微基站在4G LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用

王 東，周元元

（1.中國(guó)鐵塔股份有限公司黃山市分公司，安徽 黃山 245000；2.合肥師范學(xué)院，安徽 合肥 230601）

0 引 言

當(dāng)前，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)（4G）已實(shí)現(xiàn)全面商用。如今4G LTE網(wǎng)絡(luò)已覆蓋大部分農(nóng)村和偏遠(yuǎn)山區(qū)，基站建設(shè)是4G LTE網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分?；局饕譃楹昊竞臀⒒緝煞N。在城市密集的高層建筑間，LTE技術(shù)依賴的高頻無(wú)線電信號(hào)衍射性能較差，會(huì)出現(xiàn)大量的陰影區(qū)域[1]?；窘ㄖ犯浇木用駬?dān)憂基站運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生輻射，會(huì)阻礙基站的建設(shè)，基站進(jìn)駐城市變得難上加難。在此背景下，微基站應(yīng)運(yùn)而生，可顯著提升4G LTE網(wǎng)絡(luò)的覆蓋效果。與宏基站相比，微基站具備體積小、組網(wǎng)靈活、環(huán)境融合恰當(dāng)以及站址易尋等優(yōu)勢(shì)，建設(shè)微基站是新文明城市發(fā)展和優(yōu)化通信技術(shù)的改革性措施。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線信號(hào)頻段逐步增高，對(duì)通信硬件設(shè)備的要求也越來(lái)越高，微基站在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中的作用愈發(fā)明顯。

微基站雖然發(fā)射功率小，覆蓋范圍不大，但也會(huì)對(duì)宏基站產(chǎn)生干擾，微基站與微基站之間同樣會(huì)相互干擾。如何降低干擾影響、提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量以及保障用戶的網(wǎng)絡(luò)使用體驗(yàn)已成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。

1 微基站存在的問題及解決方法

1.1 微基站帶來(lái)的干擾問題

引入微基站在提高系統(tǒng)的吞吐量的同時(shí)，也存在著許多問題。在微基站引入前，宏用戶在進(jìn)行上行和下行傳輸時(shí)，皆只會(huì)在小區(qū)邊緣地帶干擾到自身服務(wù)基站或受到相鄰小區(qū)用戶的干擾。而在引入微基站后，原有的網(wǎng)絡(luò)干擾環(huán)境發(fā)生了一系列改變[2]。若宏用戶在距離宏基站較遠(yuǎn)而距離微基站較近的位置進(jìn)行上行傳輸，極有可能對(duì)微基站附近的微用戶造成強(qiáng)烈干擾，影響用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)，引發(fā)用戶投訴，給運(yùn)營(yíng)商造成一定的損失。除宏基站與微基站的相互干擾外，也存在微基站與微基站之間的互相干擾。由于部分區(qū)域的用戶可以完全控制微基站的開關(guān)，促使網(wǎng)絡(luò)的干擾問題變成動(dòng)態(tài)因素，問題的解決變得更加困難。

1.2 微基站間的干擾協(xié)調(diào)

微基站的站點(diǎn)若在一定范圍內(nèi)分布異常密集，站點(diǎn)設(shè)備便很可能相互造成干擾。在這種情況下，微基站與微基站之間需要做好相互協(xié)調(diào)，方能保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。做好微站間的相互協(xié)調(diào)，要求控制好每個(gè)微基站的發(fā)射功率，不宜過大或過小，先后完成頻譜分配和功率分配[3]。設(shè)想所有的微基站都向一個(gè)中央處理器發(fā)送消息，中央處理器進(jìn)而利用收集到的信息計(jì)算出每個(gè)子載波上的信道容量，智能地為每個(gè)子信道選擇最合適的基站，從而充分利用通信資源。就像乘車一樣，不僅要避免前班車超重，也要避免后面車有空缺，這便是分布式功率分配方法的思想。

1.3 異構(gòu)網(wǎng)干擾協(xié)調(diào)

微基站可采用開環(huán)接入和閉環(huán)接入兩種方式。若采取閉環(huán)接入，宏用戶在其附近進(jìn)行上行傳輸操作時(shí)會(huì)對(duì)微基站產(chǎn)生干擾，在進(jìn)行下行傳輸操作時(shí)微基站則會(huì)對(duì)宏用戶產(chǎn)生干擾。若采用開環(huán)接入方式，位于微基站附近的宏用戶可接入到微基站，進(jìn)行上傳和下載，但考慮到微基站容量小且對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求較高，開環(huán)接入必然會(huì)引起微基站在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用高峰期時(shí)嚴(yán)重超負(fù)荷工作，給用戶帶來(lái)不好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

1.4 通過頻譜規(guī)劃進(jìn)行干擾協(xié)調(diào)

采用頻譜劃分方法，通過給微基站與宏基站分配不同的頻段開展通信工作，減少微基站與宏基站之間的相互干擾。對(duì)微基站而言，需要根據(jù)其所在的位置分配不同的頻段。當(dāng)用戶處于宏小區(qū)邊緣的微基站附近時(shí)，由于接收到的宏基站信號(hào)相對(duì)較弱，微基站需要避開此宏用戶占用的頻帶，以徹底消除干擾；當(dāng)宏用戶處于小區(qū)中心而遠(yuǎn)離微基站時(shí)，接收到的宏基站的信號(hào)較強(qiáng)，此時(shí)可不用考慮微基站占用的頻段。此外，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，若微基站和宏用戶同時(shí)處于小區(qū)中心，微基站不能占用宏用戶所用頻段。

