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面向 5G 的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第 1 页 , 共 21 页 面向 5G的 室内 覆盖数字 化 演进白皮书 面向 5G 的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第 2 页 , 共 21 页 面向 5G的室内 覆盖 数字化 演进 白皮书 1 概述 数字化技术催生各行业的不断创新： ICT、媒体、金融、保险在数字化发展曲线中已经独占鳌头，零售、汽车、油气化工、健康、矿业、农业等也在加速其进程。促进数字化进程的关键技术包括软件定义设备、大数据、云计算、区块链、网络安全、时延敏感网络、虚拟现实和增强现实等。 而连接一切技术的是 通讯网络 。 正如 2G伴随 语音， 3G伴随数据， 4G伴随移动 互联网 ， 人们 对 5G的 期盼则是： 以 超大带宽、超低时延 和 超强连接的能力， 使能 全行业数字化， 成为社会基础的生产力。 统计表明，目前 4G移动网络中超过 70%的业务发生在室内场景。伴随 5G业务种类持续增多和行业边界不断扩展，运营商室内移动 网络 将 更加 重要 ， 是 运营商 在 5G时代 的 核心竞争力之一 。 面向 5G的室内 覆盖 数字化 网络 DIS（ Digital Indoor System），也 须 朝 为 未来 5G业务 提供 基础能力的方向 进行 建设。 本白皮书将 从 5G室内业务 推动 室内建网 角度 描述室内数字化 网络的 5G演进思路 和 相关 技术。 2 5G室内网络演进的驱动力 4G承载的是 “ 移动互联网 ” ，而 人们 对 5G的 定位 不仅仅是 能为 用户提供更好体验和更多业务的 eMBB网络，还是连接行业的网络 。 面向 5G 的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第 3 页 , 共 21 页 5G将不仅仅 是简单的一张通讯网，而是作为底层网络深入到社会各行各业 。 增强现实（ AR）、虚拟 现实 （ VR）、 自动 驾驶、 智慧家庭 、 无线 医疗 、远程教育、 新 社交网络、 个人 AI辅助、 工业 制造和 物联网 等 业务领域 将 会 得到5G技术的支撑 。 这意味着 5G时代 的业务场景 与 4G相比差异巨大，更加丰富 。 ITU要求 支撑 上述 业务 网络 满足 峰值 10Gbit/s、 时延 1ms、 每平方千米 1百万 连接数等 关键 技术要求 。 而 仅仅 靠 4G网络 的 升级 扩容，远远不能 达到 要求。 下面 从几个典型的 未来 室内 业务 的角度描述 业务 对于 5G的 需求程度。 2.1 VR/AR： 需求 网络高速率和低时延 VR/AR是 典型 的高带宽 、 低时延业务，通常发生在室内。 为了 满足越来越多的应用场景 体验 ， 设备 移动性 是需要 考虑的 其中 一项重要指标 ， 这就需要设备 通过 无线网络传输。另外 ， VR/AR业务 强 依赖于 实时 计算机 图像 渲染和建模， 需要大量的数据传输、存储和计算功能，这些数据和计算密集型任务如果转移到云端，就能利用云端服务器的数据存储和高速计算能力。 高质量 VR/AR内容处理走向云端，满足用户日益增长的体验要求的同时降低了设备价格， VR/AR将成为移动网络最有潜力的大流量业务。虽然现有 4G网络平均吞吐量可以达到 100 Mbps，但一些高阶 VR/AR应用需要更高的速度和更低的延迟。 表 2-1 VR业务 的 网络需求 下行 上行 业务 VR Cloud VR 高清视频 Pre-VR 入门级 VR 高级 VR 终极 VR 入门级 VR 终极 VR 分辨率 4K/30帧 8K/30 帧 12K/60 帧 24K/120 帧 1080P/6090帧 6600*6600 /120 帧 2K/30 帧 编码速率 16 Mbps 64 Mbps 279 Mbps 3.29 Gbps 70130Mbps 5Gpbs 6.7 Mbps 面向 5G 的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第 4 页 , 共 21 页 传输带宽 25Mbps 100 Mbps 419 Mbps 4.93 Gbps 100150Mbps 6.5Gbps 10Mbps 2.2 新 社交 网络 ： 高清视频需求大带宽 新社交 网络的最明显的 特征 是视频在社交中占据的比例越来越大，对视频的清晰程度要求越来越高。 