5G時代小基站的建設(shè)需求及現(xiàn)實(shí)考慮要素分析

中國移動通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司|刁兆坤

4G時代，室內(nèi)數(shù)字化方案在體驗(yàn)提升、快速擴(kuò)容方面的優(yōu)勢已經(jīng)得到充分的證明。建設(shè)一張面向5G的室內(nèi)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，不僅可以支撐當(dāng)下的流量經(jīng)營，也能應(yīng)對5G 時代eMBB的大流量。

4G規(guī)模建設(shè)高峰過去，5G逐步到來，除了車聯(lián)網(wǎng)、智慧能源和聯(lián)網(wǎng)無人機(jī)，5G其他業(yè)務(wù)都發(fā)生在室內(nèi)。因此，與4G時代類似，5G時代的新業(yè)務(wù)有70%會發(fā)生在室內(nèi)。高價值商務(wù)客戶80%工作時間都位于室內(nèi)，但近50%的用戶對室內(nèi)感知體驗(yàn)表示不滿意。面對室內(nèi)覆蓋這筆大買賣的“豐滿理想”和室內(nèi)覆蓋體驗(yàn)不佳的“骨感現(xiàn)實(shí)”，運(yùn)營商既“幸?！庇帧盁馈薄＿@就需要業(yè)界提前考慮清楚如何滿足室內(nèi)用戶接入網(wǎng)絡(luò)的需求。

因此，無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋從室外走向室內(nèi)覆蓋，精細(xì)化管理運(yùn)營受關(guān)注。而傳統(tǒng)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋DAS系統(tǒng)，在5G演進(jìn)階段已經(jīng)出現(xiàn)巨大的瓶頸，當(dāng)前的業(yè)務(wù)發(fā)展和用戶體驗(yàn)需求呼喚技術(shù)變革。4G時代，室內(nèi)數(shù)字化方案在體驗(yàn)提升、快速擴(kuò)容方面的優(yōu)勢已經(jīng)得到充分的證明。建設(shè)一張面向5G的室內(nèi)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，不僅可以支撐當(dāng)下的流量經(jīng)營，也能應(yīng)對5G 時代eMBB的大流量。當(dāng)5G逐漸走近我們，室內(nèi)覆蓋向5G演進(jìn)成為運(yùn)營商重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一，室內(nèi)覆蓋數(shù)字化從5G開始將使小基站迎來一個新的發(fā)展高潮。

5G室分覆蓋需要解決的問題

頻譜是整個無線通信行業(yè)最重要的稀缺資源。5G頻譜可粗略地分為三大范圍。

?低頻段：低于3GHz

?中頻段：3到6GHz

?高頻段：大于6GHz

目前，國內(nèi)低頻段資源已分配完畢，運(yùn)營商手中的低頻段資源仍然應(yīng)用在2G、4G網(wǎng)絡(luò)中，國內(nèi)暫無低頻率資源分配給5G。

隨著高頻的引入，“室外覆蓋室內(nèi)”的傳統(tǒng)方式將面臨更多挑戰(zhàn)。室外信號在穿透磚墻、玻璃和水泥等障礙物后只能提供淺層的室內(nèi)覆蓋，無法保證室內(nèi)深度覆蓋所需要的良好體驗(yàn)。同樣，傳統(tǒng)室分方案在面向5G演進(jìn)時也存在工程實(shí)施、擴(kuò)容、演進(jìn)、管理和運(yùn)維等方面的問題：首先，存量DAS器件難以支持3.5GHz及以上的高頻；其次，DAS擴(kuò)容和改造需二次進(jìn)場，工程異常復(fù)雜；此外，5G新頻譜引入使網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜，維護(hù)人員需隨時知道網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)元運(yùn)行狀態(tài)以便提供最佳服務(wù)，但傳統(tǒng)DAS由于采用無源器件，無法具備設(shè)備狀態(tài)實(shí)時可視化的能力。由于傳統(tǒng)室分無法支撐5G時代室內(nèi)覆蓋的需求和挑戰(zhàn)，創(chuàng)新的數(shù)字化方案逐漸成為主流。行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，室內(nèi)數(shù)字化是室內(nèi)覆蓋面向5G演進(jìn)的最佳途徑和取勝之匙。室內(nèi)覆蓋數(shù)字化可以支持更多的業(yè)務(wù)、更快的體驗(yàn)速率、更好的演進(jìn)、更省的端到端成本和更易的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容能力。一張“多、快、好、省、易”的室內(nèi)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，可以幫助運(yùn)營商有效應(yīng)對5G時代不斷增長的業(yè)務(wù)需求和速率體驗(yàn)需求。

