5G时代小基站的建设需求及现实考虑要素分析

中国移动通信集团设计院有限公司|刁兆坤

4G时代，室内数字化方案在体验提升、快速扩容方面的优势已经得到充分的证明。建设一张面向5G的室内数字化网络，不仅可以支撑当下的流量经营，也能应对5G 时代eMBB的大流量。

4G规模建设高峰过去，5G逐步到来，除了车联网、智慧能源和联网无人机，5G其他业务都发生在室内。因此，与4G时代类似，5G时代的新业务有70%会发生在室内。高价值商务客户80%工作时间都位于室内，但近50%的用户对室内感知体验表示不满意。面对室内覆盖这笔大买卖的“丰满理想”和室内覆盖体验不佳的“骨感现实”，运营商既“幸福”又“烦恼”。这就需要业界提前考虑清楚如何满足室内用户接入网络的需求。

因此，无线网络覆盖从室外走向室内覆盖，精细化管理运营受关注。而传统室内网络覆盖DAS系统，在5G演进阶段已经出现巨大的瓶颈，当前的业务发展和用户体验需求呼唤技术变革。4G时代，室内数字化方案在体验提升、快速扩容方面的优势已经得到充分的证明。建设一张面向5G的室内数字化网络，不仅可以支撑当下的流量经营，也能应对5G 时代eMBB的大流量。当5G逐渐走近我们，室内覆盖向5G演进成为运营商重点关注的领域之一，室内覆盖数字化从5G开始将使小基站迎来一个新的发展高潮。

5G室分覆盖需要解决的问题

频谱是整个无线通信行业最重要的稀缺资源。5G频谱可粗略地分为三大范围。

•低频段：低于3GHz

•中频段：3到6GHz

•高频段：大于6GHz

目前，国内低频段资源已分配完毕，运营商手中的低频段资源仍然应用在2G、4G网络中，国内暂无低频率资源分配给5G。

随着高频的引入，“室外覆盖室内”的传统方式将面临更多挑战。室外信号在穿透砖墙、玻璃和水泥等障碍物后只能提供浅层的室内覆盖，无法保证室内深度覆盖所需要的良好体验。同样，传统室分方案在面向5G演进时也存在工程实施、扩容、演进、管理和运维等方面的问题：首先，存量DAS器件难以支持3.5GHz及以上的高频；其次，DAS扩容和改造需二次进场，工程异常复杂；此外，5G新频谱引入使网络更复杂，维护人员需随时知道网络及网元运行状态以便提供最佳服务，但传统DAS由于采用无源器件，无法具备设备状态实时可视化的能力。由于传统室分无法支撑5G时代室内覆盖的需求和挑战，创新的数字化方案逐渐成为主流。行业内普遍认为，室内数字化是室内覆盖面向5G演进的最佳途径和取胜之匙。室内覆盖数字化可以支持更多的业务、更快的体验速率、更好的演进、更省的端到端成本和更易的网络扩容能力。一张“多、快、好、省、易”的室内数字化网络，可以帮助运营商有效应对5G时代不断增长的业务需求和速率体验需求。

5G室内数字化解决方案

从5G的建设需求来看，会采取“宏站+小站”组网覆盖的模式，并且后4G时期，小基站将会成为室分和网优的主流技术。据悉，在2018世界移动大会期间，华为正式发布了5G室内小基站产品5G LampSite。这是业界第一款同时支持5G和LTE的多频一体化室内小基站。不仅如此，华为还首次提出室内5G目标网建网理念，以终为始助力运营商打造5G时代数字化的室内覆盖网络。LampSite与传统室内分布方案比较不难看出，其综合部署成本远低于传统方案，同时部署速度也很快。5G多频一体化小基站与传统覆盖方案比较如图1所示。

因为室内5G新业务对室内覆盖体验提出更高要求。且与室外网络建设相比，室内网络建设花费时间更长、更加困难。在5G到来时代，业界必须定义5G室内目标网，实现室内室外同时建设。现代建筑材料对室外无线信号的阻隔，导致室外无线部署无法很好地解决室内覆盖的问题。随着所使用频率越来越高，信号的穿透能力也与4G时代无法比拟，室内覆盖更是令人忧心。

因为5G时代现有存量的传统DAS系统，无法支持3.5GHz高频、xTxR MIMO、室内精准定位、可视化运维等功能，向5G演进已经遇到发展瓶颈。5G将应对为大量建筑物提供持续网络覆盖的挑战，支持5G和LTE小型基站部署的益处在于各种规模的建筑物中改善蜂窝网络覆盖以及支持面向一系列终端和应用的无线宽带覆盖。

图1 5G多频一体化小基站与传统覆盖方案比较

5G小基站能解决什么

1、小基站是什么

小基站（small cell）是一种从产品形态、发射功率、覆盖范围等方面，都相比传统宏站小得多的基站设备，同时也可以看作是低功率的，既可使用许可频率、也可融合Wi-Fi使用非许可频率接入技术的无线接入点，功率一般在50mw～5w，覆盖范围在10～200米。

