面向5G及未來網(wǎng)絡(luò)的極簡基站部署模式研究與實(shí)踐

摘要：本文研究了面向5G及未來網(wǎng)絡(luò)的極簡基站部署模式，通過極簡設(shè)計(jì)理念、集成化硬件設(shè)計(jì)和智能化運(yùn)維技術(shù)，極簡基站實(shí)現(xiàn)了高效的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和低成本、低能耗的部署目標(biāo)。同時(shí)，介紹了極簡基站的關(guān)鍵技術(shù)，如射頻模塊優(yōu)化、多模基帶處理單元（BBU）技術(shù)及頻譜共享，并結(jié)合案例分析其在提高部署效率、網(wǎng)絡(luò)性能和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益方面的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：5G；未來網(wǎng)絡(luò)；極簡基站；部署模式

一、引言

隨著5G技術(shù)的迅速發(fā)展，未來網(wǎng)絡(luò)不僅要滿足高速率的通信需求，還要應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等場景的多樣化需求[1]。然而，傳統(tǒng)宏基站的部署模式在高頻次、多樣化的場景中難以實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和高效部署。為了解決這些問題，極簡基站通過減少硬件設(shè)備、集成關(guān)鍵功能模塊，并采用智能化管理，實(shí)現(xiàn)了低成本、高能效的網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式，成為未來網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的理想選擇[2]。

二、5G及未來網(wǎng)絡(luò)概述

5G技術(shù)通過大規(guī)模天線陣列、毫米波和超密集網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了比4G快百倍的傳輸速率，并滿足高容量通信需求。未來網(wǎng)絡(luò)除移動(dòng)通信外，還覆蓋物聯(lián)網(wǎng)、智能交通、智慧城市等場景，對基站的快速響應(yīng)、多樣化需求和高效率提出了更高要求。傳統(tǒng)宏基站難以適應(yīng)這種高頻次、多樣化的需求，亟需新的部署模式。極簡基站通過精簡硬件和先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)靈活擴(kuò)展、快速部署、低能耗和高效覆蓋，成為未來網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的理想選擇。

三、極簡基站部署模式的理論基礎(chǔ)

（一）極簡主義在網(wǎng)絡(luò)部署中的應(yīng)用

1.極簡設(shè)計(jì)的核心理念

極簡設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)以最少的資源和設(shè)備實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的功能和性能。網(wǎng)絡(luò)部署中的極簡設(shè)計(jì)理念要求最大限度地減少硬件和系統(tǒng)復(fù)雜性，同時(shí)通過高效的軟件和管理手段實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。通過簡化設(shè)備，能夠減少運(yùn)營商基站的占地面積、功耗和維護(hù)成本。

2.極簡基站的定義與特點(diǎn)

極簡基站通過減少不必要的硬件、集成化設(shè)計(jì)和智能化管理，實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)基站相當(dāng)甚至更高的性能。其核心原理是將基帶處理單元（BBU）生成的基帶信號(hào)上變頻為射頻信號(hào)，經(jīng)功率放大器放大后，濾除噪聲并由天線發(fā)射；接收信號(hào)則經(jīng)低噪聲放大、下變頻及數(shù)字信號(hào)處理后傳輸至BBU[3]。通過這種集成化的信號(hào)處理鏈路，極簡基站實(shí)現(xiàn)了高效網(wǎng)絡(luò)覆蓋和低能耗。其特點(diǎn)包括高集成度、低能耗和靈活部署，適應(yīng)多場景需求并提供高效服務(wù)。

（二）技術(shù)支撐

1.高集成度硬件設(shè)計(jì)

高集成度硬件設(shè)計(jì)是極簡基站的核心，通過將射頻模塊、天線陣列、BBU等關(guān)鍵部件集成在一個(gè)設(shè)備中，極大地減少了設(shè)備的體積和能耗。這種集成化設(shè)計(jì)優(yōu)化了各模塊之間的協(xié)同工作，使基站的整體功耗得以降低，從而實(shí)現(xiàn)了更高的能效。這不僅提高了基站的性能，還減少了占用空間，有助于更靈活地部署基站，并滿足不同場景下的網(wǎng)絡(luò)需求。

2.智能化運(yùn)維技術(shù)

3.頻譜共享與高效利用

極簡基站通過頻譜共享技術(shù)提升了頻譜資源的利用效率，允許多個(gè)基站在同一頻段內(nèi)共同使用頻譜資源。該技術(shù)能夠在有限的頻譜條件下為更多的用戶提供通信服務(wù)，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。頻譜利用率的計(jì)算公式為：