移动视频业务不断发展，从 以前 用户 直接 观看点播视频 到 现在 不同 渠道 观看 各种实时直播内容 。 室内赛场、演唱会现场甚至是个人直播场景， 视频 直播 对 网络的容量提出了 更高 的要求。 智能手机内置软件 依靠移动直播视频平台，可以保证主播和观众互动的实时性，使这种新型的“一对多”直播通信比传统的“一对多”广播更具互动性和社交性。另外，观众之间的互动也为直播视频业务增加了“多对多”的社交维度。 表 2-2 高清视频业务的 网络 需求 业务 入门级 4K 标准 4K 超高清 4K 8K 视频 分辨率 4K/30 帧 /8bit 4K/60 帧 /10bit 4K/120 帧 /12bit 8K/120 帧 /12bit 编码速率 (Mbps) 2530 2535 2540 5080 带宽需求 (Mbps) 30 50 50 100 2.3 个人 AI辅助 ： 低时延 提升 系统反 馈实时性 伴随着智能手机市场的成熟，可穿戴和智能助理有望引领下一波智能设备的普及。 当前 由于电池使用时间，网络延迟和带宽限制，个人可穿戴设备通常采用 Wi-Fi或蓝牙进行 连接，需要经常与计算机和智能手机配对，无法作为独立设备存在。 5G将同时为消费者领域和企业业务领域的可穿戴和智能辅助设备提供机会。可穿戴设备将为制造和仓库工作人员提供“免提”式信息服务。云端 AI使可穿戴设备具有 AI能力，如搜索特定物体或人员。 面向 5G 的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第 5 页 , 共 21 页 图 2-1 导盲 头盔 在消费者领域，导盲头盔可以利用 计算机视觉、三维建模、 室内 实时导航和定位技术为盲人 在 室内 提供新的“眼睛”， 5G网络在带宽能力和时延能力上为导盲提供基本的网络服务。 图 2-2: 5G使能的可穿戴设备 对 网络要求 （来源 : ABI Research） 2.4 智能 制造 ： 低时延 满足制造需求 工业 4.0的 核心是 智能 制造 。 未来 ， 智能生产需要提升柔性、灵活性、资源效率、降低成本和产品质量 。其中 ，灵活性则要求 大部分制造 设备 摆脱 线缆传输限制， 处于 一种“自由 ” 的稳定 无线环境中。 面向 5G 的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第 6 页 , 共 21 页 对于最新最尖端的智 能 制造应用，灵活、可移动、高带宽、低时延和高可靠的通信是基本的要求 。 图 2-3 智能 制造场景分类 （来源 ： ABI Research） BOSCH公司 认为 ， 智能制造工厂 的主要场景是 物流 机器人， 动作 控制 ，模块化 制造单元， 移动 人机接口， 增强 现实 ， 无线 传感器 网络等。 而工业 4.0对于网络的诉求 是： 动作 控制 安全 物流 环境 监控 增强 现实 时延（周期 ） 250us-1ms 10ms 100ms 10ms 数据速率 Kbit/s Mbit/s 200 byte 表 2-3 BOSCH对 工业 4.0 网络 需求的判断 面向 5G 的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第 7 页 , 共 21 页 2.5 无线 医疗 ： 大带宽 和低时延 辅助 远程诊断 在过去 5年，移动互联网在医疗设备中的使用正在增加。医疗行业开始采用可穿戴或便携设备集成远程诊断、远程手术和远程医疗监控等解决方案。 通过 5G连接到 AI医疗辅助系统，医疗行业有机会开展个性化的医疗咨询服务。人工智能医疗系统可以嵌入到医院呼叫中心，家庭医疗咨询助理设备，本地医生诊所，甚至是缺乏现场医务人员的移动诊所。它们可以完成很多任务： 实时健康管理，跟踪病人，病历，推荐治疗方案和药物，并建立后续预约； 智能医疗综合诊断，并将情境信息考虑在内，如遗传信息，患者生活方式和患者的身体状况； 通过 AI模型对患者进行主动监测 ，在必要时改变治疗计划。 移动运营商可以积极与医疗行业伙伴合作，创建一个有利的生态系统，提供 IoMT（ Internet of Medical Things）连接和相关服务，如数据分析和云服务等，从而支持各种功能和服务的部署。 远程诊断是一类特别的应用，尤其依赖 5G网络的低延迟和高 QoS保障特性。 