白盒化基站設備在5G網絡室內覆蓋的研究

賈 帆 徐羲晟 李益鋒 許 彬 王貞凱

1 華信咨詢設計研究院有限公司 杭州 310052

2 中國電信股份有限公司浙江分公司 杭州 310052

引言

隨著移動網絡的飛速發展，無線接入網由傳統封閉化走向現代開放化，演進趨勢由4G時代的V-RAN進化到5G時代的Cloud-RAN，RAN設備虛擬化的同時接口趨于開放化。當前5G室內覆蓋面臨諸多挑戰，包括頻譜、成本、產業、網絡四個維度，需要從四個維度進行綜合考量，才能進一步驅動5G室內網絡演進[1]。而實現軟件硬件解耦的硬件白盒化基站對無線接入網而言是一種變革，實現由專用硬件平臺向通用硬件平臺、封閉架構向開放架構的轉變，對于推動5G室內網絡發展有著積極意義。

與宏基站相比，白盒化小基站具有覆蓋范圍小、支持多網融合、部署場景靈活等特點，成為了硬件白盒化趨勢的先鋒，因此，探索白盒化基站在運營商5G室分部署中的應用，對于挖掘5G技術潛能、加強網絡覆蓋、降本增效都有重要意義。

1 5G白盒化基站的產品特點及應用優勢

1.1 5G白盒化基站的產品特點及系統架構

5G白盒化基站是一種采用數字化技術，基于光纖承載無線信號傳輸和分布的微功率的室內覆蓋方案。組成架構是由基帶單元設備(BBU)、遠端匯聚單元設備(HUB)和無線射頻單元設備(pRRU)三部分構成[1]，如圖1所示，其中無線射頻單元設備先通過星形級聯的方式與遠端匯聚單元設備連接，遠端匯聚單元設備再通過混合級聯的方式與基帶單元設備相連，基帶單元設備最后通過傳輸網與核心網連接。

圖1 5G白盒化基站系統架構示意圖

BBU負責基站的協議棧處理，操作維護功能，主要完成基帶信號的調制和解調、無線資源管理、移動性管理、物理層處理、設備狀態監控等功能。HUB主要負責完成數據分路和合并、數據轉發等功能。pRRU主要負責完成射頻處理及無線信號的收發。

目前基帶單元需要長時間的技術積累，有較高的門檻。根據前期調研，目前有4種方案來實現基帶單元的功能[2]，分別為Intel X86方案、高通ASIC方案、NXP恩智浦方案以及廠家自研架構。

1.2 5G白盒化基站的應用優勢

白盒化開放架構的核心本質是將無線主設備切割成標準的軟硬件模塊，通過獨立研發和規模效應實現每一個子系統的低成本生產及靈活選擇，最后通過集成商統一集成各個子系統，并面向運營商提供交付、運維、支撐等服務，最終構建安全、可靠的無線網絡[3]。對比傳統設備廠商的Lampsite或pRRU產品，兩者存在一些類似點，如均為三級架構、均可實現4T4R小區、均支持4G/5G雙模，且在安裝費用上保持一致。兩者主要區別在于內部軟硬件結構、設備最大容量、天線性能以及產品價格，尤其在設備價格層面，白盒化基站軟硬件解耦帶來的開放架構使得眾多廠商參與到產品的開發中，因而產品價格大幅降低，同容量下白盒化廠家僅為傳統廠商Lampsite或pRRU產品價格的50%左右。經測算，實際站點覆蓋中相同覆蓋效果條件下，白盒化基站點位造價僅為傳統設備廠商有源室分基站點位造價的60%左右，節約成本明顯，而有源室分產品則在設備穩定性上對比白盒化基站有一定優勢。

白盒化基站對比傳統無源DAS在一些特性上有明顯優勢。首先是性能優勢，DAS很難做到4T4R覆蓋，而白盒化基站遠端設備本身具有4T4R天線或對應天線接口，網絡因此更加智能，能夠快速靈活響應業務需求[4]。其次是施工便捷，對比DAS施工實施相對方便簡捷，白盒基站三級架構部署較為靈活，支持通過軟件設置小區合并或分裂，可靈活構建較大規模的分布系統，而DAS的布線和器件安裝較為繁雜，工程實施相對困難，并且擴容也需要一定的工程改造量[1]。再次是白盒化基站支持4G/5G雙模，BBU插入標準PCI-E接口LTE信道板實現4G/5G雙覆蓋，而使用傳統DAS的器件、饋線和天線由于不同頻段的衰減特性不同，在長線纜情況下會造成4G/5G信號分布不均勻，易產生弱覆蓋區域。最后是易于監控，目前各廠家白盒化基站設備南向網管接口支持tr069協議，現有網管可通過升級實現白盒化基站設備實時監控[5]，而傳統的無源DAS由于無源天饋無法迅速定位到故障點，故障排除難度大、效果差。傳統DAS的優勢是在空曠場景如一些小區地下室及停車場區域，可通過5G直放站來降低建設成本，因此，在一些對容量需求較低的空曠場景下，傳統DAS造價優勢較為明顯。