5G室內(nèi)數(shù)字化解決方案

從5G的建設(shè)需求來看，會采取“宏站+小站”組網(wǎng)覆蓋的模式，并且后4G時期，小基站將會成為室分和網(wǎng)優(yōu)的主流技術(shù)。據(jù)悉，在2018世界移動大會期間，華為正式發(fā)布了5G室內(nèi)小基站產(chǎn)品5G LampSite。這是業(yè)界第一款同時支持5G和LTE的多頻一體化室內(nèi)小基站。不僅如此，華為還首次提出室內(nèi)5G目標(biāo)網(wǎng)建網(wǎng)理念，以終為始助力運(yùn)營商打造5G時代數(shù)字化的室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)。LampSite與傳統(tǒng)室內(nèi)分布方案比較不難看出，其綜合部署成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方案，同時部署速度也很快。5G多頻一體化小基站與傳統(tǒng)覆蓋方案比較如圖1所示。

因?yàn)槭覂?nèi)5G新業(yè)務(wù)對室內(nèi)覆蓋體驗(yàn)提出更高要求。且與室外網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相比，室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)花費(fèi)時間更長、更加困難。在5G到來時代，業(yè)界必須定義5G室內(nèi)目標(biāo)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)室外同時建設(shè)。現(xiàn)代建筑材料對室外無線信號的阻隔，導(dǎo)致室外無線部署無法很好地解決室內(nèi)覆蓋的問題。隨著所使用頻率越來越高，信號的穿透能力也與4G時代無法比擬，室內(nèi)覆蓋更是令人憂心。

因?yàn)?G時代現(xiàn)有存量的傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)，無法支持3.5GHz高頻、xTxR MIMO、室內(nèi)精準(zhǔn)定位、可視化運(yùn)維等功能，向5G演進(jìn)已經(jīng)遇到發(fā)展瓶頸。5G將應(yīng)對為大量建筑物提供持續(xù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的挑戰(zhàn)，支持5G和LTE小型基站部署的益處在于各種規(guī)模的建筑物中改善蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及支持面向一系列終端和應(yīng)用的無線寬帶覆蓋。

圖1 5G多頻一體化小基站與傳統(tǒng)覆蓋方案比較

5G小基站能解決什么

1、小基站是什么

小基站（small cell）是一種從產(chǎn)品形態(tài)、發(fā)射功率、覆蓋范圍等方面，都相比傳統(tǒng)宏站小得多的基站設(shè)備，同時也可以看作是低功率的，既可使用許可頻率、也可融合Wi-Fi使用非許可頻率接入技術(shù)的無線接入點(diǎn)，功率一般在50mw～5w，覆蓋范圍在10～200米。

小基站的特征是：小型化、低發(fā)射功率、可控性好、智能化和組網(wǎng)靈活。1）小型化方面，從普遍質(zhì)量上看，在2～10kg之間；2）發(fā)射功率來看，一般在50mW～5W之間；3)組網(wǎng)方式來看，支持包括DSL/光纖/WLAN及蜂窩技術(shù)在內(nèi)的多種技術(shù)的回傳；4）智能化方面，還具備自動鄰區(qū)識別、自配置等SON功能。

目前市場上對小基站的分類主要有兩種分法：1）按照功率（覆蓋范圍與功率成正相關(guān)），主要分為微基站、皮基站、家庭基站這幾種，不同功率大小對應(yīng)不同覆蓋范圍；2）按照設(shè)備形態(tài)，主要分為一體化基站和分布式基站，這里面的主要區(qū)別是，通常情況下，一體化基站包括三部分：基帶處理單元（BBU）+射頻處理單元（RRU）+天饋系統(tǒng)，而分布式基站通常就指小型RRU，需要連接BBU才能使用

