唯得科技迭代升級單纜MIMO，5G移頻室分系統開啟規模化部署
一、通信運營商在5G建設中期開始規模化部署移頻室分系統
根據工業和信息化部統計，截至2022年9月，我國累計建成開通5G基站196.8萬個，5G信號已完整覆蓋全國所有城市地區并基本覆蓋鄉鎮，5G移動用戶數達到4.55億，5G基站和用戶數均占全球60%以上，并成為全球首個基于獨立組網模式規模建設5G網絡的國家，在5G賽道上，中國已經位于國際前沿位置。
5G“新基建”浪潮的前期建設重點為室外宏站及5G核心網，隨著完成獨立組網（SA）和實現全國5G信號覆蓋，三大運營商已經開始將5G建設重心從“有沒有”向“好不好”過渡。通過建設5G室分系統承載室內用戶、應用多通道（MIMO）提速技術等多種手段達到5G低延時+高速率效果，實現在網5G用戶感知提升并將5G優勢實際應用到工業互聯網和智慧城市等領域。
在建設5G室分系統時，移頻室分系統可以將4G時期已經建成且數量龐大的傳統單纜室分系統利舊升級，兼容傳輸高頻段5G信號并應用多通道（MIMO）技術，實現了有效利用運營商存量室分資源，以高速率、低成本，快速施工的模式將5G信號覆蓋到5G需求最集中的樓宇及室內范圍。本文著重介紹通過移頻技術利舊運營商已建傳統單纜DAS（Distribute Antenna System）室分系統實現MIMO提速的技術優勢及使用前景。
二、通過5G移頻室分系統技術優勢彌補傳統室分缺陷
為了將單纜室分系統升級為移頻MIMO室分系統并實現最佳效果，移頻系統中需要應用到多種射頻技術及創新軟件，主要包含5G頻段的移頻及還原、MIMO功率自動平衡、功率動態補償、有源室分網管平臺等。
5G頻段的移頻及還原原理
多路同頻信號或倍頻信號不能在同一介質（饋纜）內傳輸，因此傳統5G MIMO多通道需要通過在同一線路鋪設多根饋纜及多組器件才能達成，在已建室分系統或大部分已裝修樓宇中很難實現。而移頻技術將5G MIMO多通道中的一個或多個同頻段5G信號的頻率搬移至空閑頻段并在終端還原，從而實現了在同一介質（饋纜）內以頻分復用的形式傳輸多路同頻信號，達到實現多通道（MIMO）室分系統的效果。
MIMO功率自動平衡算法
由室內基站信號源發射的MIMO多通道信號在發射端功率相同，但經過移頻-還原、鏈路損耗、各頻段衰減差異等傳輸過程中的影響，終端發射的MIMO多通道信號之間會產生一定的功率差，3GPP標準對MIMO多通道信號之間的功率差異要求為1dB。通過實測分析認為3dB以內的功率差是可以容忍的。
下行影響分析：近點SINR高于最高MCS等級的要求，因此5dB內的雙通道不平衡對近點吞吐量影響較小。在中遠點，3dB功率差帶來的容量損失在5%內，5dB功率差帶來容量損失在10%以上。在中遠點功率不平衡影響較大，同時造成的場強干擾極有可能降低室分系統覆蓋率。
上行影響分析：在近、中點， SINR高于最高MCS等級的要求，雙路不平衡對吞吐量影響較小 。在遠點，3dB功率差帶來的容量損失約25%。5dB功率差帶來容量損失達43%內。
MIMO功率平衡對吞吐量影響
為避免雙通道功率不平衡造成的室分系統信號質量下降和吞吐量衰減，一部分移頻室分系統研發實現了MIMO功率自動平衡算法，該技術可使得移頻系統遠端設備實時監控5G直通路信號功率，并根據直通路功率的變化實時調整還原移頻路功率，使得移頻路與直通路雙通道始終保持功率自動平衡，甚至可將功率差幅始終控制在1dB以內。該種技術可使得移頻室分系統基本達到MIMO技術可實現的吞吐量理論峰值，有效保證5G移頻室分系統上下行速率。
