资源组合，为不同行业的5G用例保障不同的QoS（服务质量），满足不同用户场景的需求。三、MEC移动边缘计算5G核心网的用户面和控制面彻底分离，UPF（用户面功能）实现下沉和分布式部署。这就是为了更好地集成MEC（移动边缘计算）。第1章1.15G核心网网元类别及功能第1章1.15G核心网网元类别及功能AMF（接入和移动性管理功能）

功能：AMF是5G核心网络的主要功能单元之一，类似于4G中的MME（MobilityManagementEntity）。它负责终端用户的接入和移动性管理。

任务：1.执行注册、连接、可达性、移动性管理等操作。2.为用户接入时提供认证和鉴权功能。3.为UE和SMF（SessionManagementFunction）提供会话管理消息传输通道。在无线核心网控制面上充当终端和无线接入点。

第1章1.15G核心网网元类别及功能UPF（用户面功能）

功能：UPF负责处理用户数据的传输，即用户面数据。它是5G核心网络中的一个关键组件。

任务：1.处理分组路由和转发。2.实施策略，例如QoS控制。3.生成流量报告。4.管理用户面的数据流。

作用：1.UPF与AMF、SMF等其他核心网功能单元协同工作，确保用户数据在网络中的高效传输。2.它与AMF之间通过N4接口通信，与SMF之间通过N9接口通信。

第1章1.15G核心网网元类别及功能SMF（会话管理功能）

负责隧道维护、IP地址分配和管理、UP功能选择、策略实施、QoS控制、计费数据采集、漫游等。AUSF（认证服务器功能）

实现3GPP和非3GPP接入的认证。UDM（统一数据管理功能）

处理认证、用户识别、访问授权、注册、移动、订阅、短信管理等。

第1章1.15G标准Rel-16Rel-16六大领域关键发明，扩展和增强5GNR基础发明领域一：免许可频谱

将5G扩展至全部频谱类型和频段是高通公司5G愿景的重点之一，这不仅能带来更大容量，而且能实现更灵活的部署。发明领域二：先进的节电特性和移动性

大多数5G移动终端都使用电池供电，因此不断突破能效极限以降低终端功耗成为当务之急。

Rel-16中实现了多个全新系统节电特性，包括：1）全新唤醒信号（WUS）可在低功耗模式下尽可能减少控制信令监测；

2）具有更广泛优势的简化随机接入过程（RACH）；

3）低功率载波聚合控制可在不使用辅载波时将其高效关闭。

第1章1.15G标准Rel-16发明领域三：高精度定位

精准的终端定位对于赋能诸多垂直应用至关重要，例如公共安全和室内导航。基于蜂窝技术的定位可与现有的全球导航卫星系统（GNSS）互补，满足户外和室内定位的要求。Rel-16支持多/单小区定位和基于终端的定位，定义了一种全新的定位参考信号（PRS），可应用于往返时间（RTT）、到达角/出发角（AoA/AoD）、到达时间差（TDOA）等多种5G定位技术。发明领域四：直连通信Rel-16另一个关键发明领域是面向蜂窝车联网（C-V2X）的基于5GNR的直连通信。通过推动Rel-16中的直连通信技术，关键增强特性将支持协作式驾驶和传感器共享等先进应用。Rel-16在更高吞吐量、更低时延、基于距离的可靠多播、分布式同步和统一服务质量（QoS）控制等多方面带来显著提升——这些将有助于提高自动驾驶和半自动驾驶的效率和安全性。

第1章1.15G标准Rel-16关键领域五：关键业务型设计Rel-16中的5GNR增加了许多新特性，能够通过增强5G系统性能支持关键业务型用例，比如工业4.0工厂自动化。5GNR的设计目标之一是满足更严格的可靠性要求（高达99.9999%的可靠性），同时保持毫秒级时延。协作多点（CoMP）是实现这一目标的关键赋能技术之一，使用多个发射和接收点（多TRP）创建有冗余通信路径的空间分集。发明领域六：全新部署模式