四、面向5G的極簡基站部署模式

（一）站點(diǎn)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

1.極簡天饋系統(tǒng)

天饋系統(tǒng)是基站的組成部分，決定了信號(hào)傳輸?shù)母采w范圍和質(zhì)量。極簡基站采用緊湊型天線陣列，并通過波束成形技術(shù)來優(yōu)化信號(hào)覆蓋，確保在減少天線數(shù)量的情況下仍能實(shí)現(xiàn)高效的信號(hào)傳輸[5]。波束成形技術(shù)通過控制天線陣列的發(fā)射方向，使信號(hào)在特定區(qū)域內(nèi)得到增強(qiáng)，從而提高了頻譜利用率和傳輸效率。其信號(hào)傳輸?shù)挠?jì)算公式為：

2.射頻模塊優(yōu)化

極簡基站通過優(yōu)化射頻模塊，簡化了信號(hào)處理的復(fù)雜性，同時(shí)大幅降低了功耗。射頻模塊是基站信號(hào)處理的核心組件之一，負(fù)責(zé)將基帶信號(hào)變頻為射頻信號(hào)，并放大和濾波，以確保信號(hào)在傳輸過程中保持強(qiáng)度和質(zhì)量。射頻模塊的總功耗可以表示為：

3.BBU多模合一技術(shù)

BBU的多模合一技術(shù)通過將多個(gè)通信協(xié)議集成在一個(gè)處理單元中，實(shí)現(xiàn)了對不同通信標(biāo)準(zhǔn)的并行處理，從而簡化了硬件設(shè)計(jì)，減少了設(shè)備數(shù)量。這種集成方式減少了對獨(dú)立硬件模塊的需求，降低了基站的硬件復(fù)雜度和建設(shè)成本。通過提高多模協(xié)議的處理能力，BBU能夠同時(shí)處理多個(gè)通信協(xié)議，提高了基站的處理效率。此外，該技術(shù)還降低了硬件的重復(fù)建設(shè)成本，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性，使基站能夠更高效地應(yīng)對不同的通信需求。

（二）設(shè)備選型與配置

1. 5G微基站與擴(kuò)展型微站的應(yīng)用

5G微基站（Microcell）廣泛應(yīng)用于高密度城區(qū)和室內(nèi)覆蓋環(huán)境，能夠靈活應(yīng)對不同用戶密度的需求。通過擴(kuò)展型設(shè)計(jì)，微基站可以增加覆蓋范圍和用戶容量。微基站的容量可以通過香農(nóng)公式進(jìn)行計(jì)算，公式為：

2.社會(huì)化基站的推廣

社會(huì)化基站利用現(xiàn)有城市基礎(chǔ)設(shè)施（如燈桿、建筑物），顯著減少了基站建設(shè)成本和時(shí)間，避免了新建基站塔的高昂費(fèi)用，并減少了土地和資源占用，從而優(yōu)化了部署成本。其總部署成本包括設(shè)備、租賃和安裝費(fèi)用。通過降低租賃成本和簡化安裝過程，社會(huì)化基站成為密集覆蓋和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的經(jīng)濟(jì)解決方案。

3.數(shù)字化室分與無源分布系統(tǒng)

數(shù)字化室內(nèi)分布系統(tǒng)（DAS）和無源分布系統(tǒng)（PDS）通過使用光纖和同軸電纜傳輸無線信號(hào)，減少了對大量基站的需求，優(yōu)化了室內(nèi)信號(hào)覆蓋。通過該技術(shù)，信號(hào)可以通過光纖和電纜高效地分配到建筑物的各區(qū)域，避免了直接依賴多個(gè)基站覆蓋廣泛區(qū)域的需求。系統(tǒng)的總傳輸損耗由光纖傳輸損耗、分光器損耗和電纜損耗共同決定。通過降低這些損耗，數(shù)字化室分系統(tǒng)能夠更高效地傳輸信號(hào)，確保在建筑物內(nèi)的不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定且強(qiáng)大的信號(hào)覆蓋，從而提高網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗(yàn)。

