白盒化基站设备在5G网络室内覆盖的研究

贾 帆 徐羲晟 李益锋 许 彬 王贞凯

1 华信咨询设计研究院有限公司 杭州 310052

2 中国电信股份有限公司浙江分公司 杭州 310052

引言

随着移动网络的飞速发展，无线接入网由传统封闭化走向现代开放化，演进趋势由4G时代的V-RAN进化到5G时代的Cloud-RAN，RAN设备虚拟化的同时接口趋于开放化。当前5G室内覆盖面临诸多挑战，包括频谱、成本、产业、网络四个维度，需要从四个维度进行综合考量，才能进一步驱动5G室内网络演进[1]。而实现软件硬件解耦的硬件白盒化基站对无线接入网而言是一种变革，实现由专用硬件平台向通用硬件平台、封闭架构向开放架构的转变，对于推动5G室内网络发展有着积极意义。

与宏基站相比，白盒化小基站具有覆盖范围小、支持多网融合、部署场景灵活等特点，成为了硬件白盒化趋势的先锋，因此，探索白盒化基站在运营商5G室分部署中的应用，对于挖掘5G技术潜能、加强网络覆盖、降本增效都有重要意义。

1 5G白盒化基站的产品特点及应用优势

1.1 5G白盒化基站的产品特点及系统架构

5G白盒化基站是一种采用数字化技术，基于光纤承载无线信号传输和分布的微功率的室内覆盖方案。组成架构是由基带单元设备(BBU)、远端汇聚单元设备(HUB)和无线射频单元设备(pRRU)三部分构成[1]，如图1所示，其中无线射频单元设备先通过星形级联的方式与远端汇聚单元设备连接，远端汇聚单元设备再通过混合级联的方式与基带单元设备相连，基带单元设备最后通过传输网与核心网连接。

图1 5G白盒化基站系统架构示意图

BBU负责基站的协议栈处理，操作维护功能，主要完成基带信号的调制和解调、无线资源管理、移动性管理、物理层处理、设备状态监控等功能。HUB主要负责完成数据分路和合并、数据转发等功能。pRRU主要负责完成射频处理及无线信号的收发。

目前基带单元需要长时间的技术积累，有较高的门槛。根据前期调研，目前有4种方案来实现基带单元的功能[2]，分别为Intel X86方案、高通ASIC方案、NXP恩智浦方案以及厂家自研架构。

1.2 5G白盒化基站的应用优势

白盒化开放架构的核心本质是将无线主设备切割成标准的软硬件模块，通过独立研发和规模效应实现每一个子系统的低成本生产及灵活选择，最后通过集成商统一集成各个子系统，并面向运营商提供交付、运维、支撑等服务，最终构建安全、可靠的无线网络[3]。对比传统设备厂商的Lampsite或pRRU产品，两者存在一些类似点，如均为三级架构、均可实现4T4R小区、均支持4G/5G双模，且在安装费用上保持一致。两者主要区别在于内部软硬件结构、设备最大容量、天线性能以及产品价格，尤其在设备价格层面，白盒化基站软硬件解耦带来的开放架构使得众多厂商参与到产品的开发中，因而产品价格大幅降低，同容量下白盒化厂家仅为传统厂商Lampsite或pRRU产品价格的50%左右。经测算，实际站点覆盖中相同覆盖效果条件下，白盒化基站点位造价仅为传统设备厂商有源室分基站点位造价的60%左右，节约成本明显，而有源室分产品则在设备稳定性上对比白盒化基站有一定优势。

白盒化基站对比传统无源DAS在一些特性上有明显优势。首先是性能优势，DAS很难做到4T4R覆盖，而白盒化基站远端设备本身具有4T4R天线或对应天线接口，网络因此更加智能，能够快速灵活响应业务需求[4]。其次是施工便捷，对比DAS施工实施相对方便简捷，白盒基站三级架构部署较为灵活，支持通过软件设置小区合并或分裂，可灵活构建较大规模的分布系统，而DAS的布线和器件安装较为繁杂，工程实施相对困难，并且扩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双模，BBU插入标准PCI-E接口LTE信道板实现4G/5G双覆盖，而使用传统DAS的器件、馈线和天线由于不同频段的衰减特性不同，在长线缆情况下会造成4G/5G信号分布不均匀，易产生弱覆盖区域。最后是易于监控，目前各厂家白盒化基站设备南向网管接口支持tr069协议，现有网管可通过升级实现白盒化基站设备实时监控[5]，而传统的无源DAS由于无源天馈无法迅速定位到故障点，故障排除难度大、效果差。传统DAS的优势是在空旷场景如一些小区地下室及停车场区域，可通过5G直放站来降低建设成本，因此，在一些对容量需求较低的空旷场景下，传统DAS造价优势较为明显。