功率動態補償技術
對于電信聯通建設5G通訊的3400MHz-3600MHz頻率而言，與原1.8G/2.1G的4G室分頻率相比，3.5G頻率在饋纜中傳輸損耗增加約35%～40%，穿透損耗增加約40%～80%，5G信源直接利舊原有DAS室分系統可能造成覆蓋率降低50%以上的不良效果，傳統無源DAS室分系統已無法完成5G信號的全面覆蓋。
傳統室分系統傳輸3.5G信號
為了將利舊原有DAS室分系統傳輸電信及聯通的3.5G頻段5G信號成為可能，一些新型移頻室分系統創新使用了功率動態補償技術，當末端天線輸出功率較低時，自動補償放大相應功率至標準值，保證了最佳的傳輸速率，克服了高頻5G信號在饋纜中長距離傳輸的功率損失問題，實現天線智能化增益補償。無需人工調節，補償5G高頻信號在饋纜及器件中的功率損失，使得3.5G頻率在射頻饋纜內長距離傳輸成為可能。
有源移頻室分系統通過功率動態補償技術實現電聯3.5G覆蓋
有源室分網管平臺
傳統室分系統的網絡管理功能只能對基站進行遠程監控及運維，無法對室分基站下天饋分布系統中的天線點進行監控管理，在無源分布系統發生故障時也無法感知，只能由人工現場檢查或接到用戶投訴時檢修，作為監控難題，運營商近年也一直提出對原有分布系統“可管可控”的運維要求。
移頻室分系統采用將天線替換為遠端設備的方式實現移頻MIMO的同時，遠端設備也具備了監控及管理功能，因此通過遠端設備的數據監控及遠程傳輸，運營商即可完整實現到天線端的運維管理功能，并且可以通過移頻系統搭建功能完善的遠程綜合網管平臺，實現對所有已建站點的智能化綜合運維管理，如設備接入管理、多級站點地圖、設備分布圖顯示、可視化監控中心、工單運維管理、告警管理、設備版本管理、輪詢自檢、智能化維護等。
三、現有移頻室分系統分類
三種移頻實現方式
目前移頻技術主要通過三種方式應用到運營商5G室分系統當中：有源移頻室分系統（典型廠商：唯得科技）、無源移頻室分系統（典型廠商：華為）、移頻增速器（典型廠商：大灣區研究院）。
有源移頻室分系統
以北京唯得科技有限公司為典型廠商的有源移頻室分系統產生時間可以追溯到4G時代的單纜MIMO室分系統，在多年的實際應用中演進出了適應多種5G頻段制式、功率自動平衡、功率動態補償、智能網管平臺等高階功能，已經在中國移動、中國聯通、中國電信三大運營商規模化部署。
有源移頻室分系統架構
有源移頻室分系統由近端設備和遠端設備組成，架構和施工都非常簡單，在5G RRU側增加近端設備與RRU連接后通過合路器連接原有單纜室分系統，再在天線側將原有天線換為天線一體化遠端設備即可。有源移頻室分系統的遠端設備由近端設備供電，近端設備通過原有室分系統線纜及器件即可實現低功耗遠程供電，無需添加額外的饋電單元，但需要將原系統無法供電的耦合器替換為同等規格的饋電耦合器。原有耦合器基本為不支持5G頻段的低頻耦合器，為減少5G信號的鏈路衰減，在建設5G室分系統時也應替換。
無源移頻室分系統
無源移頻室分系統是由華為技術有限公司在2022年最新推出的一種移頻室分技術。隨著有源移頻室分系統的廣發應用，作為基站廠商的華為也希望從主設備源頭實現移頻，通過在主設備（RRU）端進行移頻，免去近端機的安裝工作。
有源移頻室分系統架構
無源移頻系統由移頻型RRU和遠端設備組成，架構和施工與有源移頻系統基本一致，主要區別為不需要安裝近端設備和替換耦合器，通過在遠端設備中添加無源混頻器的方式實現移頻信號的還原。無源移頻系統相比有源移頻系統進一步減少了改造工程量，但需要使用移頻型RRU，因此不適用已建5G基站站點，同時因為遠端設備使用無源混頻方式實現移頻信號的還原，因此不具備有源移頻系統適應多種5G頻段制式、功率自動平衡、功率動態補償、智能網管平臺等高階功能和應用。