表 2-4 远程诊断 对网络的诉求 无线 医疗业务 阶段 数据速率 时延 远程 内窥镜 光学 内窥镜 12 Mbps 35 ms 360 4K+触觉反馈 50 Mbps 5 ms 远程 超声波 半自动 ，触觉反馈 15 Mbps 10 ms AI视觉辅助， 触觉反馈 23 Mbps 10 ms 面向 5G 的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第 8 页 , 共 21 页 2.6 其他 5G网络 强大 的切片能力 为行业 客户提供 高质量 的网络服务 ， 未来 企业 可以不用 自己搭建 和 维护自己的专网， 可以 直接使用运营商的 5G网络切片能力构造自己的本地局域网络。 同时 ， MEC能力 将 为 企业 提供独立与公网的一套本地 路由 网络， 能够 将关键信息 隔离 在专有区域，保证数据的安全 。 另外 ， 越来 越多的 室内 业务需要应用到室内定位 ，特别是 工业制造领域，对室内定位精度的要求可 达 亚米级， 5G网络实现 米级 定位能力将 会 带来更多的市场机会。 2.7 小结 相对于 2G、 3G和 4G的以语音 和数据为主， 5G时代 的 通信 业务 种类 更加多元化 。 5G时代的典型业务 从高速 、 高 灵活、 多 连接、 低时延、高 可靠 和 网络 开放等角度 对 网络 提出了 更高 的 要 求 。 3 5G室内网络部署面临的挑战 业务 驱动网络的建设， 更大 带宽、更低时延和更多连接是 5G网络最主要的特征 。 为了 获取 更多带宽， 室内 5G引入 了 更高 的频段 C-Band和毫米波 ，更高的频率 意味着更大的传输及穿透 损耗，采用传统 的 4G建网方式 可能 导致 室内 覆盖 不足。 另外 ， 传统 室分的 多数 无源器件 无法 支持 3.5GHz以上高频段， 即使 是 支持传输 3.5GHz的馈线， 也会 带来更多的损耗，产生更大成本 。 面向 5G 的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第 9 页 , 共 21 页 最后 ， 5G时代海量 的有源 网络 设备 ，将会 对运维和系统的能耗管理带来新的挑战。 3.1 5G 高频导致室内 深度 覆盖不足 和当前的 2G/3G/4G移动网络相比， 5G移动网络将在更高的 C-Band和毫米波频段上部署，从而满足 5G业务对超大频谱带宽的要求。和 4G时代的 sub-3GHz频段相比，在高频段部署的 5G宏基站信号在穿墙覆盖室内场景的时候面临更大的链路损耗问题 ， 导致室内深度覆盖不足 。相比于 sub-3GHz频段 4G宏基站信号， C-Band频段室外信号穿透混凝土墙壁时每穿透 1面墙壁会产生额外的 8-13dB链路损耗。更高的毫米波频段 5G信号导致的巨大衰减导致其基本丧失穿墙能力，如图 4所示，毫米波信号穿透混凝土水泥墙的损耗超过 60dB。 室外 5G宏基站信号打进室内覆盖的方式 相对于 4G将 更为 困难，需要配合在室内建设专门的室分网络，才能提供最优质的室内场景 5G业务。因此，室内场景的5G室分网络和室外 5G网络同时部署， 能够 保障移动用户室内外体验一致性。 图 3-1： 不同材质 墙壁 毫米 波 穿透 损耗 (来源 : Huawei X-Labs) 面向 5G 的室内覆盖数字化演进白皮书 2018-6-25 第 10 页 , 共 21 页 3.2 传统室分 网络难以轻量化演进 传统室分 系统（ DAS） 利用起源于 2G/3G时代，主要解决室内信号弱覆盖问题 ， 面向 3GHz以上 5G的 4T4R室内网络演进， 传统室内分布系统存在 三个 主要的问题， 无法 向 5G平滑演进： 1） 3.5GHz覆盖缩水： C-band和 Sub 3G相比，链路 损耗 更大，导致需要增加 C-band信源以满足同覆盖要求； 2） 难以直接 更换 器件 利旧 ：传统 室分系统中很多元器件 如 合路器、功分器等还不支持3.5GHz或成本过高，更换难度很大； 3） 4*4 MIMO工程建设难度高 ： 4路DAS需要部署 4根 馈线 、 4套 器件和天线，工程无法落地 ， 另外，还会导致链路不平衡，引起性能问题； 目前 全球 存量市场 上 有 90%以上 的室内 网络 是 DAS，室内 网络演进面临着非常严峻的挑战。 3.3 海量有源 头端 带来 运维挑战 5G时代，室内数字化趋势已成必然，传统无源 DAS系统无法管理 、 维护困难，有源数字化头端可管可控，同时也面临大量头端带来运维复杂度提升，如配置开站，网络优化，日常运维监控等。 如何实现小区业务配置，硬件资源自动绑定降低设计阶段人工投入，如何实现站点验收的全自动， 如何实时监测室内网络海量头端和其他网元设备的工作状态、如何自动根据周边信道条件和用户密度自优化网络资源分配，如何做到网络的可视化运营维护和故障的自动诊断和愈合，直接决定了网络维护的人工成本和运营商的 OPEX。 另外 ,5G面临数百万亿设备的链接，差异化的垂直行业业务资源切片如何管