广角辐射型泄漏电缆在5G室内分布的研究与应用
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【摘要】随着4G网络的建设加快，泄漏电缆在地铁环境中部署的应用逐渐成熟。而现在，5G商用已成为新的趋势，由于5G部署在比4G更高的频段,建设成本更高，所以寻找合适的应用于5G室内覆盖的低成本方案尤为重要。本文以办公楼宇为测试用例，探索研究了广角辐射型漏缆在5G室内覆盖中的应用，测试结果达到预期目标，为以后室内5G覆盖的建设发展指明了方向。。
【关键字】泄漏电缆；广角辐射型漏缆；5G；室内覆盖 【业务类别】5G优化
1 问题描述
1.1 室外覆盖室内性能降低
4G到5G，随着频率的增加，室外信号穿透到室内的能力变差，穿透损耗会增加，以下为穿透损耗的测试和计算结果。
室外覆盖室内情况下穿透损耗：密集城区穿透一堵墙损耗考虑26dB。
Material Standard multi-pane glass IRR glass Concrete Wood Note: f is GHz Path loss through external wall: Indoor loss: Standard deviation: Pin [dB] 4.4 Penetration loss[dB] Lglass20.2f LIIRglass230.3f Lconcrete54f Lwood4.850.12f PLtwin [dB] Low-loss model High-loss model PLinin [dB] Lconcrete10510log10(0.310Lglass100.710) 0.5d2Din 510log10(0.710LIIRglass100.310Lconcrete10) 0.5d2Din 6.5 基于3GPP 38.901 High loss公式计算，3.5GHz穿透损耗为26.85dB，1.8GHz穿透损耗为21.74dB，差值5dB以上。
SPM模型校正路损曲线
根据校正后的SPM模型，从近端到远端，3.5GHz的路径损耗比1.8GHz高6~7dB。
Classes 办公楼外墙 Material/type 35cm厚混凝土墙 2层节能玻璃带金属框架 内墙 砖 12cm石膏板墙 76*2mm,2 layers 229mm,3layers 玻璃 2层节能玻璃带金属框架 3层节能玻璃带金属框架 2-layered glass
1.2 无源分布系统演进困难
（1）3.5GHz 系统难以利用现有无源分布式系统
3.5GHz Penetration loss 28 26 12 24 28 26 34 12
现有无源分布式系统
（2）室分馈线损耗、室内穿墙损耗导致3.5GHz覆盖收缩
器件类型/型号 1/2同轴馈线 7/8同轴馈线 测试项 2.1GHz 插入损耗（dB） /100m 插入损耗（dB） /100m 穿墙损耗/dB 混凝土墙 石膏板墙 木墙 普通玻璃 特种玻璃 （3） 4*4 MIMO 工程建设难度高
1T1R/2T2R 升级到 4T4R 工程实施难度大：4 路 DAS 需要部署 4 根馈线、4 套器件和天线。
（4）无源分布式系统无法满足精细化管理要求
无论那一端出现故障，都需要人工逐步排查线路问题，头端和各网元不可视造成维护成本高，影响运维体验。
2.1GHz 24 9 4 2.5 23.5 3.5GHz 28 12 6 3 24 10.9 5.6 测试对比 3.5GHz 15 8.6 2 分析过程
2.1 设计理念
泄漏电缆全称为泄漏同轴电缆，它是一种在同轴电缆外导体纵长方向，以一定的间隔和不同形式开槽的特制同轴电缆。
普通同轴电缆的功能，是将射频能量从电缆的一端传输到电缆的另一端，并且希望有最大的横向屏蔽，使信号能量不能穿透电缆以避免传输过程中的损耗。但是，泄漏电缆的设计目的则是特意减小横向屏蔽，使得电磁能量可以部分地从电缆内穿透到电缆外，同时，电缆外的电磁能量也将感应到电缆内。这样，泄漏电缆既可以用来传输，也能起到充当收、发天线的作用。
