4G/5G社會(huì)化基站應(yīng)用與部署

王東洋，郭希蕊，張 琳，張 濤（中國(guó)聯(lián)通研究院，北京 100048）

1 概述

由于數(shù)字化微站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部署方便，且硬件成本遠(yuǎn)低于宏站產(chǎn)品，所以全球運(yùn)營(yíng)商紛紛布局?jǐn)?shù)字化微站。該類(lèi)產(chǎn)品主要應(yīng)用于室內(nèi)覆蓋場(chǎng)景，以解決CBand、毫米波穿透能力較弱而無(wú)法滿足室內(nèi)覆蓋要求的問(wèn)題，同時(shí)也可以應(yīng)用于室外特殊場(chǎng)景補(bǔ)弱和吸熱；同時(shí)數(shù)字化微站將為垂直行業(yè)提供特色的、差異化服務(wù)能力，所以未來(lái)幾年數(shù)字化微站將持續(xù)、爆發(fā)增長(zhǎng)。面對(duì)市場(chǎng)的巨大需求，諸多芯片廠商、射頻廠商紛紛參與小站產(chǎn)品各個(gè)環(huán)節(jié)研發(fā)和設(shè)計(jì)工作，從而加快了該行業(yè)及產(chǎn)品的快速迭代、健康發(fā)展。

本文把除華為、中興、愛(ài)立信、諾基亞、大唐等傳統(tǒng)電信設(shè)備制造商外的廠商所提供的數(shù)字化微站產(chǎn)品稱(chēng)為社會(huì)化基站。目前國(guó)內(nèi)有數(shù)十家企業(yè)提供社會(huì)化基站產(chǎn)品、解決方案等服務(wù)。本文通過(guò)對(duì)4G/5G社會(huì)化基站系列產(chǎn)品進(jìn)行深入研究，分析不同應(yīng)用場(chǎng)景下的產(chǎn)品部署方案，對(duì)4G/5G 社會(huì)化基站系列產(chǎn)品的大規(guī)模部署和應(yīng)用給出了一些思考和建議。

2 社會(huì)化基站分類(lèi)

根據(jù)功能不同，社會(huì)化基站產(chǎn)品可以分為基站類(lèi)產(chǎn)品和直放站類(lèi)產(chǎn)品，兩者最大區(qū)別就是基站類(lèi)產(chǎn)品自帶了基帶資源，而直放站類(lèi)產(chǎn)品沒(méi)有基帶資源。從發(fā)射功率差異的維度來(lái)看，基站類(lèi)產(chǎn)品又分為低功率微站、中功率室外微站，直放站類(lèi)產(chǎn)品也分為大功率直放站、中功率數(shù)字直放站、低功率微分布系統(tǒng)，具體見(jiàn)圖1。

圖1 社會(huì)化基站產(chǎn)品分類(lèi)

圖1 中的基站類(lèi)設(shè)備主要是基于通用處理器開(kāi)發(fā)，支持的小區(qū)數(shù)和用戶數(shù)略低，相對(duì)于傳統(tǒng)電信制造商的產(chǎn)品，具有成本優(yōu)勢(shì)；直放站類(lèi)設(shè)備主要是通過(guò)射頻耦合或者無(wú)線耦合信源，實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍的延伸，成本優(yōu)勢(shì)更加明顯。

2.1 基站類(lèi)產(chǎn)品

社會(huì)化基站類(lèi)產(chǎn)品類(lèi)型較多，包括擴(kuò)展型微站、企業(yè)級(jí)/家庭級(jí)一體化微站、室外微站等產(chǎn)品。當(dāng)前5G 社會(huì)化基站協(xié)議棧采用通用的X86 服務(wù)器+FPGA板卡或Soc 芯片來(lái)處理，然后根據(jù)不同場(chǎng)景需求將基帶資源、射頻模塊集成處理，或分立拉遠(yuǎn)處理等方式，從而產(chǎn)生一體化產(chǎn)品和擴(kuò)展型產(chǎn)品。

