幾種小型移動通信基站的應用對比分析

舒培煉，李毅，蔣招金

幾種小型移動通信基站的應用對比分析

舒培煉，李毅，蔣招金

（湖南省郵電規劃設計院有限公司，湖南 長沙 410026）

微基站、RRU、直放站等站型作為移動通信無線網絡宏基站的補充覆蓋手段，具有靈活、快速、投資成本低的優勢。然而在實際應用中，三者之間又具有顯著的差異，文章通過通信系統結構、性能區別及實例對這三種站型進行對比分析與詳細論述，對直放站的缺點進行了著重闡述。

微基站RRU直放站

1　引言

移動通信基站主要分為宏蜂窩基站、微蜂窩基站、RRU基站、直放站等類型。其中宏蜂窩基站為主要站型，無線接入網主要由宏蜂窩基站組成，其它站型作為補充主要發揮靈活、投資成本低的優勢。在實踐中，不少工程師只認識到了宏基站與其它站型的區別，對于其它站型，只認識到了其做為宏基站的補充共性，在網絡中進行靈活快速小范圍覆蓋和低成本的共有特性，并沒有在實質上認識到微基站、RRU、直放站之間的區別，尤其是技術原理及其應用的區別。部分工程師甚至將微基站、RRU、直放站這3種站型不區分進行應用。

2　站型介紹

微蜂窩基站是在宏蜂窩基站的基礎上發展起來的一門技術。實際上是縮小化的宏蜂窩基站，從功能和性能上來說，其本身是一個完整的基站，與一般的宏基站相比區別在于其功率、容量、配置等各方面都有縮小，適用于小范圍的覆蓋。與宏蜂窩相比，它的發射功率較小，一般在2W左右，覆蓋半徑大約為100m～1km，基站天線置于相對低的地方，如屋頂下方，高于地面5m～10m，無線波束折射、反射、散射于建筑物間或建筑物內，限制在街道內部。微蜂窩最初被用來加大無線覆蓋，消除宏蜂窩中的“盲點”。由于低發射功率的微蜂窩基站允許較小的頻率復用距離，每個單元區域的信道數量較多，因此業務密度得到了巨大的增長，將它安置在宏蜂窩的“熱點”上，可滿足該微小區域質量與容量這2方面的要求。

責任編輯：劉妙liumiao@mbcom.cn

RRU（射頻拉遠模塊）是基站的一部分，與之相對應的是BBU（基帶處理單元），BBU+RRU本質上構成1個完整的基站。一般意義上指的RRU站型，RRU和BBU在物理位置上是分開的，RRU和BBU之間需要用光纖連接。其中BBU既可能是1個模塊設備也可以是1個現有宏基站的基站處理單元，具體應用取決于各基站廠商的設備。RRU技術特點是將基站分成近端機即無線基帶控制和遠端機即射頻拉遠這2個部分，二者之間通過光纖連接，其接口是基于開放式CPRI或IR接口，可以穩定地與主流廠商的設備進行連接。典型的BBU+RRU基站既可以作為宏蜂窩基站進行廣覆蓋使用，也可以靈活補充小范圍覆蓋使用，同時還可以滿足小范圍區域的質量與容量這2個方面的要求。

直放站（中繼器）屬于同頻放大設備，是指在無線通信傳輸過程中起到信號增強的一種無線電發射中轉設備。直放站的基本功能就是一個射頻信號功率增強器。直放站在下行鏈路中，由施主天線現有的覆蓋區域中拾取信號，通過帶通濾波器對帶通外的信號進行極好的隔離，將濾波的信號經功放放大后再次發射到待覆蓋區域。在上行鏈接路徑中，覆蓋區域內的移動臺手機的信號以同樣的工作方式由上行放大鏈路處理后發射到相應基站，從而達到基地站與手機的信號傳遞。

3　站型對比分析

微基站、RRU、直放站這3種站型具有共同的特點，它們都能夠進行靈活布置，進行小范圍的覆蓋，投資成本比宏蜂窩基站低，但三者之間又有著本質的區別。本節將重點從三者的區別來進行論述。

3.1微基站與RRU的主要區別特征

如前面所述，微基站是縮小化的宏蜂窩基站，在性能功能等各方面與基站相同，只是在功率、容量、覆蓋能力上小于宏蜂窩基站。微基站本身是一個完整意義上的基站，其具備一個基站應有的所有功能，能獨立完成移動通信網和移動通信用戶之間的通信和管理功能。區別另外2種站型的主要特征是具備較大容量，能解決密集的話務需求，覆蓋質量良好，優于其它2種站型，可以進行多載波設置。干擾抑制功能與宏蜂窩基站一致，網管系統與原有大網一致，具備良好網絡監控管理、網絡優化性能。另外一個重要的區別在于微基站作為一個獨立完整的基站，時延最小，均比另外2種站型小，與宏蜂窩相當，如果以宏蜂窩基站作為參照對比，微基站可以認為是零時延。

