5G初期小基站创新方案应用研究*

薛俊伟 ，刘雨濛

（1.中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019；2.暨南大学，广东 广州 510632）

0 引 言

第五代移动通信新空口技术（5G New Radio，5G NR）针对日趋复杂的通信场景和万物互联的通信需求，需要提供超多设备、超高密度、极低时延、极大速率和更广范围的蜂窝网络联通能力。技术的发展，为更广泛的应用场景提供了支撑。除了常用的语音数据等服务，5G NR能够满足智慧城市、远程医疗、无人驾驶、虚拟现实等业务能力。目前在长期演进（Long Term Evolution，LTE）网络下无法完整实现的应用场景需求，将会被突破。随着生态系统的进一步成熟，将极大刺激相关产业的腾飞。预计今年上半年，我国将对运营商发放5G临时牌照，率先开启部分区域的大规模组网商用。

与4G相比，5G NR使用的频谱范围达到了100 GHz，频率范围包括了FR1/Sub-6GHz（0.45~6.0 GHz） 和 FR2/Above-6GHz（0.0242 5~52.60 GHz），除了与LTE重合的频率外，总体偏高[1]。Sub-6GHz是国内适用的频段。高频信号在传输中容易损耗，在连续覆盖的能力上远差于LTE，为了科学规划无线网络信号的传输，将投资大、建设难的宏基站与其他技术结合，组成叠加型网络，是一种经济可行的方案。发射功率和产品形态较小的基站设备，可以与宏站灵活组网，相对地称为小基站（Small Cell）。预计5G基站量将是4G的2倍，考虑到站址资源愈加稀缺，其中70%左右都是小基站。

Small Cell设备分类方法主要有：（1）依据设备功率大小分为微站、皮站、家庭站；（2）依据设备的安装形态，分为一体化基站和分布式基站。

可预见地，从LTE到5G非独立组网（Non-Standalone，NSA）阶段，深度覆盖所面临的物业、布线、优化等困难，将能通过宏站与小基站的融合网络得到缓解甚至解决。宏站以控制平面工作在较低频段，而负责高速数据交换、大量设备连接的小基站则作为移动通信的用户平面工作在高频段上，构成协同分层网络。小基站单站覆盖面积变小，但能够承载和吸收热点区域的话务量、数据量，作为距离用户“最后50米”不可或缺的补充。

图1 5G协同组网典型应用场景

1 深度覆盖问题现状

现阶段室内外连续覆盖及深度覆盖还存在一定问题，容量层严重承压，用户体验差。移动网络深度覆盖的解决，是当前网络规划和运营面对的难题。提升覆盖质量受制于现网结构、站址地形、配套建设和物业维系难度等诸多因素。LTE大规模建设目前已经接近尾声，5G NR的规模化商用也面临着同样的问题。5G协同组网典型应用场景见图1。对于一些黑点、难点，现网依然存在盲弱区域，影响用户感知。在5G时代单纯依靠大量建设宏站不切实际，也无法全面解决覆盖容量问题，还会滋生干扰，增加网络优化工作的负担。深度覆盖问题主要表现在：

（1）热点区域弱覆盖，网络容量不足。综合网络现状、未来业务需求和网络发展形势，借鉴已有的成功经验，需要改变传统单一的扁平化宏蜂窝网络架构，引入微小站，通过宏微协同、融合组网等，实现分层立体组网。小基站通过云无线接入网（Cloud Radio Access Network，C-RAN）集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架，实现资源共享和动态调度，系统监控小基站的实际使用情况随时调整小基站资源配给，提高频谱效率、节约电力，以达到低成本、高带宽和灵活度的运营。

（2）室内盲区多，传统室分物业协调难度大、建设周期长，5G使用小基站和新型数字化室分解决。70%以上的移动宽带业务依靠于室分系统的承载。与室外站点所需满足的大范围连续信号覆盖的需求不同，用户在室内更加关注网络性能。新型数字化室分因为摒弃了传统分布系统的缺点，以数字化架构为基础，具有数字设备智能部署、配置简单和管理方便的优势，系统可通过软件配置实现虚拟4×4多入多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）网络升级，配合5G C-RAN网络的接入方式，使用预埋的光纤资源，能够敏捷部署小基站和实现发射点拉远级联，在提供室分快速覆盖能力的同时还能降低投资[2]。