2、小基站能解決什么

5G中的頻譜資源分為高頻、中頻、低頻。其中的中、低頻資源主要用于連續(xù)廣覆蓋、低時延高可靠、低功耗大連接等應(yīng)用場景，其主要載體是宏基站；而高頻段資源則主要對應(yīng)于熱點(diǎn)高容量（高頻意味著可以分配更多帶寬），高頻對于宏基站而言，覆蓋范圍太小，使得成本過高，再加上宏基站部署困難，站址資源不容易獲取，因此在5G中，高頻段資源將不再使用宏基站，微蜂窩將成為主流，形式是以小基站為基本單位，進(jìn)行超密集組網(wǎng)，即小基站的密集部署。小基站功率小，同頻干擾信號之間的距離壓得很低，從而可以提升單位空間內(nèi)的頻段密度；而且小基站體積小，可靈活部署。在5G超密集組網(wǎng)場景中，小基站之間的間距很小（10～20米），對比宏基站最短間距也要達(dá)到500米，可以測算出，小基站要實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，其數(shù)量規(guī)模將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于宏基站。

小基站主要是解決宏基站的難題。小基站體積小，部署靈活，不用局限于宏基站的站址問題，可以靈活地部署在人群建筑密集的地方，可以有針對性地補(bǔ)充宏基站信號弱覆蓋區(qū)域、覆蓋盲點(diǎn)，保證信號質(zhì)量；在熱點(diǎn)區(qū)域，小基站由于功率小，可以在更小的范圍內(nèi)實(shí)行頻率復(fù)用，提升容量，幫助宏基站分流。

基于4G/5G的室內(nèi)覆蓋技術(shù)主要分為兩種：傳統(tǒng)DAS（Distribute Antenna System，室內(nèi)分布系統(tǒng)）和小基站系統(tǒng)。

傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)主要有BBU、RRU、合路器、功分器、小天線幾部分組成?；鶐盘枏腂BU出發(fā)，通過光纖傳輸?shù)絉RU，將基帶光信號轉(zhuǎn)換成射頻信號且放大傳送出去，通過合路器將不同頻段的信號集成，再通過功分器將信號分傳到室內(nèi)不同方位的小天線上。傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)存在很多問題：

1）施工困難麻煩。信源需要機(jī)房等配套設(shè)施，設(shè)計(jì)和施工難度大、周期長，需要多處鉆孔走線等，且天線外露，物業(yè)協(xié)調(diào)困難重重；

2）無源器件多，故障點(diǎn)多，無法有效監(jiān)控；

3）支持LTE需進(jìn)行室分改造，網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)能力差；

4）室內(nèi)外系統(tǒng)沒有協(xié)同。

小基站比DAS更有優(yōu)勢，將替代傳統(tǒng)DAS。以基于小基站的華為LampSite系統(tǒng)為例，如圖2所示。

整個系統(tǒng)分為三部分：BBU、rHub、pRRU?；鶐盘枏腂BU出發(fā)，經(jīng)過光纖到達(dá)rHub，進(jìn)行信號的放大與轉(zhuǎn)發(fā)，在送入pRRU中轉(zhuǎn)化成無線射頻信號發(fā)射出去。其中pRRU可同時支持3G/4G/Wi-Fi模式，其內(nèi)天線支持2T2R MIMO。相比于傳統(tǒng)室分，其優(yōu)勢如下：1）結(jié)構(gòu)簡單，施工容易，相比于傳統(tǒng)室分系統(tǒng)，器件數(shù)量減少80%，施工周期縮短2/3；2）整個系統(tǒng)不存在監(jiān)控盲區(qū)，每個設(shè)備的工作狀態(tài)盡在掌握中；3）擴(kuò)容方便，小區(qū)可遠(yuǎn)程分裂。在傳統(tǒng)室分系統(tǒng)中，一旦要進(jìn)行小區(qū)分裂擴(kuò)容，每多分裂一個小區(qū)，就需要室內(nèi)改造增加一個RRU，但在LampSite系統(tǒng)中，pRRU的極限狀態(tài)是One pRRU One Cell，因此可以通過軟件配置的方式靈活擴(kuò)容；4）支持網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，pRRU中可支持2G/3G/4G通信制式，甚至可以集成Wi-Fi，支持網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，一次部署，長期受益；5）室內(nèi)外協(xié)同自動化，系統(tǒng)可以根據(jù)手機(jī)鄰區(qū)測量信息自動增加/刪除鄰區(qū)，依據(jù)KPI報告自動調(diào)整pRRU導(dǎo)頻功率，根據(jù)UE歷史切換失敗原因自動優(yōu)化調(diào)整切換參數(shù)。從效果上看，以北京首都機(jī)場為例，中國聯(lián)通采用華為的LampSite進(jìn)行改造，1）從性能上看，部署后室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)測試峰值速率超過140Mbit/s，接近理論最高值，平均速率也達(dá)到100Mbit/s，數(shù)倍于DAS性能；2）從建設(shè)時間上看，每天只有從凌晨0點(diǎn)到4點(diǎn)四個小時的部署時間，只用了3個月的時間就完成了全部項(xiàng)目，為DAS建設(shè)周期的1/3；3）從成本上看，為DAS的90%。