2 5G白盒化基站應用場景分析

由于白盒化基站具有靈活的容量配置、多天線技術以及較好的運營維護性，決定了其在半空曠場景下具有較大的優勢，尤其是商場和寫字樓場景。商場一般采用石膏板作為吊頂材料，空曠區域主要集中在走廊和中庭區域，該區域整體人流量較大，商鋪區為密集區域，該區域隔斷較多且隔斷材料多為石膏板、木板和玻璃，穿透損耗較低。寫字樓情況同樣如此，空曠區域集中在員工的工作區和會議室，密集區集中在會客廳和領導辦公室等隔斷較多區域。因此，此類場景的容量需求以及覆蓋方式和白盒化基站的覆蓋特性最為匹配。傳統的無源DAS在此場景下由于容量有限、布線不美觀、故障難定位等缺點在此類場景無法達到良好的覆蓋效果及維護便利性。而傳統廠家的pRRU等方案雖能滿足此類場景下的覆蓋效果，但由于其設備軟硬件未解耦且硬件專用化導致的高昂采購價格使其在此場景下不具備良好的經濟性。因此，綜合覆蓋效果、維護便利以及經濟性等因素，白盒化基站在半空曠場景下具備明顯優勢。

3 典型場景的實際應用案例

本研究項目選用了寫字樓場景作為實際應用案例，測試地點為杭州某寫字樓，總建筑面積約52600平，單層面積為1400平，覆蓋9～16層。該樓宇采用廠家3.5GHz白盒化基站遠端進行四通道覆蓋，現場有部分區域已完成二次裝修，采用石膏板、木板和玻璃作為隔斷材料，吊頂為石膏板。遠端設備安裝位置示意圖如圖2所示。

圖2 某寫字樓遠端單元安裝示意圖

站點開通后，對5G基站側網絡的各項配置參數進行優化，優化完成后對該寫字樓9樓至16樓現場進行遍歷測試，主要關注測試指標為SS-RSRP、SS-SINR和NRPDCPThroughputDL。所有樓層的詳細測試指標數據如表1～3所示。

表1 某寫字樓各樓層SS-RSRP測試數據統計表

表2 某寫字樓各樓層SS-SINR測試數據統計表

表3 某寫字樓各樓層NRPDCPThroughputDL測試數據統計表

依照該運營商《5G共建共享工程驗收規范(SA分冊)》中的驗收規范要求，測試區域的SSRSRP≥-110dBm且同時滿足SSSINR≥3dB樣點占比大于95%，測試結果遠優于規范要求。此外，針對速率類的要求，單用戶下行峰值速率和平均速率要求也遠高于規范所要求的800Mb/s和450Mb/s，因此測試結果證明了5G白盒化基站在半空曠場景下在能夠達到理想的覆蓋效果。

4 造價對比分析

根據上述實際案例分別計算了半空曠場景下同等覆蓋效果采用白盒化基站、主設備廠家有源分布系統及傳統DAS系統在工程總投資以及單位面積的造價。具體計算方法為：白盒化基站和主設備廠家有源分布系統設備的遠端發射功率為4×250mW，總覆蓋面積為11200平方米，四流覆蓋，通過計算得出兩種模式均采用1臺基帶單元，4臺中繼單元，32臺射頻遠端進行覆蓋，而傳統DAS方案，在同為4T4R情況下，設定RRU的發射功率為2×160W，通過計算得出的RRU數量為4臺。設備價格則參考運營商集采價格，經過測算，三種覆蓋方式若達到相同的覆蓋效果，主設備廠家有源分布系統單位面積造價為30.14元，白盒化基站系統單位面積造價為14.43元，傳統DAS單位面積造價為25.1元，如表4所示。通過對比分析得出在半空曠場景下白盒化基站在5G網絡覆蓋應用中，更具有成本優勢。

表4 兩種方式造價對比表

5 結束語

本研究項目重點介紹了5G白盒基站的產品架構并和傳統DAS無源組網方式以及傳統廠家的Lampsite、pRRU組網模式進行對比，給出了其應用優勢。結合實際工程案例證明了5G白盒化基站在半空曠場景下在能夠達到理想的網絡性能指標的同時具有較高的成本優勢，為接下來運營商5G網絡室內覆蓋的部署提供了新的思路。