擴(kuò)展型微站由主機(jī)單元、擴(kuò)展單元、遠(yuǎn)端單元組成，如圖2所示。

圖2 擴(kuò)展型微站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

a）主機(jī)單元負(fù)責(zé)基站的協(xié)議棧處理，操作維護(hù)功能。

b）擴(kuò)展單元負(fù)責(zé)遠(yuǎn)端單元的IQ 數(shù)據(jù)下行分發(fā)、上行匯聚、時(shí)鐘同步、POE 供電等，包含CPU 處理模塊、FPGA匯聚與分發(fā)模塊、PSE供電與外圍電路模塊。

c）遠(yuǎn)端單元為小功率RRU設(shè)備，具備射頻收發(fā)功能（內(nèi)置天線），包含CPU 控制模塊、傳輸接口模塊、POE供電與外圍電路模塊、RF收發(fā)模塊。

按照網(wǎng)絡(luò)制式，當(dāng)前現(xiàn)網(wǎng)采用的4G擴(kuò)展型微站支持4G 模式，未來(lái)5G 多模擴(kuò)展型微站將會(huì)支持4G、5G雙模式。

一體化微站將主機(jī)單元、射頻單元和天饋一體化集成設(shè)計(jì)的微功率設(shè)備，它也可以通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)的方式單獨(dú)或外接天線部署，該產(chǎn)品可靈活地通過(guò)固網(wǎng)寬帶接入到核心網(wǎng)，具備即插即用的功能特性，可快速解決網(wǎng)絡(luò)部署需求。一體化微站按應(yīng)用場(chǎng)景分為企業(yè)級(jí)和家庭級(jí)。

擴(kuò)展型微站、一體化微站均屬于低功率微站序列，該類(lèi)產(chǎn)品的單通道最大發(fā)射功率不超過(guò)1 W，大部分為mW 級(jí)。例如現(xiàn)網(wǎng)采用的4G 擴(kuò)展型/一體化微站功率為毫瓦級(jí)（50/100/125 mW），射頻發(fā)射支持2T2R方式，覆蓋半徑較小，主要應(yīng)用于室內(nèi)廣覆蓋和擴(kuò)容，該類(lèi)產(chǎn)品參數(shù)如表1 所示。

從表1中可以看出，4G擴(kuò)展型/一體化微站系統(tǒng)支持10/20 MHz 帶寬，單用戶的下行峰值速率高達(dá)73/148 Mbit/s，上行峰值速率高達(dá)24/49 Mbit/s，足以滿足4G 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的要求。未來(lái)5G 擴(kuò)展型/一體化微站單通道發(fā)射功率將會(huì)高達(dá)500 mW，并且支持100 MHz的系統(tǒng)帶寬以及4T4R 的射頻方式，峰值速率將會(huì)達(dá)到1 Gbit/s 以上，并支持級(jí)聯(lián)更多遠(yuǎn)端單元、更大的拉遠(yuǎn)距離等。

表1 4G基站類(lèi)產(chǎn)品——微站性能

室外微站/低容量宏站支持更大發(fā)射功率，最高可到100 W，主要用于室外廣覆蓋，如農(nóng)村和郊區(qū)等，以及用于特殊區(qū)域補(bǔ)弱補(bǔ)盲覆蓋。該類(lèi)產(chǎn)品由主機(jī)單元和遠(yuǎn)端單元組成，主機(jī)單元一般與室內(nèi)擴(kuò)展型微站通用。

現(xiàn)網(wǎng)4G 室外微站/低容量宏站支持帶寬為5 和10 MHz，射頻支持1T1R、2T2R方式，具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 4G基站類(lèi)產(chǎn)品——室外微站/宏站產(chǎn)品性能

從表2可以看出，在系統(tǒng)帶寬為5/10 MHz時(shí)，下行單用戶峰值速率為17/35 Mbit/s，上行峰值速率為11/24 Mbit/s。該類(lèi)5G 產(chǎn)品將支持100/200/300 MHz（共建共享），支持4T4R 方式，發(fā)射功率可選模式也將更多，覆蓋范圍更廣，覆蓋半徑為500 m 以上，系統(tǒng)容量和單用戶峰值速率都將超過(guò)1 Gbit/s。

2.2 直放站類(lèi)產(chǎn)品

大功率直放站分為光纖直放站、無(wú)線直放站，前者通過(guò)射頻饋入基帶信源方式引入，后者通過(guò)無(wú)線耦合基帶信源方式引入，該類(lèi)產(chǎn)品發(fā)射功率都是10 W及以上，架構(gòu)如圖3所示。