兩相對比，小基站系統(tǒng)對傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)具有全面優(yōu)勢，符合網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的發(fā)展，將成為室內(nèi)覆蓋的主流技術(shù)。小基站無用戶并發(fā)問題，能與宏網(wǎng)協(xié)調(diào)，支持高速移動場景，支持語音業(yè)務(wù)，更適合人口密集，或者人流量大的中大型會所、場館，如商場、飛機(jī)場、火車站等。

中國移動覆蓋優(yōu)勢及室內(nèi)覆蓋數(shù)字化發(fā)展

中國移動在4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中提出了“做廣、做深、做厚”的建設(shè)策略。4G網(wǎng)絡(luò)已實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上的連續(xù)覆蓋和農(nóng)村的熱點(diǎn)覆蓋。重點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的重要性日益上升，良好的室內(nèi)覆蓋能切實(shí)吸納室內(nèi)業(yè)務(wù)量，保證室內(nèi)用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)，減輕宏站業(yè)務(wù)負(fù)荷，并有助于提高全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。保持深度覆蓋的絕對領(lǐng)先，是4G網(wǎng)絡(luò)“三領(lǐng)先一確?！钡闹匾繕?biāo)之一。從中國移動的采購與招標(biāo)網(wǎng)上可以看到，中國移動進(jìn)行了2017-2019年室分天線的采購。本次招標(biāo)產(chǎn)品包括室內(nèi)全向吸頂天線，室內(nèi)定向壁掛天線，室內(nèi)定向窄波束天線三大類七款天線，采購數(shù)量約為3155萬面。而這些天線可以根據(jù)室內(nèi)天線分布系統(tǒng)將移動基站的信號均勻分布在室內(nèi)每個角落，從而保證室內(nèi)區(qū)域擁有理想的信號覆蓋。中國移動發(fā)力深度覆蓋的這一舉動，似乎又是提前起跑。不久前，中國移動推出了地鐵專用流量包，而地鐵是深度覆蓋的重要一部分，可以預(yù)見在不久的將來，隨著“流量經(jīng)營時代”的正式到來，各種配合深度覆蓋的優(yōu)惠套餐將接踵而至。而這也將成為三大運(yùn)營商的一大新戰(zhàn)場。

傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)專為2/3G語音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)，在4G視頻業(yè)務(wù)大發(fā)展時期已經(jīng)出現(xiàn)了體驗(yàn)瓶頸。面對5G時代3.5GHz以上的高頻和4×4MIMO等要求，DAS在工程實(shí)施方面更是望塵莫及。不僅如此，DAS故障檢測難和業(yè)務(wù)單一等矛盾也是長期困擾運(yùn)營商的問題。各廠商推出的5G小基站正是滿足5G時代室內(nèi)覆蓋需求的最佳解決方案。其支持Sub6GHz多頻一體化、LTE/5G多模一體化、CAT6A和光纖多傳輸一體化以及eMBB/IoT/導(dǎo)航多業(yè)務(wù)一體化，5G小基站可以基于4G小基站部署時鋪設(shè)的CAT6A網(wǎng)線或光纖，通過最簡工程施工和網(wǎng)規(guī)不變的方式實(shí)現(xiàn)“線不動”“點(diǎn)不增”向5G演進(jìn)。

