5G時代小基站的建設需求及現實考慮要素分析

中國移動通信集團設計院有限公司|刁兆坤

4G時代，室內數字化方案在體驗提升、快速擴容方面的優勢已經得到充分的證明。建設一張面向5G的室內數字化網絡，不僅可以支撐當下的流量經營，也能應對5G 時代eMBB的大流量。

4G規模建設高峰過去，5G逐步到來，除了車聯網、智慧能源和聯網無人機，5G其他業務都發生在室內。因此，與4G時代類似，5G時代的新業務有70%會發生在室內。高價值商務客戶80%工作時間都位于室內，但近50%的用戶對室內感知體驗表示不滿意。面對室內覆蓋這筆大買賣的“豐滿理想”和室內覆蓋體驗不佳的“骨感現實”，運營商既“幸福”又“煩惱”。這就需要業界提前考慮清楚如何滿足室內用戶接入網絡的需求。

因此，無線網絡覆蓋從室外走向室內覆蓋，精細化管理運營受關注。而傳統室內網絡覆蓋DAS系統，在5G演進階段已經出現巨大的瓶頸，當前的業務發展和用戶體驗需求呼喚技術變革。4G時代，室內數字化方案在體驗提升、快速擴容方面的優勢已經得到充分的證明。建設一張面向5G的室內數字化網絡，不僅可以支撐當下的流量經營，也能應對5G 時代eMBB的大流量。當5G逐漸走近我們，室內覆蓋向5G演進成為運營商重點關注的領域之一，室內覆蓋數字化從5G開始將使小基站迎來一個新的發展高潮。

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，國內低頻段資源已分配完畢，運營商手中的低頻段資源仍然應用在2G、4G網絡中，國內暫無低頻率資源分配給5G。

隨著高頻的引入，“室外覆蓋室內”的傳統方式將面臨更多挑戰。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覆蓋，無法保證室內深度覆蓋所需要的良好體驗。同樣，傳統室分方案在面向5G演進時也存在工程實施、擴容、演進、管理和運維等方面的問題：首先，存量DAS器件難以支持3.5GHz及以上的高頻；其次，DAS擴容和改造需二次進場，工程異常復雜；此外，5G新頻譜引入使網絡更復雜，維護人員需隨時知道網絡及網元運行狀態以便提供最佳服務，但傳統DAS由于采用無源器件，無法具備設備狀態實時可視化的能力。由于傳統室分無法支撐5G時代室內覆蓋的需求和挑戰，創新的數字化方案逐漸成為主流。行業內普遍認為，室內數字化是室內覆蓋面向5G演進的最佳途徑和取勝之匙。室內覆蓋數字化可以支持更多的業務、更快的體驗速率、更好的演進、更省的端到端成本和更易的網絡擴容能力。一張“多、快、好、省、易”的室內數字化網絡，可以幫助運營商有效應對5G時代不斷增長的業務需求和速率體驗需求。

5G室內數字化解決方案

從5G的建設需求來看，會采取“宏站+小站”組網覆蓋的模式，并且后4G時期，小基站將會成為室分和網優的主流技術。據悉，在2018世界移動大會期間，華為正式發布了5G室內小基站產品5G LampSite。這是業界第一款同時支持5G和LTE的多頻一體化室內小基站。不僅如此，華為還首次提出室內5G目標網建網理念，以終為始助力運營商打造5G時代數字化的室內覆蓋網絡。LampSite與傳統室內分布方案比較不難看出，其綜合部署成本遠低于傳統方案，同時部署速度也很快。5G多頻一體化小基站與傳統覆蓋方案比較如圖1所示。

因為室內5G新業務對室內覆蓋體驗提出更高要求。且與室外網絡建設相比，室內網絡建設花費時間更長、更加困難。在5G到來時代，業界必須定義5G室內目標網，實現室內室外同時建設。現代建筑材料對室外無線信號的阻隔，導致室外無線部署無法很好地解決室內覆蓋的問題。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，室內覆蓋更是令人憂心。

因為5G時代現有存量的傳統DAS系統，無法支持3.5GHz高頻、xTxR MIMO、室內精準定位、可視化運維等功能，向5G演進已經遇到發展瓶頸。5G將應對為大量建筑物提供持續網絡覆蓋的挑戰，支持5G和LTE小型基站部署的益處在于各種規模的建筑物中改善蜂窩網絡覆蓋以及支持面向一系列終端和應用的無線寬帶覆蓋。

