基于5G通信时代的开放平台小基站建设

金 剑

（中国铁塔股份有限公司湘潭市分公司，湖南 湘潭 411100）

经调查，现阶段无线通信业务中，流量业务有80%以上发生在室内环境中，但是这部分流量业务的75%都是由室外基站来承担。5G通信的传输频段远高于现有频段，其网络部署在C-band或者是毫米级波频段，室外基站的信号覆盖深度，无法满足室内通信在无线业务中容量、覆盖和网络的需求，因此，开放平台小基站建设是5G通信时代的必然选择。

1 现有基站天线分布系统

现有的基站天线系统是由馈线、耦合器、功分器、吸顶天线等组成的无源分布式天线系统。实验数据表明，在5G通信环境下，如果采用无源分布天线进行数据传输，其信号的损耗在室外达到4 db，在室内可以达到3～6 db，其链路总损耗差异达到7～10 db。因此，无源分布式天线不能满足5G通信的频段，对现有基站系统的5G改造也面临着成本高、损耗大、实施难、技术可行性低的囧境；同时，无源分布式系统的管理无法实现可视化，在面对系统故障的时候，只能采用人工排查手段对线路进行问题查找，使其运行维护成本居高不下，工作效率也比较低。

5G通信基站如果采用现有基站的模式，启用大规模MIMO，其建设成本投入相当巨大。64TR的基站建设成本是现有通信基站的5倍，采用4T4R分布式基站，成本是也是现有基站建设的2倍以上，并且5G通信基站的功耗也是现有基站功耗的5倍以上。这就要求基站蓄电池、机柜以及供电线路等相关设施都要改造和加大投入，导致5G通信的全面部署面临极大的资金投入，后期电力成本也急剧攀升。

2 开放平台小基站建设

5G通信具有时延低、速率高、连接网络复杂的特点并且5G通信网络可以支持高精度的定位和边缘化计算等新能力，5G时代将是实现万物互联新时代。这也使得支撑5G通信网络的技术需求面临着新的挑战，现有的通信基础设施及其技术已经无法满足5G通信新时代的要求。

随着5G通信投入运营所面对的技术问题，新的理论也不断地被提出。其中，开放和解耦的新入网方式便是其中的一种，其理论是以接口开放化、软硬件同时解耦合接入网络智能化为理念，利用现有AI技术，进一步提升5G通信网络的智能化水平，为通信产业的发展带来了全新的机会，从而催生了基于5G通信时代的开放平台小基站技术。

2.1 5G通信开放平台小基站的组成及功能

开放平台小基站的主机是基于X86开放平台设计，设备接入容量大，兼容性高，可以满足不同环境的网络建设与覆盖，运用软硬件解耦方式，可以深度融合通信行业中的各种应用。开放平台小基站的设备结构组成如图1所示。

图1 开放平台小基站的设备结构组成

开放平台小基站分别由3部分组成：远端覆盖单元、扩展单元和接入单元。其中，远端覆盖单元具备微功率射频收发，用以实现5G通信信号的分布式覆盖；扩展单元主要是实现频率可覆盖区域内的上下行信号交换和通信数据的分发与汇聚，同时为远端覆盖单元提供电力支持；接入单元完成基带部分的信号处理以及上下行信令的交互。

2.2 远端覆盖单元

开放平台小基站的远端覆盖单元由4个模块组成，分别是供电与外围电路模块、传输接口模块、CPU控制模块以及收发模块。其结构如图2所示。

图2 远端覆盖单元模块组成

其中，供电与外围电路模块的主要功能是为远端覆盖单元提供电力接入以及保障其他系统运行的外围电路；传输接口的主要功能是提供各扩展单元的信号数据传输以及对所有远端覆盖单元的时钟同步；CPU控制模块由MCU芯片组成，为远端覆盖单元的核心部分，提供系统功能加载、维护操作、完成系统指令等功能；收发模块主要功能是完成模拟数据与数字数据之间的转换，同时具有5G通信射频信号的接收和发送功能，并且能做到对发射信号进行功率放大，对接收信号进行降噪。

2.3 扩展单元

开放平台小基站扩展单元由3个模块组成，分别是供电与外围电力模块、信号汇集与分发模块以及CPU处理模块，其结构如图3所示。

图3 扩展单元模块组成

其中，外围电路模块为扩展单元和远端覆盖单元提供电力支持，同时为维持扩展单元运行的其他功能提供外围电路；汇集与分发模块作为中间模块，主要功能是实现通信信号数据的传输，同时实现数据的汇集，并提供单元逻辑控制功能，实现主机与远端覆盖单元的逻辑同步以及时钟同步；CPU控制模块作为单元核心，为扩展单元提供数据流程管理，并为单元系统管理维护提供可操作功能。

2.4 接入单元

开放平台小基站接入单元由2部分组成，分别是基于X86的服务器和FPGA板卡；接入单元是开放平台小基站与5G通信核心网络的连接端，其基于X86的服务器，可以根据平台的容量要求完成配置，并且实现通信协议和部分物理功能，并且可以与管理系统对接，实现远程系统设备管理；FPGA板卡可以实现比特级信号加速，同时为整个小基站提供逻辑控制以及时钟同步。其组成结构如图4所示。

图4 接入单元组成

3 开放平台小基站的功能优势

开放平台小基站概念的提出，满足了5G通信时代新技术的新要求，通过软硬解耦的方式，提供了高效率、低延时、大带宽的通信信号传输方式，为实现5G时代的万物互联提供了技术基础，其功能的主要优势体现在如下几个方面：

降低基站建设成本：采用三级构架的灵活配置，根据应用场景需求和业务量配置远端单元数量，减少系统冗余，降低建设成本。

基于X86处理器平台：X86处理器作为核心服务器的处理器，其平台必然是开放的，在提供高带宽，低功耗的无线数据传输的同时，可以通过开发相应的设备管理软件，满足不同的设备管理需求。不仅改变现有的基站设备人工管理模式，同时可以在应用端根据应用需求，实现多功能同步服务。

小型化系统构架：远端覆盖单元将天线集成，整个设备小巧轻便，安装简易，施工部署方便、美观、快捷，各系统单元间采用复合光纤连接供电，既能快速高效完成数据传输，也减少了普通通信基站过大的电能消耗。

4 结语

5G通信时代的到来，给通信行业带来的不仅是挑战，同时也带来了更大的市场和机遇。在5G通信基站的建设领域，由于其特殊性，现有的硬件系统布局已不能体现5G通信的优势。无源分布式天线基站不论是从系统功能上还是经济效益上，都不能与5G通信完美结合。因此，必须将基站建设的灵活性和前瞻性融入整个基站的建设考虑当中，面向室内的有源基站成为当下最好的选择。虽然其技术成熟度并不完善，一部分设备仍然处于研究阶段，但开放平台小基站概念的提出，对于5G通信的应用，依然具有划时代的意义。