圖3 無(wú)線/光纖直放站產(chǎn)品

光纖直放站分為接入單元（MU）和遠(yuǎn)端單元（RU）。

a）接入單元接收下行信源耦合進(jìn)行數(shù)字信號(hào)組幀，經(jīng)過(guò)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換后通過(guò)光纖傳送至遠(yuǎn)端單元，同時(shí)將遠(yuǎn)端單元上傳的光電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)、解幀后成為上行射頻信號(hào)傳至基帶信源。

b）遠(yuǎn)端單元放大下行射頻信號(hào)、接收上行信號(hào)，將下行信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換、調(diào)制后通過(guò)射頻系統(tǒng)發(fā)送至覆蓋區(qū)域，同時(shí)將接收上行信號(hào)處理后發(fā)送至接入單元。

直放站產(chǎn)品性能指標(biāo)包括雜散輻射、隔離度等，4G 現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用和部署的直放站類(lèi)產(chǎn)品性能指標(biāo)如表3所示。

從表3 中可以看出，光纖/無(wú)線直放站類(lèi)產(chǎn)品在不同頻段的雜散輻射指標(biāo)、帶外抑制指標(biāo)、系統(tǒng)干擾指標(biāo)和噪聲系數(shù)均能達(dá)到相關(guān)要求。未來(lái)5G 直放站中將支持1.8 GHz、2.1 GHz、3.5 GHz 頻段，支持55/100 MHz 系統(tǒng)帶寬，射頻方式支持2T2R/4T4R 方式，單通道支持10/20 W甚至更高的發(fā)射功率。

表3 4G直放站類(lèi)產(chǎn)品性能

中/低功率直放站類(lèi)產(chǎn)品還有數(shù)字微分布系統(tǒng)，該類(lèi)產(chǎn)品設(shè)備通過(guò)無(wú)線回傳、鏈狀+星狀結(jié)構(gòu)的多級(jí)有源放大方式，并兼容有線接入，可以短時(shí)間快速解決低價(jià)值盲區(qū)的信號(hào)覆蓋問(wèn)題，但受限于系統(tǒng)容量該類(lèi)產(chǎn)品只能應(yīng)用于小微場(chǎng)景覆蓋，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4 所示。

圖4 微分布系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

現(xiàn)網(wǎng)部署的4G 微分布系統(tǒng)產(chǎn)品的雜散、隔離度、體積、功耗等指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，其單通道發(fā)射功率支持100 mW/200 mW/500 mW/2 W，系 統(tǒng)帶寬支持5/10 MHz。未來(lái)5G 微分布產(chǎn)品將支持100/250 mW 甚至更高的發(fā)射功率、55/100/200 MHz 系統(tǒng)帶寬、支持2T2R、4T4R方式。

3 社會(huì)化基站部署方案

3.1 場(chǎng)景需求

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)覆蓋場(chǎng)景劃分標(biāo)準(zhǔn)從基于話務(wù)量逐漸調(diào)整為基于數(shù)據(jù)流量和用戶接入次數(shù)。業(yè)界一般將網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景劃分為3 類(lèi)：高流量口碑場(chǎng)景、中流量重要場(chǎng)景、低流量一般場(chǎng)景，具體標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表4 網(wǎng)絡(luò)覆蓋場(chǎng)景劃分標(biāo)準(zhǔn)

電信運(yùn)營(yíng)商面臨的CAPEX/OPEX 壓力越來(lái)越大，對(duì)投資與收益更加敏感。此時(shí)社會(huì)化基站系列產(chǎn)品由于造價(jià)低、部署靈活等特點(diǎn)，不僅可作為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有效補(bǔ)充，針對(duì)中、低流量場(chǎng)景完善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，還可以面向行業(yè)用戶提供差異化服務(wù)，提升管理效率、降低成本。