圖1 5G多頻一體化小基站與傳統覆蓋方案比較

5G小基站能解決什么

1、小基站是什么

小基站（small cell）是一種從產品形態、發射功率、覆蓋范圍等方面，都相比傳統宏站小得多的基站設備，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的無線接入點，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、低發射功率、可控性好、智能化和組網靈活。1）小型化方面，從普遍質量上看，在2～10kg之間；2）發射功率來看，一般在50mW～5W之間；3)組網方式來看，支持包括DSL/光纖/WLAN及蜂窩技術在內的多種技術的回傳；4）智能化方面，還具備自動鄰區識別、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），主要分為微基站、皮基站、家庭基站這幾種，不同功率大小對應不同覆蓋范圍；2）按照設備形態，主要分為一體化基站和分布式基站，這里面的主要區別是，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，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廣覆蓋、低時延高可靠、低功耗大連接等應用場景，其主要載體是宏基站；而高頻段資源則主要對應于熱點高容量（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，進行超密集組網，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到500米，可以測算出，小基站要實現連續覆蓋，其數量規模將遠遠高于宏基站。

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，可以有針對性地補充宏基站信號弱覆蓋區域、覆蓋盲點，保證信號質量；在熱點區域，小基站由于功率小，可以在更小的范圍內實行頻率復用，提升容量，幫助宏基站分流。

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

傳統DAS系統主要有BBU、RRU、合路器、功分器、小天線幾部分組成。基帶信號從BBU出發，通過光纖傳輸到RRU，將基帶光信號轉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不同方位的小天線上。傳統DAS系統存在很多問題：

1）施工困難麻煩。信源需要機房等配套設施，設計和施工難度大、周期長，需要多處鉆孔走線等，且天線外露，物業協調困難重重；

2）無源器件多，故障點多，無法有效監控；

3）支持LTE需進行室分改造，網絡演進能力差；

4）室內外系統沒有協同。

小基站比DAS更有優勢，將替代傳統DAS。以基于小基站的華為LampSite系統為例，如圖2所示。

整個系統分為三部分：BBU、rHub、pRRU。基帶信號從BBU出發，經過光纖到達rHub，進行信號的放大與轉發，在送入pRRU中轉化成無線射頻信號發射出去。其中pRRU可同時支持3G/4G/Wi-Fi模式，其內天線支持2T2R MIMO。相比于傳統室分，其優勢如下：1）結構簡單，施工容易，相比于傳統室分系統，器件數量減少80%，施工周期縮短2/3；2）整個系統不存在監控盲區，每個設備的工作狀態盡在掌握中；3）擴容方便，小區可遠程分裂。在傳統室分系統中，一旦要進行小區分裂擴容，每多分裂一個小區，就需要室內改造增加一個RRU，但在LampSite系統中，pRRU的極限狀態是One pRRU One Cell，因此可以通過軟件配置的方式靈活擴容；4）支持網絡演進，pRRU中可支持2G/3G/4G通信制式，甚至可以集成Wi-Fi，支持網絡演進，一次部署，長期受益；5）室內外協同自動化，系統可以根據手機鄰區測量信息自動增加/刪除鄰區，依據KPI報告自動調整pRRU導頻功率，根據UE歷史切換失敗原因自動優化調整切換參數。從效果上看，以北京首都機場為例，中國聯通采用華為的LampSite進行改造，1）從性能上看，部署后室內無線網絡測試峰值速率超過140Mbit/s，接近理論最高值，平均速率也達到100Mbit/s，數倍于DAS性能；2）從建設時間上看，每天只有從凌晨0點到4點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目，為DAS建設周期的1/3；3）從成本上看，為DAS的90%。

兩相對比，小基站系統對傳統DAS系統具有全面優勢，符合網絡演進的發展，將成為室內覆蓋的主流技術。小基站無用戶并發問題，能與宏網協調，支持高速移動場景，支持語音業務，更適合人口密集，或者人流量大的中大型會所、場館，如商場、飛機場、火車站等。