为了实现支持多样化部署的5G愿景，Rel-16通过引入多项新功能扩展5G应用范围。对非公共网络（NPN）的支持将有助于加速5G企业专网部署。企业专网可通过利用独立管理的专用资源（比如小基站）支持在本地保存敏感数据，保障企业的安全性和隐私，还能面向本地应用（比如低时延应用）进行优化。

第1章1.15G标准Rel-17关键领域一：进一步增强5G大规模MIMO性能Rel-17中的这一项目专注于为部分关键技术领域带来增强特性，包括增强的多TRP（发射和接收点）部署和增强的多波束运行，在SRS（探测参考信号）触发或切换，以及CSI（信道状态信息）测量或报告方面带来提升。

增强的多波束运行。Rel-17中引入了统一的传输配置指示（TCI）框架，就是通过一个信令实现上下行多个波束的运行，从而降低时延和信令开销。

多发射和接收点（TRP）的部署。小区内多TRP是指基站上有不同的天线集群，不只有一个天线的接收点，甚至有不同的基站可以同时支持用户通信需求。

探测信号（SRS）的触发或切换。在Rel-17中，SRS切换可以支持多达8根天线。在以前的版本，最多支持4天线。关键领域二：有效提升5G上行覆盖

针对Sub-7GHz、毫米波和非地面网络的多样化部署，Rel-17为上行控制和数据信道设计引入多个增强特性，比如增加重传次数以提升可靠性，以及跨多段传输和跳频的联合信道估计。

第1章1.15G标准Rel-17关键领域三：增强多项终端节电5G手机的节电特性一直备受关注。手机有不同的状态：连接态（connected）、空闲态（idle）、非活跃态（inactive）。为进一步延长移动终端电池续航，Rel-17为三种不同状态都增强了节电特性。1.通过唤醒接收机（WuR，Wake-upReceiver）减少非必要的终端寻呼接收。在基站告诉手机有数据“包裹”之前，先给手机一个唤醒信号做唤醒。2.当手机有呼叫的时候，为手机提供更多帮助同步的信号，包括追踪参考信号（TRS）和信道状态信号（CSI），手机可迅速调整成最佳状态。3.对于连接态模式的手机，Rel-17版本引入了一个特性，让处于连接状态的手机不需要连续接收。即手机可以告诉5G基站（gNodeB）接下来多长时间不需要接收信号，或者基站可以告诉手机接下来多长时间不需要监测物理下行控制信道（PDCCH）。

第1章1.15G标准Rel-17关键领域四：频谱扩展Rel-17还扩展了5GNR设计，将毫米波频段扩展到71GHz，并且支持60GHz免许可频段。毫米波频段分成了两个部分，一个是FR2-1，这是Rel-15、Rel-16中定义的毫米波，最高能到52.6GHz；Rel-17新扩展的是FR2-2，也就是从52.6GHz到71GHz的频段。1.有更多更高频段可以使用。以前的毫米波频段FR2-1能够提供800MHz的带宽，现在FR2-2的带宽可以高达1.6GHz，甚至还可以到2GHz。2.可以利用子载波间隔（SCS，Sub-carrierSpacing）的扩展，把子帧间隔从120kHz扩展到480kHz或者是960kHz。实现更大带宽的支持。3.还可以利用同步信号块（SSB），在初始介入的时候就进行扩展，子帧间隔的扩展是能够直接帮助带宽提高的技术。

第1章1.15G标准Rel-17关键领域五：NR-Light会催生更多物联网终端5G标准根据支持终端的不同能力或功能，将终端分为不同的类型。第一类是eMBB/URLLC这些最高性能的终端，比如VR、AR眼镜，因为VR、AR眼镜需要支持4K清晰度，需要非常大的流量和极低的时延。电脑、手机也被列入此类。

第二类是NR-Light，它是Rel-17引入的轻量级5G终端，包括工业传感器、监控摄像头、智能电网相关设备、高端可穿戴设备、高端物流跟踪设备等。支持较低的复杂度和功耗是这类终端的特点。

NR-Light是Rel-17和Rel-18及未来版本中将持续演进的技术，也被称为RedCap。为了高效地支持更低复杂度的物联网终端（比如传感器、可穿戴设备、视频摄像头），Rel-17将5GNR设计带宽（100MHz）缩窄至Sub-7GHz频段的20MHz和毫米波频段的100MHz。NR终端通常需要配备4根接收天线；而这一项目将NR-Light终端的接收天线数缩减至一根或两根。