泄漏电缆结构与实物图
2.2 应用场景分析 2.2.1 地铁、隧道
由于漏缆开有周期性槽孔的特点。电磁波在漏缆中纵向传输的同时通过槽孔与外部电磁场互感，可以实现长距离均匀覆盖，适用于地铁和隧道等狭长型的场景。 2.2.2 楼宇
在实际场景的室分系统设计中，根据泄露电缆的特性及建筑物结构，可以采用两种泄露电缆敷设方式，即横向敷设和纵向敷设。
横向敷设方式一种是将泄露电缆横向环绕在建筑物外墙上，并使漏缆辐射方向指向室内，适合楼型较宽、楼梯外立面平整的楼宇。另一种是在室内合适高度，横向施放泄露电缆，并使其辐射方向指向建筑物内部，适合宽度合适、进深较长的开阔空间。
纵向敷设方式一种是将漏缆沿着建筑物外面，依托外部装饰或加装立式夹具等进行垂直辐射，尽可能敷设在窗口附近，并使辐射方向指向室内。另一种是将漏缆敷设在弱电井、电梯井或合适的管道井中，根据实际情况确定辐射方向，多用于高层建筑。 2.3 广角辐射型泄漏电缆特点
常规漏缆的辐射角度较小，适用于隧道等狭长环境；在室内覆盖环境下，漏缆一般安装在建筑物顶部进行辐射，需要覆盖到两侧窗户边缘，为此，需将漏缆的辐射角增大。通常增大辐射角后，辐射性能会变差，为保证在较宽的辐射角度范围内仍有较优的辐射性能，通过对漏缆进行独特的槽型设计，以实现广角辐射，信号辐射宽度一般为150度～180度。
图2-2 普通漏缆（80°）和广角漏缆（170°）结构及方向图
170°辐射角设计依据 广角辐射漏缆主要性能指标
名称 1/2”广角辐射漏缆 耦合损耗 7/8”广角辐射漏缆 耦合损耗 衰减20℃ 5/4”广角辐射漏缆 耦合损耗 衰减20℃ dB/100m 8.8 9.2 (95%) 2m，dB 65 66 频段系统 衰减20℃ (95%) 2，dB （MHz） dB/100m 3400 5G 3500
28.1 25.5 dB/100m 13 13.3 (95%) 2m，dB 68 68 69 69 3 解决措施-广角辐射泄漏电缆
3.1 测试环境
上海电信信息园区B23号楼，地下1层，地上4层，总建筑面积约13000平米。漏缆
试点位于4F，覆盖面积约2500平米。 3.2 测试方案
测试采用4*250mW pRRU作为信源，共部署外置型 pRRU 4台，1/2广角漏缆146米、7/8广角漏缆146米、5/4广角漏缆90米。
测试方案区域划分
按建筑结构特点、泄漏电缆缆径、收发通道数，将测试分为3个区域共计10组。每组测试进行覆盖遍历DT测试，及近、中、远点的单用户吞吐量测试。
在区域1和区域2都进行同样的1/2单缆和双缆、7/8单缆和双缆测试，在区域3进行5/4单缆和双缆的测试。 3.3 测试结果 3.4 测试小结
RSRP测试组 提升（dB） 区域1-1/2缆 区域1-7/8缆 4.01 5.79 SINR提升（dB） 4 2.05 DL速率提升（百分比） 87.72% 67.90% UL速率提升（百分比） 50.37% 223.53% -105覆盖率提升（百分点） 9.09 6.14 -110覆盖率提升（百分点） 7.05 0
区域2-1/2缆 区域2-7/8缆 区域3-5/4缆 2.59 2.18 0.71 1.96 1.19 0.15 65.00% 62.04% 86.32% 16.80% 42.50% 230.28% 1.90 0.73 9.36 2.81 1.10 6.4 近点及中点的单用户吞吐量性能良好，近点下行速率可稳定在峰值速率水平，中点基本处于峰值速率的75%以上，远点速率下降明显。
在RSRP相同或接近的情况下，同一测试区域内的不同缆型在速率指标上差异不大。 双缆在近点的下行平均速率均能达到单缆的2倍左右，除区域2外（后页有分析），中点及远点处的下行平均速率也基本可达到单缆的1.5-1.8倍，整体MIMO增益效果明显。