RRU與BBU采用光纖連接，BBU+RRU本質上構成1個完整基站，但RRU不能獨立作為一個移動通信基站，不具備一個基站的完整功能。其與宏蜂窩、微蜂窩基站的區別主要在于與BBU間多了長距離光纖連接，增加了時延。由于RRU設備遠離BBU，光纖帶來的時延是不可忽視的，會影響網絡性能質量，嚴重時可能會影響切換、通話等。RRU站型可以根據覆蓋目標范圍靈活調整配置，RRU設備既可以支持大功率也可以支持小功率，既能進行大范圍覆蓋也能進行小范圍覆蓋，其可靠性取決于配套條件。由于RRU基站目前主要用于小范圍覆蓋及靈活補盲，配套條件并不可靠，所以RRU與宏蜂窩基站相比，可靠性較低。

3.2直放站的主要性能區別

光纖直放站與RRU及微基站相比，主要是對系統的接收性能有影響，二者處理流程的差異如圖1所示：

圖1　RRU（微基站）與直放站信號接收流程圖

由圖1可見，光纖直放站和RRU相比，直放站處理部分是比RRU接收處理增加的環節，且一般在輸入RU天線端口環節是用耦合器（10～40dB）與RU天饋系統連接。在不考慮光纖傳輸誤碼、耦合器設備干擾系數影響的情況下，直放站和RRU相比對接收性能的影響主要包括2個方面，即鏈路噪聲系數和DAC/ADC量化噪聲。

一般情況下從LNA到中頻放大輸出端（DAC輸入端）噪聲系數為3dB，增益為25dB，上變頻器損耗為7dB，上變頻后濾波器損耗為3dB，RF放大器增益為10dB，噪聲系數為4dB，計算得到采用耦合方式（假如是30dB）以后直放站鏈路噪聲系數要比RRU大12dB左右，也就是靈敏度要下降12dB，因此采用直放站接收性能明顯差于RRU。

此外，RRU與直放站一樣，均采用寬帶功放，但是RRU符合3GPP關于多載波基站的標準（3GPP 45005 R8.2），其三階交調IM3指標小于-60dBc。在這方面大量的研究工作表明對系統的影響非常小，但是直放站的指標沒有經過充分研究，少量使用問題不大，但是規模使用的話存在較大風險。

（1）頻偏補償

對于部分高速場景，比如時速高達350km/h的高速鐵路，如果不進行頻偏補償，系統是不可用的。由于直放站不進行基帶的解調和處理，因此不可能進行補償，只能依賴于信源基站。綜上所述，直放站是在RRU接收處理增加的環節，由于其頻偏補償需要信源基站完成，相比RRU及微基站，其將大大增加信源基站進行頻偏補償的難度。

（2）對基站RSSI的影響

直放站由于是增加在RRU接收系統的額外環節，為了滿足上行覆蓋性能，同時由于直放站系統本身增加了各種噪聲系數等，且對上行功率進行了放大，噪聲、干擾等也被同步放大。為了滿足上行通信需求，對于直放站的目標覆蓋用戶區域來講，施主信源必須提高其用戶的接收機靈敏度（即提高其解調門限），這不可避免地導致基站RSSI的明顯提高甚至異常提高。最終影響施主信源的上行覆蓋能力，覆蓋半徑因此縮小，嚴重情況下將導致用戶無法正常呼叫。為此，要對直放站的覆蓋范圍及用戶需要進行適當控制。

微基站、RRU作為基站主設備或其一部分相對于宏基站來說不存在對RSSI的額外影響。

（3）機頂功率

一般情況下，BBU+RRU產品采用單功放，機頂總功率達到60W，而光纖直放站聲稱采用2個功放，每個功放的輸出僅有30W，每個功放的機頂輸出功率最多為25W，覆蓋會小于BBU+RRU產品。在實際中，RRU站型功放功率可靈活配置，最高能達到80W，而直放站輸出功率受到上下行平衡制約以及非線性放大的因素影響，功率一般都開的較小，最高能達到20W，實際中經常只有5～10W。

（4）干擾抑制

干擾包括無線信道的干擾和基帶單元與射頻單元間的連接線路干擾。對無線干擾而言，BBU+RRU、微基站具備完善的干擾抑制功能，包括上行采用IRC和MRC多路干擾消除和信號合路，下行采用控制和關斷RRU的發信來抑制干擾。

直放站不具備無線鏈路的上行干擾消除和信號合路功能，導致其接收性能下降。

在BBU+RRU方式下，即便是配置為相同TCH的各個RRU到達BBU之間的通道也是獨立的，因此不存在干擾。而光纖直放站的各個射頻單元如果相同頻點共享連接線路，那么射頻單元之間容易產生干擾。

（5）容量及覆蓋

RRU、微基站均能獨立提供1個蜂窩小區的容量，而直放站本身無容量。由于直放站系統本身增加的噪聲及干擾還會降低施主信源總的容量。RRU在覆蓋方面可以提供相當于宏基站小區的覆蓋能力，微基站一般功率容量較小，覆蓋能力有限，直放站由于功率受限、噪聲及干擾的疊加，理論上會大大降低其覆蓋能力。