中國移動覆蓋優勢及室內覆蓋數字化發展

中國移動在4G網絡建設中提出了“做廣、做深、做厚”的建設策略。4G網絡已實現鄉鎮以上的連續覆蓋和農村的熱點覆蓋。重點區域網絡深度覆蓋的重要性日益上升，良好的室內覆蓋能切實吸納室內業務量，保證室內用戶業務體驗，減輕宏站業務負荷，并有助于提高全網網絡質量。保持深度覆蓋的絕對領先，是4G網絡“三領先一確保”的重要目標之一。從中國移動的采購與招標網上可以看到，中國移動進行了2017-2019年室分天線的采購。本次招標產品包括室內全向吸頂天線，室內定向壁掛天線，室內定向窄波束天線三大類七款天線，采購數量約為3155萬面。而這些天線可以根據室內天線分布系統將移動基站的信號均勻分布在室內每個角落，從而保證室內區域擁有理想的信號覆蓋。中國移動發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，可以預見在不久的將來，隨著“流量經營時代”的正式到來，各種配合深度覆蓋的優惠套餐將接踵而至。而這也將成為三大運營商的一大新戰場。

傳統DAS系統專為2/3G語音和低速數據業務而設計，在4G視頻業務大發展時期已經出現了體驗瓶頸。面對5G時代3.5GHz以上的高頻和4×4MIMO等要求，DAS在工程實施方面更是望塵莫及。不僅如此，DAS故障檢測難和業務單一等矛盾也是長期困擾運營商的問題。各廠商推出的5G小基站正是滿足5G時代室內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/導航多業務一體化，5G小基站可以基于4G小基站部署時鋪設的CAT6A網線或光纖，通過最簡工程施工和網規不變的方式實現“線不動”“點不增”向5G演進。

由此，運營商當下就可以建設面向5G演進的室內數字化網絡，在架構演進、商業創新、流量經營等方面構建領先優勢，為室內5G演進做好準備。建設一張面向5G的室內數字化網絡，不僅可以支撐當下的流量經營，也能應對5G時代eMBB的大流量。目前，室內覆蓋向5G演進成為運營商重點關注的領域之一。室內數字化作為4G時代成長起來的創新方案，在面向5G的架構演進、商業創新、流量經營方面有著得天獨厚的優勢。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，因為運營商紛紛開始部署4G，且到4G中后期，運營商擴容以新增頻譜為主（包括購買新的頻譜鋪設4G，原有頻譜的4G重耕），小基站并沒有得到規模應用；然而隨著新增頻譜接近尾聲，運營商將進一步以小基站、Wi-Fi等技術來增加網絡密度、擴容，投資將主要用于包括小基站在內的全國4G網絡建設和即將到來的5G服務；2）從4G到5G，載波頻率大幅提升，熱點區域容量成千倍提升，宏基站越發無力應對，覆蓋范圍小導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的方式成為5G中的主流。如5G中的關鍵技術高密集組網就是為小基站的規模部署做準備，因此5G到來會真正帶動小基站爆發。根據小基站論壇的預測，2018年全球小基站將達5900萬個，小基站收入將達50億美元。Wi-Fi免費、速率快，但是存在用戶并發問題，且不支持高速移動，不支持語音業務、存在安全問題，難以與宏網互操作，適合小型的，人口不密集的且保密性不強、人流量極小的場所。用戶并發問題注定了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

目前，4G進入建設后期，深度覆蓋尤其是室內覆蓋問題變得愈發重要，運營商的工作重心也逐漸從廣覆蓋轉移到深度覆蓋。從短期來看，4G后期，室內覆蓋將會拉動小基站市場快速起來。隨著5G的建設，由于主要采用3.5G頻段，原有的室內覆蓋系統由于改造成本和改造難度很大，室分建設將主要依靠新建室分來解決。室內數字化架構作為4G時代的創新室內覆蓋解決方案從誕生至今已經走過5個年頭。其頭端有源化、線纜IT化和運維可視化的三大典型特征以及所帶來的體驗提升和可管可控等價值已經被全球運營商廣泛認可。如今，不僅華為、愛立信等設備廠商規模部署了室內數字化解決方案，國內外傳統DAS廠家也都轉向了數字化陣營，紛紛推出了數字化的室內覆蓋系統。可以說，5G室內覆蓋選擇數字化技術已經成為行業的共識。可以預見，5G室內小基站數字化方案將很快替代DAS室內覆蓋方案。室內覆蓋數字化從5G開始，將促使小基站迎來一個發展高潮。