3.2 部署方案

社會(huì)化基站系列產(chǎn)品主要應(yīng)用于室內(nèi)的中、低流量覆蓋以及室外廣覆蓋和特殊場(chǎng)景的覆蓋。其具體方案包括新建場(chǎng)景、存量場(chǎng)景和傳統(tǒng)DAS 場(chǎng)景。其中在農(nóng)村、郊區(qū)建議部署低容量社會(huì)化宏站；在室內(nèi)中流量場(chǎng)景根據(jù)投資成本、場(chǎng)景價(jià)值高低、現(xiàn)場(chǎng)資源是否充足等依次部署一體化微站、擴(kuò)展型微站、直放站、數(shù)字微分布等產(chǎn)品；在低流量場(chǎng)景依次部署直放站、數(shù)字微分布以及3.5 GHz DAS 變頻等產(chǎn)品。圖5 給出了社會(huì)化基站系列產(chǎn)品在不同場(chǎng)景下的部署建議。

圖5 社會(huì)化基站系列產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景

在后期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和社會(huì)化系列產(chǎn)品部署時(shí)，均需要考慮并滿足運(yùn)營(yíng)商共建共享對(duì)設(shè)備和頻段資源的要求。

3.2.1 新建場(chǎng)景

在新建場(chǎng)景，建議優(yōu)先部署支持4G、5G 網(wǎng)絡(luò)的雙模設(shè)備產(chǎn)品，如4G/5G 一體化微站、4G/5G 擴(kuò)展型微站、4G/5G 直放站等。該產(chǎn)品不僅可以滿足4G LTE 2T2R 和5G NR 2T2R/4T4R，還可以自由切換，完全滿足4G 向5G 平滑演進(jìn)（軟件升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)），簡(jiǎn)化了升級(jí)流程，降低了網(wǎng)絡(luò)投資成本，同時(shí)也節(jié)省了設(shè)備占用空間資源。

在大型居民區(qū)、中小企寫(xiě)字樓/政企大樓、三星級(jí)以下賓館、4A 級(jí)以下景區(qū)等場(chǎng)景下，初期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)是廣覆蓋，對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量要求不高，可以部署4G/5G一體化/擴(kuò)展型微站產(chǎn)品，該類(lèi)產(chǎn)品均采用光纖/光電復(fù)合纜作為傳輸通道，方式靈活。在做網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)還需要考慮并滿足中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信共建共享對(duì)頻譜資源的要求。

針對(duì)特殊場(chǎng)景，如電梯、車(chē)庫(kù)、小型居民樓等，當(dāng)需要低成本、快速建設(shè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)深度覆蓋時(shí)，往往采用部署4G/5G 直放站產(chǎn)品。然后結(jié)合網(wǎng)絡(luò)狀況、現(xiàn)場(chǎng)資源、建設(shè)目標(biāo)等靈活選擇直放站的饋入方式，如光纖、無(wú)線。

3.2.2 存量場(chǎng)景

由于存量場(chǎng)景中存在諸多不確定因素以及各種特殊條件，本文僅給出擴(kuò)展型微站的2 種部署建議方案，如圖6所示。

圖6 4G/5G擴(kuò)展型微站部署方案（存量）

方案1：將原4G 主機(jī)單元、擴(kuò)展單元和遠(yuǎn)端單元升級(jí)為支持4G、5G 的設(shè)備，此方案可實(shí)現(xiàn)最少的設(shè)備部署量，減少設(shè)備的功耗。

方案2：在原4G 設(shè)備基礎(chǔ)上疊加5G 主機(jī)單元、擴(kuò)展單元和遠(yuǎn)端單元，該方案同時(shí)部署2套系統(tǒng)，且增加了設(shè)備的功耗。

通過(guò)對(duì)2 種方案的對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)方案1 實(shí)施簡(jiǎn)單，節(jié)約空間，但是需要更換設(shè)備較多，舊設(shè)備須搬遷，成本相對(duì)較高；方案2 實(shí)施復(fù)雜，后期維護(hù)難度較大，投資成本相對(duì)較低。