移頻增速器室分系統
移頻增速器室分系統由中國移動粵港澳大灣區（廣東）創新研究院有限公司在2021年研發推出，移頻增速器室分系統的近端設備部分與有源室分系統完全相同，其創新點在于將移頻系統遠端設備與室分天饋系統“斷開”，額外在室內多個點位添加新的遠端設備并就近取電使其工作，遠端采用無線方式接收原室分系統天線發射出的未還原的移頻信號，將其還原為5G信號后發射至覆蓋區域，與原天線發射的5G信號共同組成雙通道MIMO效果。
無源移頻室分系統架構
該方案也不需要進行耦合器的替換，但就近取電、移頻設備的安全管理、大功率移頻信號在空間發射的頻段授權等問題暫未解決，因此屬于實驗型產品還未正式商用。
四、有源移頻室分系統相比其他移頻系統優勢分析
以上三種實現移頻的方案各具特點，后兩種都在施工便利性上有進一步的提升，但回歸移頻系統的本質：實現MIMO效果和室分系統可管可控，三種移頻系統還是有較大差異。
MIMO提速效果
具備功率自動平衡和功率動態補償技術的有源移頻室分系統在每個天線點都可以達到15dBm-20dBm的發射功率，保證每近端設備300平方米覆蓋范圍內實現良好的5G雙通道信號覆蓋效果。在移動2.6G頻段達到800Mbps以上下載速率；在電信/聯通3.5G頻段（100M帶寬）達到600Mbps以上下載速率；在電信/聯通3.5G頻段（200M帶寬）達到1100Mbps以上下載速率；在電信/聯通2.1G頻段（20M帶寬）達到200Mbps以上下載速率，基本實現信源帶寬范圍內MIMO速率的理論峰值。
無源移頻室分系統和移頻增速器縮減了饋線供電的難度，但相應失去了移頻遠端設備的功率調整能力，因此在提速效果上相比有源移頻室分系統有較大差距。
無源移頻室分系統的混頻器還原方式限制了移頻型RRU可攜帶的遠端設備數量，最大僅支持30個遠端天線點，天線數量較多或功率差較大的場景中，移動2.6G頻段下載速率約為400Mbps-500Mbps，且不支持電信/聯通3.5G頻段（100M帶寬）、電信/聯通3.5G頻段（200M帶寬）、電信/聯通2.1G頻段（20M帶寬）。
移頻增速器的遠端設備采用外置接收天線發射出的移頻信號模式，因此還原后共同組成的MIMO信號存在巨大的覆蓋差異，在功率分配理想區域（20%）基本可達到有源移頻室分覆蓋效果，在大部分交叉覆蓋區域（80%）MIMO信號效果仍不太理想。與無源移頻室分系統相同，移頻增速器方案僅支持移動2.6G頻段，不支持其他3.5G和2.1G室分5G頻段。
室分系統可管可控
有源移頻室分系統可以實現前述綜合化網管平臺的運維管理功能；無源移頻室分系統未采用遠端移頻有源設備，因此沒有網管功能；移頻增速器具備一定的設備掉線告警功能和在線狀態顯示，但其他鏈路檢測和綜合化平臺功能無法拓展實現。
通過對以上技術特點的分析，結合運營商采用多種低成本手段綜合建設5G網絡指導意見，可以預期在未來五年5室分建設發展期，移頻技術將廣泛應用于升級改造龐大的存量無源DAS室分資源。
而移頻室分系統中較為成熟且具備綜合優勢的有源移頻室分系統，可以快速完成原有單纜室分系統的改造，提升系統帶寬，滿足移動用戶對于高速數據業務的需求。解決困擾運營商5G建設過程中利舊、提速及管理的難題，同時也為5G室分系統設計提供了一套新的設計思路。