2 小基站创新方案实例分析

为充分利用现网资源，考虑LTE与NR耦合NSA架构适合早期NR迅速部署引入，即控制面走LTE，继续使用分组演进核心网（Evolved Packet Core，EPC），非独立组网（NSA架构）整体方案见图2。在高频段借助小基站，由于天线的物理尺寸正比于波段的波长，还能利用天线的物理尺寸小的特性，便于在设备上集成更多的天线阵列，从而实现各种MIMO技术[3-4]。下面介绍利用智能灯杆加挂微小站和在商业街部署皮飞站的案例，讨论5G初期解决连续、深度覆盖的切实可行措施，提升现网覆盖质量。

图2 非独立组网（NSA架构）整体方案

2.1 宏站拆分为智能路灯杆微小站

某景区为应对节假日大客流网络需求，原规划建设宏站，在山坡树林新增美化树和一体化机柜。但设计发现地基松软、密林阻挡、传输难入等问题后，建议将宏站拆分为微小站。实地勘察景区附近已有宏站，区内有充足智能灯杆后，决定采用诺西一体化微站共享景区宽带宏微结合。

图3 微小站方案测试图

微小站方案RSRP和SINR测试如图3所示。测试表明：（1）网络覆盖优化明显，提升了用户感知度；（2）利用了现场宽带、杆体等资源，且一体化微站体积小，隐蔽性强，建设周期短，易安装，实现降低投资快速部署，精准解决景区内弱覆盖；（3）可以灵活调配网络资源，在景区轻流量或客流小时段关闭小基站，节约成本。

表1 微小站建设前后测试对比

2.2 校内商业街皮飞站解决弱覆盖

覆盖目标为某高校内商业区，所在区域周围为学校生活区，建筑密集。本商业街共4栋3层高楼，每层约3 m，呈L形，楼宇遮挡严重，有弱覆盖情况。设计的重点和难点在于：该区域人流车流量大，道路狭窄无法立杆建设微小站；周边业主和学生对网络质量要求较高且比较急迫，校内美化和施工要求较高，不允许建设宏站，对工程完成期限规定较短。

综合现场情况，设备采用不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）供电，直接利旧学校机房分组传送网（Packet Transport Network，PTN）传输资源接入。因为目标区域范围不大，但是需要高质量同步覆盖室内外，建议使用无线点系统（Radio Dot System，RDS）进行完整的分布式皮飞覆盖[5]。

实际中，将数字单元（Digital Unit，DU）和室内射频单元（Indoor Radio Unit，IRU）部署在原有机房，1个DU板可带6块IRU，1块IRU可带8个无线点Dot直接网线供电，Dot网线设计长度为：20~150 m。可轻松实现室内外全覆盖。

测试数据表明：（1）室内外网络覆盖质量进一步提升；（2）RDS引出点体积小，隐蔽性强，加电和联调便捷，低功耗，实现了低投资快部署；（3）一根网线实现长距传输及混合模式，可动态容量分配；（4）利于后期快速升级5G网络。

表2 RDS建设前后测试对比

3 结 语

资源归一化、覆盖立体化、基站隐蔽化，是5G时代基站密度增高、人居环境要求提升后，无线网络规划设计的重点。小基站的合理规划对未来5G NR网络的质量提升将起到促进作用。延续LTE时代宏微结合的立体组网策略，确保宏基站在稍低频段上解决信号的连续覆盖，并提供通信容量，在高频段灵活部署小基站提供优质的数据服务，是一种在当前基站和设备资源上快速升级网络的可行方案[6]。不论是初期的非独立组网还是后期独立组网连续全覆盖，5G时代，与电力杆塔、智能灯杆、智慧楼宇等物业合作，建设宏站广域覆盖，充分利用已有杆塔资源，建设微站满足局部补盲补热，同时通过新型数字化室分系统实现室内区域深度覆盖，引导网络架构向室内外协同、宏微皮组合的立体融合网络演进，都将会是解决网络广覆盖、深覆盖和容量需求的趋势。