小基站的特征是：小型化、低发射功率、可控性好、智能化和组网灵活。1）小型化方面，从普遍质量上看，在2～10kg之间；2）发射功率来看，一般在50mW～5W之间；3)组网方式来看，支持包括DSL/光纤/WLAN及蜂窝技术在内的多种技术的回传；4）智能化方面，还具备自动邻区识别、自配置等SON功能。

目前市场上对小基站的分类主要有两种分法：1）按照功率（覆盖范围与功率成正相关），主要分为微基站、皮基站、家庭基站这几种，不同功率大小对应不同覆盖范围；2）按照设备形态，主要分为一体化基站和分布式基站，这里面的主要区别是，通常情况下，一体化基站包括三部分：基带处理单元（BBU）+射频处理单元（RRU）+天馈系统，而分布式基站通常就指小型RRU，需要连接BBU才能使用

2、小基站能解决什么

5G中的频谱资源分为高频、中频、低频。其中的中、低频资源主要用于连续广覆盖、低时延高可靠、低功耗大连接等应用场景，其主要载体是宏基站；而高频段资源则主要对应于热点高容量（高频意味着可以分配更多带宽），高频对于宏基站而言，覆盖范围太小，使得成本过高，再加上宏基站部署困难，站址资源不容易获取，因此在5G中，高频段资源将不再使用宏基站，微蜂窝将成为主流，形式是以小基站为基本单位，进行超密集组网，即小基站的密集部署。小基站功率小，同频干扰信号之间的距离压得很低，从而可以提升单位空间内的频段密度；而且小基站体积小，可灵活部署。在5G超密集组网场景中，小基站之间的间距很小（10～20米），对比宏基站最短间距也要达到500米，可以测算出，小基站要实现连续覆盖，其数量规模将远远高于宏基站。

小基站主要是解决宏基站的难题。小基站体积小，部署灵活，不用局限于宏基站的站址问题，可以灵活地部署在人群建筑密集的地方，可以有针对性地补充宏基站信号弱覆盖区域、覆盖盲点，保证信号质量；在热点区域，小基站由于功率小，可以在更小的范围内实行频率复用，提升容量，帮助宏基站分流。

基于4G/5G的室内覆盖技术主要分为两种：传统DAS（Distribute Antenna System，室内分布系统）和小基站系统。

传统DAS系统主要有BBU、RRU、合路器、功分器、小天线几部分组成。基带信号从BBU出发，通过光纤传输到RRU，将基带光信号转换成射频信号且放大传送出去，通过合路器将不同频段的信号集成，再通过功分器将信号分传到室内不同方位的小天线上。传统DAS系统存在很多问题：

1）施工困难麻烦。信源需要机房等配套设施，设计和施工难度大、周期长，需要多处钻孔走线等，且天线外露，物业协调困难重重；

2）无源器件多，故障点多，无法有效监控；

3）支持LTE需进行室分改造，网络演进能力差；

4）室内外系统没有协同。

小基站比DAS更有优势，将替代传统DAS。以基于小基站的华为LampSite系统为例，如图2所示。

整个系统分为三部分：BBU、rHub、pRRU。基带信号从BBU出发，经过光纤到达rHub，进行信号的放大与转发，在送入pRRU中转化成无线射频信号发射出去。其中pRRU可同时支持3G/4G/Wi-Fi模式，其内天线支持2T2R MIMO。相比于传统室分，其优势如下：1）结构简单，施工容易，相比于传统室分系统，器件数量减少80%，施工周期缩短2/3；2）整个系统不存在监控盲区，每个设备的工作状态尽在掌握中；3）扩容方便，小区可远程分裂。在传统室分系统中，一旦要进行小区分裂扩容，每多分裂一个小区，就需要室内改造增加一个RRU，但在LampSite系统中，pRRU的极限状态是One pRRU One Cell，因此可以通过软件配置的方式灵活扩容；4）支持网络演进，pRRU中可支持2G/3G/4G通信制式，甚至可以集成Wi-Fi，支持网络演进，一次部署，长期受益；5）室内外协同自动化，系统可以根据手机邻区测量信息自动增加/删除邻区，依据KPI报告自动调整pRRU导频功率，根据UE历史切换失败原因自动优化调整切换参数。从效果上看，以北京首都机场为例，中国联通采用华为的LampSite进行改造，1）从性能上看，部署后室内无线网络测试峰值速率超过140Mbit/s，接近理论最高值，平均速率也达到100Mbit/s，数倍于DAS性能；2）从建设时间上看，每天只有从凌晨0点到4点四个小时的部署时间，只用了3个月的时间就完成了全部项目，为DAS建设周期的1/3；3）从成本上看，为DAS的90%。

两相对比，小基站系统对传统DAS系统具有全面优势，符合网络演进的发展，将成为室内覆盖的主流技术。小基站无用户并发问题，能与宏网协调，支持高速移动场景，支持语音业务，更适合人口密集，或者人流量大的中大型会所、场馆，如商场、飞机场、火车站等。