双缆单用户定点吞吐率提升幅度
测试组 区域1-1/2缆 区域1-7/8缆 区域2-1/2缆 区域2-7/8缆 上/下行 DL UL DL UL DL UL DL UL DL MIMO吞吐率提升 近点 98.3% 36.4% 108.6% 302.6% 100.0% 11.8% 99.9% 26.7% 103.6% 312.2% 中点 53.1% 71.1% 68.1% 233.2% 66.5% 10.6% 84.2% 45.7% .9% 166.3% 远点 77.8% 96.2% 73.7% 117.1% 27.0% 15.2% 22.4% 70.1% 75.1% 63.2% 区域3-5/4缆 UL 区域1开阔场景覆盖效果理想，但在会议室深处靠近窗边的位置，RSRP及上下行速率下降明显，其中1/2漏缆的大量采样点已低于-110dBm （后页后分析） ，单双缆差距较大。
区域2仅一道实墙隔断，整体信号覆盖较好，单双缆差距不大，办公室纵深约15米，窗边RSRP可基本保持在-105dBm以上。
从各区域单、双缆测试数据对比来看，双缆对覆盖及下行速率均有明显且稳定的提升，上行速率存在一定波动。
（1） 典型场景造价对比
上海电信信息园区共26栋单体建筑，总建筑面积约350000平米。分别测算纯有源pRRU、pRRU+双缆漏缆、4T4R RRU+双缆漏缆3种建设方式的造价。
费用(万元) 主设备单价 主设备费 其他设备费 建安费 其他费 总投资 纯有源pRRU 1.13 1138.63 12.07 52.27 135.32 1338.29 pRRU+7/8漏缆-2缆 4T4R RRU+7/8漏缆-2缆 1.13 487.98 75.03 217.82 81.92 862.75 4.62 166.15 93.56 162.68 46.78 469.16
典型场景造价对比
采用pRRU+7/8双路漏缆，相比纯有源可节省投资约36%；
采用4T4R RRU（或其他可外接天馈线的大功率信源）+7/8双路漏缆，相比纯有源可节省投资约65%。
如全市同类型楼宇全部采用4T4R RRU+双路泄漏电缆的方式解决5G室内覆盖，相比纯有源预计可节省投资2.5-3亿。
4 经验总结
4.1 覆盖效果
1) pRRU+广角泄漏电缆设计末端RSRP在-15dBm左右时，房间窗边RSRP在-110至-105dBm左右，95%以上的采样点RSRP在-110dBm以上，可满足边缘-110dBm的覆盖要求。
2) 由于pRRU输出功率过小，导致泄漏电缆末端功率偏小，通过改用大功率RRU信源并提高设计末端功率的方式可提升整体覆盖效果。
3) 双缆在近点的下行平均速率均能达到单缆的2倍左右，中点及远点的下行平均速率也基本可达到单缆的1.5-1.8倍左右，整体MIMO增益效果明显。
4) 无其他遮挡物的情况下，漏缆覆盖方案实测可穿透一堵混凝土隔墙并覆盖10-15米深度的房间。 4.2 适用场景
双排或单排一字形、回字形等结构规整、仅需穿透一堵隔墙且单侧深度不超过15米的楼宇场景，如中小型商务楼宇标准层、宾馆酒店客房层、高校、园区的宿舍楼。 4.3 投资成本
本试点pRRU+漏缆造价约为纯有源的70%，如改用RRU作为信源，造价可降至纯有源的40%左右（7/8”广角漏缆目前参考价为1850元/百米，5/4”广角漏缆为2500元/百米）。
双缆造价高于单缆约10-20%，但性能提升明显，是具备较高性价比的方案。四缆方案由于信源需求大量增加导致造价明显上升，接近或超过纯有源，实际部署中不推荐使用。
优先使用4T4R RRU或其他可外接天线的大功率设备作为信源，可大量节省信源的投入并大幅降低整体造价。 4.4 注意问题
漏缆敷设路径上应避开金属吊顶、风管、桥架、横纵梁等明显遮挡物，如无法避免，则考虑其他方案。
双缆无法达到有效隔离距离时，应选择单缆方式。如对速率或QoS有明确要求，应改用其他方案覆盖。