第三类是eMTC/NB-IoT终端。第四类是无源物联网终端，比如在物流场景中货品表面贴的标签支持RFID，就可以通过读写器扫描获取货品信息。第1章1.15G标准Rel-18关键领域一：上行体验容量的提升5G-A在蜂窝网络的上行能力方面进行了全方位的提升。通过MIMO增强技术，5G-A实现了上行正交端口扩容、上行8Tx传输等，显著提高了上行数据传输的速率和质量。此外，双工演进技术的研究，进一步提升了TDD频段的上行覆盖体验和频谱资源的利用效率。关键领域二：应用场景的拓展5G-A进一步拓展了5G的应用场景，包括网联无人机、地空通信、虚拟/增强现实等。这些新场景的引入，不仅丰富了5G的应用领域，也为相关行业的数字化转型提供了强有力的技术支持。第1章1.2室内分布发展历程

在蜂窝式移动电话的建网初期，采用蜂窝技术的小区被称为“宏蜂窝”小区。“宏蜂窝”基站发射功率大，覆盖范围广，区域内地形、建筑物结构形态多样化，在覆盖区域内往往存在两种特殊的微小区域即盲点和热点。

热点的解决靠增加小范围覆盖基站，分裂小区增加容量，小功率基站被称为微基站。早期微基站功率小，容量不足，难以扩频。

盲点通常发生在大楼、地下空间、隧道等较封闭的空间区域，它的解决主要是靠直放站、室分系统等小范围无线覆盖技术解决。第1章1.2建筑物内的无线环境

建筑物的内部通常会出现很多弱信号区，存在着盲区多、易掉线、网络表现不稳定等缺点。

（1）从覆盖角度看，现代建筑采用了大量的混凝土和金属材料，对无线信号产生屏蔽和衰减。在部分高层建筑物的低层，移动通信信号较弱；在超高建筑物的高层，信号杂乱或者没有信号。

（2）从容量角度看，不同类型的室内场所业务需求有差异。在大型购物商场、会议中心等建筑物内，移动电话使用密度过大，局部网络容量不能满足用户需求，无线信道容易发生拥塞现象。

（3）从质量角度来看，在部分没有完全封闭的高层建筑的中高层，由于信号杂乱常出现乒乓切换，通信质量难以保证。第1章1.2室内无线覆盖的四个阶段

室内覆盖总体上可分为4个具有代表性的阶段，即初期补盲阶段、优化发展阶段、协同规划阶段、多技术的协同规划发展阶段。

（1）初期补盲阶段。

（2）优化发展阶段。

（3）协同规划阶段。

（4）多技术的协同规划发展。第1章1.2室内分布系统分类

一般情况下，室内分布系统常按照下面三种方式进行划分。

一是按信号源的不同来分，可分为宏蜂窝室内分布系统、微蜂窝室内分布系统、分布式基站室内分布系统和直放站室内分布系统。

二是按信号传输介质的不同来分，可分为同轴电缆分布方式、光纤分布系统、泄漏电缆分布方式和双绞式电缆分布方式。

三是按室内分布系统中的设备、器件是否使用电源进行划分，分为无源分布系统和有源分布系统两大类，这是本教材主要采用的划分方式。第1章1.3无源分布系统

（1）无源分布系统

根据使用信号辐射方式的不同，无源分布系统分为传统无源分布系统和泄漏电缆分布系统两大类。

传统无源分布系统由馈线传输无线信号，采用功分器和耦合器进行功率分配，系统通过分配和传输将信号传送至各小天线上，从而实现室内区域无线信号的良好覆盖。

泄漏电缆分布系统利用泄漏电缆兼具信号的传输和收发特性，替代传统同轴电缆室内分布系统中的馈线、部分功率分配器件及天线的功能，可以使信号通过泄漏电缆均匀分布到室内的各个区域。第1章1.3有源分布系统