由此，運(yùn)營商當(dāng)下就可以建設(shè)面向5G演進(jìn)的室內(nèi)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，在架構(gòu)演進(jìn)、商業(yè)創(chuàng)新、流量經(jīng)營等方面構(gòu)建領(lǐng)先優(yōu)勢，為室內(nèi)5G演進(jìn)做好準(zhǔn)備。建設(shè)一張面向5G的室內(nèi)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，不僅可以支撐當(dāng)下的流量經(jīng)營，也能應(yīng)對5G時代eMBB的大流量。目前，室內(nèi)覆蓋向5G演進(jìn)成為運(yùn)營商重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一。室內(nèi)數(shù)字化作為4G時代成長起來的創(chuàng)新方案，在面向5G的架構(gòu)演進(jìn)、商業(yè)創(chuàng)新、流量經(jīng)營方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。小基站從4G+到5G將迎來加速增長。1）小基站在3G起來一波后熱度又開始下降，因?yàn)檫\(yùn)營商紛紛開始部署4G，且到4G中后期，運(yùn)營商擴(kuò)容以新增頻譜為主（包括購買新的頻譜鋪設(shè)4G，原有頻譜的4G重耕），小基站并沒有得到規(guī)模應(yīng)用；然而隨著新增頻譜接近尾聲，運(yùn)營商將進(jìn)一步以小基站、Wi-Fi等技術(shù)來增加網(wǎng)絡(luò)密度、擴(kuò)容，投資將主要用于包括小基站在內(nèi)的全國4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和即將到來的5G服務(wù)；2）從4G到5G，載波頻率大幅提升，熱點(diǎn)區(qū)域容量成千倍提升，宏基站越發(fā)無力應(yīng)對，覆蓋范圍小導(dǎo)致其高成本并不顯得劃算，且站址資源難以獲取，而小基站將會以密集組網(wǎng)的方式成為5G中的主流。如5G中的關(guān)鍵技術(shù)高密集組網(wǎng)就是為小基站的規(guī)模部署做準(zhǔn)備，因此5G到來會真正帶動小基站爆發(fā)。根據(jù)小基站論壇的預(yù)測，2018年全球小基站將達(dá)5900萬個，小基站收入將達(dá)50億美元。Wi-Fi免費(fèi)、速率快，但是存在用戶并發(fā)問題，且不支持高速移動，不支持語音業(yè)務(wù)、存在安全問題，難以與宏網(wǎng)互操作，適合小型的，人口不密集的且保密性不強(qiáng)、人流量極小的場所。用戶并發(fā)問題注定了Wi-Fi無法適用于人群密集的地方。

圖2 基于小基站的華為LampSite系統(tǒng)

目前，4G進(jìn)入建設(shè)后期，深度覆蓋尤其是室內(nèi)覆蓋問題變得愈發(fā)重要，運(yùn)營商的工作重心也逐漸從廣覆蓋轉(zhuǎn)移到深度覆蓋。從短期來看，4G后期，室內(nèi)覆蓋將會拉動小基站市場快速起來。隨著5G的建設(shè)，由于主要采用3.5G頻段，原有的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)由于改造成本和改造難度很大，室分建設(shè)將主要依靠新建室分來解決。室內(nèi)數(shù)字化架構(gòu)作為4G時代的創(chuàng)新室內(nèi)覆蓋解決方案從誕生至今已經(jīng)走過5個年頭。其頭端有源化、線纜IT化和運(yùn)維可視化的三大典型特征以及所帶來的體驗(yàn)提升和可管可控等價值已經(jīng)被全球運(yùn)營商廣泛認(rèn)可。如今，不僅華為、愛立信等設(shè)備廠商規(guī)模部署了室內(nèi)數(shù)字化解決方案，國內(nèi)外傳統(tǒng)DAS廠家也都轉(zhuǎn)向了數(shù)字化陣營，紛紛推出了數(shù)字化的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)?？梢哉f，5G室內(nèi)覆蓋選擇數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)的共識?？梢灶A(yù)見，5G室內(nèi)小基站數(shù)字化方案將很快替代DAS室內(nèi)覆蓋方案。室內(nèi)覆蓋數(shù)字化從5G開始，將促使小基站迎來一個發(fā)展高潮。