（三）部署策略與實(shí)踐

1.室外宏站與微站的協(xié)同部署

宏站與微站的協(xié)同部署在廣覆蓋與高密度區(qū)域需求之間實(shí)現(xiàn)了平衡。宏站提供大范圍覆蓋，而微站增強(qiáng)特定高密度區(qū)域的信號(hào)質(zhì)量，填補(bǔ)盲區(qū)。通過合理配置兩者的覆蓋范圍，整體網(wǎng)絡(luò)覆蓋更加均勻，減少了信號(hào)盲區(qū)，優(yōu)化了用戶體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)性能。

2.室內(nèi)覆蓋解決方案

在多層建筑內(nèi)，極簡基站通過數(shù)字化室分系統(tǒng)（DAS）和小型微基站的組合，確保信號(hào)在復(fù)雜環(huán)境中全面覆蓋。此方案通過合理的天線布置和信號(hào)功率調(diào)節(jié)，降低墻壁和樓層引起的信號(hào)損耗，在各區(qū)域?qū)崿F(xiàn)均勻高效的覆蓋，從而提升通信體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)性能。

3.特定場景下的定制化部署

在大型活動(dòng)或特殊場景中，極簡基站可通過便攜式基站和臨時(shí)微站實(shí)現(xiàn)快速部署，滿足大量用戶的短期通信需求。部署過程中包含硬件安裝、配置和測試環(huán)節(jié)，簡化流程和減少設(shè)備數(shù)量，大幅縮短部署時(shí)間，為臨時(shí)通信需求提供穩(wěn)定高效的服務(wù)保障。

五、實(shí)踐案例與效果評估

（一）實(shí)踐案例

在某大型城市的中心商業(yè)區(qū)，實(shí)施了極簡基站部署，目的是提升室內(nèi)外的網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果。項(xiàng)目包括在多個(gè)高密度場所，如購物中心、地鐵站和寫字樓內(nèi)，部署了擴(kuò)展型5G微基站與DAS。項(xiàng)目通過利用現(xiàn)有的城市基礎(chǔ)設(shè)施如燈桿和建筑物，快速部署了社會(huì)化基站，降低了施工時(shí)間與成本。部署后對網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行了評估，結(jié)果顯示覆蓋范圍和用戶體驗(yàn)顯著改善。

（二）效果評估

1.部署效率與成本分析

在部署過程中，通過集成化設(shè)計(jì)和靈活的基站配置，極簡基站減少了硬件設(shè)備數(shù)量，并且加快了部署進(jìn)度。與傳統(tǒng)基站相比，部署效率提升了35%，總成本降低了20%。傳統(tǒng)基站與極簡基站的部署時(shí)間和成本對比如表1所示。

由表1可知，極簡基站的部署時(shí)間明顯縮短，成本也得到了壓縮，進(jìn)一步驗(yàn)證了該模式在高效部署方面的優(yōu)勢。

2.網(wǎng)絡(luò)性能與用戶體驗(yàn)提升

在運(yùn)行中，極簡基站的高效能耗管理和頻譜共享技術(shù)顯著提高了網(wǎng)絡(luò)性能。通過波束成形技術(shù)和多模合一的BBU處理能力，網(wǎng)絡(luò)覆蓋和數(shù)據(jù)速率大幅提升。部署前后網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗(yàn)的提升情況如表2所示。

由表2可知，網(wǎng)絡(luò)下載速率和用戶滿意度均大幅提升，證明了極簡基站在提升網(wǎng)絡(luò)性能和改善用戶體驗(yàn)方面的顯著成效。

3.社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益評估

通過利用現(xiàn)有的城市基礎(chǔ)設(shè)施和減少基站建設(shè)成本，極簡基站在社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益方面同樣表現(xiàn)優(yōu)異。該項(xiàng)目不僅節(jié)約了城市空間資源，還降低了能耗和維護(hù)成本。極簡基站在城市應(yīng)用中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益如表3所示。

由表3可知，極簡基站在能耗和維護(hù)成本方面相比傳統(tǒng)基站具有顯著優(yōu)勢。

六、結(jié)束語

極簡基站通過高集成度的硬件設(shè)計(jì)和智能化運(yùn)維技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在5G及未來網(wǎng)絡(luò)中的靈活部署和高效運(yùn)行。本文案例表明，極簡基站不僅顯著降低了部署成本和能耗，還提升了網(wǎng)絡(luò)性能和用戶體驗(yàn)。同時(shí)，通過利用現(xiàn)有的城市基礎(chǔ)設(shè)施，極簡基站展現(xiàn)出一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，成為未來網(wǎng)絡(luò)部署的重要模式。

作者單位：陳雄標(biāo) 中國鐵塔股份有限公司揭陽市分公司

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