（2）有源分布系统有源分布系统，其分布系统的相关组成单元需要供电。根据设备类型和工作方式的不同，可以分为pRRU分布系统、皮基站分布系统、光纤分布系统、移频MIMO分布系统等。

室内分布系统在早期一直以无源系统为主，进入4G、5G时代后有源系统逐渐增多，未来有源系统将成为主流。这个过程将是长期的，取决于设备成本、运营商的建设支出、国家的政策等多种因素。第1章

传统无源分布系统是室内分布系统中技术最成熟的建设方式，在实际工程中得到大量应用。一个典型的传统无源分布系统结构如图1-7所示。系统主要由信源设备、馈线、合路器、功分器、耦合器、以及天线等设备组成第1章1.3传统无源分布系统1.3传统无源分布系统优点

传统无源分布系统主要有以下优点。（1）故障率低。系统主要由一系列无源器件组成，器件故障少。（2）系统容量大。无源器件具有较高的功率容限，容易组成多系统的室内分布系统。（3）升级、扩容方便。无源分布系统采用宽频无源器件，若接入的无线系统之间相互干扰小，频段在无源器件支持范围内即可接入系统。（4）系统投资较少。系统主要由成本较低的馈线、功率分配器件及天线构成。第1章1.3传统无源分布系统缺点

传统无源系统存在的主要缺陷有以下两点。（1）信源提供的功率有限，馈线和器件都会对信号造成一定的损耗，而无源系统中信号功率无法放大，无源室内分布系统的有效覆盖范围不可能很大。（2）分布系统中的器件均为无源器件，无源器件无法通过网络逐个监测，网络故障定位无法确定到个体器件，故障排查缺乏有效手段。第1章1.3泄漏电缆分布系统

泄漏电缆分布系统是由信号源、合路器、功分器、耦合器、干线放大器、负载等射频器件以及泄漏电缆组成。泄漏电缆兼有传输与天线的作用，系统中一般没有天线，信号的传输与收发主要通过泄漏电缆。第1章1.4有源分布系统

有源分布系统可以利用有源器件进行信号处理和信号放大，系统具有以下优势。（1）pRRU分布系统、光纤分布系统等有源系统通常采用光纤、网线等作为传输介质，线缆成本低，施工难度也低于馈线布放。

（2）有源系统可以监控系统设备，故障定位准。

（3）有源系统可根据需求调整信号功率、抑制噪声，覆盖范围受限小。

（4）有源系统的重要设备支持在线升级，在支持MIMO技术也有优势。有源系统主要缺陷是众多的分布有源设备需要供电，存在供电难度大、系统故障率较高、设备用电量大等缺陷。第1章1.4pRRU分布系统

pRRU分布系统，由基带单元BBU、数据汇聚单元和远端单元pRRU组成，pRRU分布系统结构图如图1-10所示。下行方向数据汇聚单元通过光纤接收BBU发送的下行基带数据，经过分路处理后通过超五类线或光缆传给pRRU，pRRU发射通道从数据汇聚单元接收基带信号后进行数模转换并调制到射频后通过天线发射。上行方向各设备工作模式相同，数据传送方向相反。第1章1.4有源分布系统

pRRU分布系统的小区配置较为灵活，在图1-11中，可将一个pRRU设置为一个小区，也可将几个同一数据汇聚单元下的pRRU设置为一个小区，还可以是几个汇聚单元为一个小区。第1章1.4华为LampSite华为LampSite的汇聚单元称为RHUB，每个RHUB可以连接8个或者12个pRRU，同时RHUB可以进行3级级联，远端单元pRRU有内置天线和外置天线。根据网络覆盖要求选择远端pRRU的类型和输出功率。第1章1.4皮基站分布系统皮基站分布系统，这里指扩展型皮基站分布系统，它是一种采用数字化技术，基于光纤承载无线信号传输，提供低功率、小范围的无线覆盖，也称为“白盒化基站分布系统”、“Femeto分布系统”，其结构和pRRU分布系统类似，组成架构是由接入单元设备、中继单元设备和远端单元设备三部分构成第1章1.4皮基站皮基站的产品形态除上述扩展型皮基站，还有一体化小功率皮基站和一体化大功率皮基站