存量場(chǎng)景中不管4G 是無(wú)源分布系統(tǒng)還是擴(kuò)展型微站，都需要新增1套5G擴(kuò)展型微站設(shè)備。

5G 一體化微站的部署方案與上述2 種方案基本一致，這里不再贅述。

3.2.3 傳統(tǒng)DAS場(chǎng)景

在傳統(tǒng)DAS 場(chǎng)景中通過(guò)數(shù)字變頻技術(shù)來(lái)引入5G信號(hào)，實(shí)現(xiàn)5G 室內(nèi)覆蓋并利舊現(xiàn)網(wǎng)資源，也是降低5G室分網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的熱門(mén)方案之一。數(shù)字變頻系統(tǒng)由變頻合路單元、變頻遠(yuǎn)端單元和遠(yuǎn)端供電單元組成。該系統(tǒng)將下行5G 射頻信號(hào)變頻至1 100～1 600 MHz，然后與現(xiàn)網(wǎng)射頻信號(hào)通過(guò)變頻合路單元進(jìn)行合路，最后饋入傳統(tǒng)DAS 系統(tǒng)，然后與饋線上的2G/3G/4G 射頻信號(hào)合路輸出，最后通過(guò)內(nèi)置天線發(fā)射，具體如圖7所示。

圖7 數(shù)字變頻系統(tǒng)部署方案

從圖7 可以看出，該方案不需對(duì)原室分系統(tǒng)進(jìn)行大的改動(dòng)，只增加變頻合路單元、遠(yuǎn)端變頻單元以及遠(yuǎn)端供電單元，可實(shí)施性較強(qiáng)，而且通過(guò)1根饋線可實(shí)現(xiàn)2T2R，2 根饋線即可實(shí)現(xiàn)4T4R。本方案充分利舊DAS系統(tǒng)，適用于空間資源有限、封閉（如電梯）的低價(jià)值場(chǎng)景進(jìn)行補(bǔ)弱、補(bǔ)盲。

3.3 需要思考的問(wèn)題

相對(duì)于傳統(tǒng)主設(shè)備服務(wù)商的產(chǎn)品推廣滲透度，社會(huì)化基站系列產(chǎn)品尚有較長(zhǎng)的歷程要走，一方面需要通過(guò)產(chǎn)品、接口標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)推動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)，另外還需要基于社會(huì)化系列產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)和場(chǎng)景匹配度等特點(diǎn)在電信運(yùn)營(yíng)商大力推廣，同時(shí)針對(duì)垂直行業(yè)的個(gè)性化需求及時(shí)推出特定產(chǎn)品及服務(wù)，從而迅速在行業(yè)用戶中應(yīng)用和部署社會(huì)化基站系列產(chǎn)品。

通過(guò)對(duì)4G 社會(huì)化基站系列產(chǎn)品在電信運(yùn)營(yíng)商中部署分析，發(fā)現(xiàn)缺乏統(tǒng)一的社會(huì)化基站設(shè)備網(wǎng)管是該系列產(chǎn)品難以大規(guī)模推廣的原因之一。面向眾多社會(huì)化基站系列產(chǎn)品及其對(duì)應(yīng)的供應(yīng)商，運(yùn)營(yíng)商往往顧慮部署產(chǎn)品的管控復(fù)雜度和效率，因?yàn)樾枰尤氩⒐芸囟鄰S家多類(lèi)型產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的網(wǎng)管。

4 結(jié)束語(yǔ)

從現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)行的4G社會(huì)化基站系列產(chǎn)品來(lái)看，其在功能、容量、性能等諸多方面均能滿足中、低流量場(chǎng)景的覆蓋要求，同時(shí)也能降低運(yùn)營(yíng)商CPAEX 及OPEX 的壓力，提高利潤(rùn)率。所以在未來(lái)部署5G社會(huì)化基站系列產(chǎn)品時(shí)，技術(shù)層面基本沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)，從投資和收益角度方面應(yīng)該大規(guī)模部署和應(yīng)用該類(lèi)產(chǎn)品，尤其是面向垂直行業(yè)的應(yīng)用。

社會(huì)化基站系列產(chǎn)品實(shí)際部署時(shí)應(yīng)與應(yīng)用的實(shí)際場(chǎng)景高度匹配，從而實(shí)現(xiàn)投資、運(yùn)營(yíng)雙豐收。從提高網(wǎng)絡(luò)管控角度來(lái)看，應(yīng)該盡快部署社會(huì)化基站系列產(chǎn)品的統(tǒng)一管控系統(tǒng)，提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維智能化，并能面向不同用戶提供大數(shù)據(jù)服務(wù)和差異化服務(wù)。