中国移动覆盖优势及室内覆盖数字化发展

中国移动在4G网络建设中提出了“做广、做深、做厚”的建设策略。4G网络已实现乡镇以上的连续覆盖和农村的热点覆盖。重点区域网络深度覆盖的重要性日益上升，良好的室内覆盖能切实吸纳室内业务量，保证室内用户业务体验，减轻宏站业务负荷，并有助于提高全网网络质量。保持深度覆盖的绝对领先，是4G网络“三领先一确保”的重要目标之一。从中国移动的采购与招标网上可以看到，中国移动进行了2017-2019年室分天线的采购。本次招标产品包括室内全向吸顶天线，室内定向壁挂天线，室内定向窄波束天线三大类七款天线，采购数量约为3155万面。而这些天线可以根据室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。中国移动发力深度覆盖的这一举动，似乎又是提前起跑。不久前，中国移动推出了地铁专用流量包，而地铁是深度覆盖的重要一部分，可以预见在不久的将来，随着“流量经营时代”的正式到来，各种配合深度覆盖的优惠套餐将接踵而至。而这也将成为三大运营商的一大新战场。

传统DAS系统专为2/3G语音和低速数据业务而设计，在4G视频业务大发展时期已经出现了体验瓶颈。面对5G时代3.5GHz以上的高频和4×4MIMO等要求，DAS在工程实施方面更是望尘莫及。不仅如此，DAS故障检测难和业务单一等矛盾也是长期困扰运营商的问题。各厂商推出的5G小基站正是满足5G时代室内覆盖需求的最佳解决方案。其支持Sub6GHz多频一体化、LTE/5G多模一体化、CAT6A和光纤多传输一体化以及eMBB/IoT/导航多业务一体化，5G小基站可以基于4G小基站部署时铺设的CAT6A网线或光纤，通过最简工程施工和网规不变的方式实现“线不动”“点不增”向5G演进。

由此，运营商当下就可以建设面向5G演进的室内数字化网络，在架构演进、商业创新、流量经营等方面构建领先优势，为室内5G演进做好准备。建设一张面向5G的室内数字化网络，不仅可以支撑当下的流量经营，也能应对5G时代eMBB的大流量。目前，室内覆盖向5G演进成为运营商重点关注的领域之一。室内数字化作为4G时代成长起来的创新方案，在面向5G的架构演进、商业创新、流量经营方面有着得天独厚的优势。小基站从4G+到5G将迎来加速增长。1）小基站在3G起来一波后热度又开始下降，因为运营商纷纷开始部署4G，且到4G中后期，运营商扩容以新增频谱为主（包括购买新的频谱铺设4G，原有频谱的4G重耕），小基站并没有得到规模应用；然而随着新增频谱接近尾声，运营商将进一步以小基站、Wi-Fi等技术来增加网络密度、扩容，投资将主要用于包括小基站在内的全国4G网络建设和即将到来的5G服务；2）从4G到5G，载波频率大幅提升，热点区域容量成千倍提升，宏基站越发无力应对，覆盖范围小导致其高成本并不显得划算，且站址资源难以获取，而小基站将会以密集组网的方式成为5G中的主流。如5G中的关键技术高密集组网就是为小基站的规模部署做准备，因此5G到来会真正带动小基站爆发。根据小基站论坛的预测，2018年全球小基站将达5900万个，小基站收入将达50亿美元。Wi-Fi免费、速率快，但是存在用户并发问题，且不支持高速移动，不支持语音业务、存在安全问题，难以与宏网互操作，适合小型的，人口不密集的且保密性不强、人流量极小的场所。用户并发问题注定了Wi-Fi无法适用于人群密集的地方。

图2 基于小基站的华为LampSite系统

目前，4G进入建设后期，深度覆盖尤其是室内覆盖问题变得愈发重要，运营商的工作重心也逐渐从广覆盖转移到深度覆盖。从短期来看，4G后期，室内覆盖将会拉动小基站市场快速起来。随着5G的建设，由于主要采用3.5G频段，原有的室内覆盖系统由于改造成本和改造难度很大，室分建设将主要依靠新建室分来解决。室内数字化架构作为4G时代的创新室内覆盖解决方案从诞生至今已经走过5个年头。其头端有源化、线缆IT化和运维可视化的三大典型特征以及所带来的体验提升和可管可控等价值已经被全球运营商广泛认可。如今，不仅华为、爱立信等设备厂商规模部署了室内数字化解决方案，国内外传统DAS厂家也都转向了数字化阵营，纷纷推出了数字化的室内覆盖系统。可以说，5G室内覆盖选择数字化技术已经成为行业的共识。可以预见，5G室内小基站数字化方案将很快替代DAS室内覆盖方案。室内覆盖数字化从5G开始，将促使小基站迎来一个发展高潮。