2 微基站的應(yīng)用

2.1 微基站的分類及各廠家產(chǎn)品情況

微基站按照功率可劃分為瓦級(jí)和毫瓦級(jí)微基站。其中，瓦級(jí)微基站是包含BBU和RRU以及內(nèi)置天線的一體化設(shè)備，如華為的BTS3203E、中興的BS8912等。

百毫瓦級(jí)微基站與瓦級(jí)微基站類似，也包含BBU、RRU以及內(nèi)置天線。中興廠家設(shè)備參數(shù)如表1所示，主要設(shè)備型號(hào)為BS89912、BS8102，可廣泛運(yùn)用于各個(gè)城市地區(qū)，為通信網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)。

2.2 微基站應(yīng)用場(chǎng)景分析

微基站是在宏基站站址難以找尋時(shí)用來(lái)解決小范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)盲點(diǎn)問題與深度覆蓋問題的法寶，如在會(huì)展中心、機(jī)場(chǎng)等室分系統(tǒng)建設(shè)困難的場(chǎng)所，可用網(wǎng)線和光纖將微基站與BBU連接，從而進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋[4]。在室外密集巷道，若無(wú)法獲取宏基站站址，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)覆蓋就必須增加微基站，可采用BBU拉遠(yuǎn)的方式實(shí)施建設(shè)。為防止干擾，首先需找到一空曠區(qū)域，接著在距規(guī)劃宏基站位置200 m處找到高20 m的路燈桿或抱桿安裝RRU，然后BBU拉遠(yuǎn)至附近BBU池或距離最近的規(guī)劃宏基站機(jī)房。

當(dāng)前，民眾自我保護(hù)意識(shí)強(qiáng)，無(wú)法在室外道路上選擇站址，還有部分地區(qū)高樓林立，建筑物高低不齊，信號(hào)遮擋嚴(yán)重，導(dǎo)致信號(hào)連續(xù)覆蓋道路，小區(qū)信號(hào)覆蓋不足，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。此時(shí)，應(yīng)在路燈桿安裝刀片RRU和偽裝天線組合，解決道路連續(xù)覆蓋和小范圍區(qū)域的弱覆蓋問題。

電信營(yíng)業(yè)運(yùn)用中興BS8102設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)微站部署，部署性能如表2所示。在部署前應(yīng)對(duì)范圍內(nèi)信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試，在微基站安裝完成后再對(duì)其信號(hào)覆蓋實(shí)施詳細(xì)分析，通過對(duì)比前后兩次測(cè)試，驗(yàn)證微基站布放與宏基站覆蓋的差異。

通過表2可以直觀觀察到在布放微基站后，一些關(guān)鍵的信號(hào)質(zhì)量指標(biāo)有了明顯的變化，如信噪比SINR的值提高4倍以上，平均上行、下行吞吐率也有明顯的提高，且上傳和下載速率相較之前也有明顯的變化。因此，合理布放微基站可以大大提高通信質(zhì)量。

2.3 微基站應(yīng)用原則

當(dāng)前，通信基站的建設(shè)仍以覆蓋建設(shè)為主，始終秉持“以建設(shè)宏基站為主，建設(shè)微站為輔”原則。宏基站著眼于定位在大環(huán)境下的信號(hào)覆蓋，微基站則主要用于小范圍內(nèi)的補(bǔ)盲，在無(wú)法找尋宏基站站址或室內(nèi)覆蓋不足時(shí)通過合適的引進(jìn)安裝，做好信號(hào)的補(bǔ)充。即便微基站覆蓋面積小，功率與容量均偏低，但過多引入也會(huì)給網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化帶來(lái)極大困難。因此，微基站作為宏基站的輔助手段，首先肩負(fù)的責(zé)任是做好與宏基站間的協(xié)調(diào)。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與基站開通人員應(yīng)合理規(guī)劃好PCI，避免造成相互干擾。需要注意的是，在微基站建站時(shí)，首先要保證設(shè)備配套。由于原則上是對(duì)微基站進(jìn)行POE遠(yuǎn)程供電，沒有專用的電源保證，斷電會(huì)導(dǎo)致微基站覆蓋區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中斷，這是微基站建設(shè)發(fā)展中的一個(gè)難題。

3 微基站的未來(lái)展望

在4G技術(shù)的深度覆蓋下，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)促成微基站建設(shè)的爆發(fā)。而隨著5G時(shí)代的到來(lái)，未來(lái)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量會(huì)繼續(xù)呈爆發(fā)趨勢(shì)。5G在連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接以及低時(shí)延高可靠等應(yīng)用場(chǎng)景中大有作為。其中，熱點(diǎn)高容量的實(shí)現(xiàn)需要大幅度增加頻率資源。傳統(tǒng)的宏基站部署日益困難，且具備站址難尋、成本過高以及覆蓋范圍小等劣勢(shì)，無(wú)法滿足即將到來(lái)的5G時(shí)代的需求。在5G時(shí)代，微基站將成為主流，憑借先進(jìn)超密集組網(wǎng)方式以及部署靈活、功率低等特點(diǎn)在5G商用中發(fā)揮出重要作用。

表1 中興微站設(shè)備參數(shù)表

表2 中興BS8102設(shè)備進(jìn)行室內(nèi)微站部署性能表

4 結(jié) 論

筆者針對(duì)微基站在LTE系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行探究，通過描述微基站發(fā)展的背景，發(fā)現(xiàn)在微基站實(shí)施過程中存在的諸多干擾問題，并以中興微基站為例，研究其具體應(yīng)用，最后對(duì)未來(lái)5G技術(shù)中微基站的發(fā)展應(yīng)用提出展望。