（6）網管方式對比

直放站網管系統與大網基站主設備網管不統一，這是直放站規模應用的另一個嚴重問題。BBU+RRU作為基站的一種類型，其網管是和大網融為一體的，符合運營商網管規范。如果規模采用直放站設備，則需要建立完全獨立于主設備系統網管的另一套網管，由此將導致：

1）設備和維護成本增加，要設置專門獨立的直放站網管中心，需要單獨的網管設備，并需要單獨配置從DAU到OMC的傳輸線路；

2）系統復雜性增加，需要2套完全獨立的網管系統，同時直放站數據跟BSC/BTS的數據是割離的，從而增加了管理上的困難，且直放站網管系統可靠性低。

（7）網絡規劃優化能力

1）直放站與RRU一樣需要考慮光纖傳輸時延的影響，但由于其在RRU基礎上增加了處理環節，其時延相比RRU基站又增加不少，且RRU能設置時延補償參數；

2）由于直放站在基站主設備外另成一套系統，增加了不確定的影響，施主信源參數需進行特殊設置，比如各種接入參數、功控參數，而RRU、微基站基本與宏基站一致；

3）直放站作為獨立于一般意義上的基站主設備外的系統，其上下行平衡需要進行單獨的參數設置，這增加了規劃優化的工作量及難度；

4）直放站不可避免地帶來RSSI異常抬高問題，參數設置不當會帶來RSSI嚴重抬高。

5）由于光纖在通信工程實施中屬于線路專業，與通信設備專業是分割開來的，而光纖路由及距離在直放站、RRU這2種站型中具有非常重要的作用，給工程管理帶來一定的麻煩，有時可能會帶來意外的問題。

（8）設備可靠性

在移動通信工程實踐中，直放站設備易出故障，故障率高，上下行不平衡，RSSI抬升明顯，容易自激等問題非常突出。由于目前直放站網管監控系統尚不完善，導致直放站諸多故障不能及時發現，這給網絡帶來較多隱患問題。微基站、RRU在目前大網網管系統中可以進行實時監控并能精確診斷問題，網絡質量容易得到切實保障。

3.3技術區別小結

根據本節所述，微基站、RRU、直放站之間的技術區別如表1所示。總的來說，設備性能及質量方面，微基站優于RRU，RRU優于直放站。其中，微基站與RRU差距不大，直放站在性能質量等各方面都劣于前面兩者且差距較大。在網絡覆蓋實踐中，需要根據具體的實際情況選擇站型。

3.4武廣高鐵隧道群RRU與直放站網絡效果對比

武廣高鐵某隧道群曾經使用直放站進行覆蓋，后改造為RRU進行覆蓋，改造前后網絡質量差距較大，其效果對比如圖2、圖3所示。改造前后網絡質量對比差距較大，一定程度上可能并不完全是由于直放站和RRU本身的技術差別導致，但是由此可以大致管窺兩者在特殊場景應用上的差異。

表1　微基站、RRU、直放站之間的技術區別

圖2　改造前DT測試效果

圖3　改造后DT測試效果

4　結束語

本文對微基站、RRU、直放站這3種站型做了較為詳細的介紹，并重點論述了三者之間的差別尤其是直放站的特殊性。從技術層面來講，應當盡量避免直放站的使用。在網絡建設實踐中，直放站給網絡質量帶來的隱患已逐漸被實踐證明。直放站的最大優點在于其布置的靈活性大于其它2種站型，所以作為應急基站其仍然擁有一定的應用范圍。在移動通信網絡規劃設計中，應注意本文所述三種站型的區別，根據不同制式的技術要求，采用相對合適的設備。

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舒培煉：注冊咨詢工程師，學士畢業于湘潭大學，現任職于湖南省郵電規劃設計院有限公司，主要研究方向為移動通信。

李毅：高級工程師，注冊咨詢工程師（投資），碩士畢業于上海大學，現任湖南省郵電規劃設計院有限公司副總工程師，主要研究方向為移動通信網絡規劃優化。

蔣招金：注冊咨詢工程師，學士畢業于北京郵電大學，現任湖南省郵電規劃設計院有限公司移動通信研究院副院長，主要研究方向為移動通信。

Comparative Analysis on Applications of Several Small Base Stations

SHU Pei-lian, LI Yi, JIANG Zhao-jin
(Hunan Posts and Telecommunications Planning and Design Institute Co., Ltd., Changsha 410026, China)

As the supplementary means of macro base stations in mobile wireless communication network, micro base station, RRU and repeater station have the advantages of flexibility, quickness and low investment cost. However, they have distinct differences. In this paper, they were compared, analyzed and expounded in aspects of communication system structures, performance differences and real instances, and then the defi ciencies of repeater station were elaborated in depth.

micro base stationRRUrepeater

10.3969/j.issn.1006-1010.2015.09.018

TN929.5

A

1006-1010(2015)09-0082-05

引用格式：舒培煉,李毅,蔣招金. 幾種小型移動通信基站的應用對比分析[J]. 移動通信, 2015,39(9): 82-86.

2014-12-01