2 5G白盒化基站应用场景分析

由于白盒化基站具有灵活的容量配置、多天线技术以及较好的运营维护性，决定了其在半空旷场景下具有较大的优势，尤其是商场和写字楼场景。商场一般采用石膏板作为吊顶材料，空旷区域主要集中在走廊和中庭区域，该区域整体人流量较大，商铺区为密集区域，该区域隔断较多且隔断材料多为石膏板、木板和玻璃，穿透损耗较低。写字楼情况同样如此，空旷区域集中在员工的工作区和会议室，密集区集中在会客厅和领导办公室等隔断较多区域。因此，此类场景的容量需求以及覆盖方式和白盒化基站的覆盖特性最为匹配。传统的无源DAS在此场景下由于容量有限、布线不美观、故障难定位等缺点在此类场景无法达到良好的覆盖效果及维护便利性。而传统厂家的pRRU等方案虽能满足此类场景下的覆盖效果，但由于其设备软硬件未解耦且硬件专用化导致的高昂采购价格使其在此场景下不具备良好的经济性。因此，综合覆盖效果、维护便利以及经济性等因素，白盒化基站在半空旷场景下具备明显优势。

3 典型场景的实际应用案例

本研究项目选用了写字楼场景作为实际应用案例，测试地点为杭州某写字楼，总建筑面积约52600平，单层面积为1400平，覆盖9～16层。该楼宇采用厂家3.5GHz白盒化基站远端进行四通道覆盖，现场有部分区域已完成二次装修，采用石膏板、木板和玻璃作为隔断材料，吊顶为石膏板。远端设备安装位置示意图如图2所示。

图2 某写字楼远端单元安装示意图

站点开通后，对5G基站侧网络的各项配置参数进行优化，优化完成后对该写字楼9楼至16楼现场进行遍历测试，主要关注测试指标为SS-RSRP、SS-SINR和NRPDCPThroughputDL。所有楼层的详细测试指标数据如表1～3所示。

表1 某写字楼各楼层SS-RSRP测试数据统计表

表2 某写字楼各楼层SS-SINR测试数据统计表

表3 某写字楼各楼层NRPDCPThroughputDL测试数据统计表

依照该运营商《5G共建共享工程验收规范(SA分册)》中的验收规范要求，测试区域的SSRSRP≥-110dBm且同时满足SSSINR≥3dB样点占比大于95%，测试结果远优于规范要求。此外，针对速率类的要求，单用户下行峰值速率和平均速率要求也远高于规范所要求的800Mb/s和450Mb/s，因此测试结果证明了5G白盒化基站在半空旷场景下在能够达到理想的覆盖效果。

4 造价对比分析

根据上述实际案例分别计算了半空旷场景下同等覆盖效果采用白盒化基站、主设备厂家有源分布系统及传统DAS系统在工程总投资以及单位面积的造价。具体计算方法为：白盒化基站和主设备厂家有源分布系统设备的远端发射功率为4×250mW，总覆盖面积为11200平方米，四流覆盖，通过计算得出两种模式均采用1台基带单元，4台中继单元，32台射频远端进行覆盖，而传统DAS方案，在同为4T4R情况下，设定RRU的发射功率为2×160W，通过计算得出的RRU数量为4台。设备价格则参考运营商集采价格，经过测算，三种覆盖方式若达到相同的覆盖效果，主设备厂家有源分布系统单位面积造价为30.14元，白盒化基站系统单位面积造价为14.43元，传统DAS单位面积造价为25.1元，如表4所示。通过对比分析得出在半空旷场景下白盒化基站在5G网络覆盖应用中，更具有成本优势。

表4 两种方式造价对比表

5 结束语

本研究项目重点介绍了5G白盒基站的产品架构并和传统DAS无源组网方式以及传统厂家的Lampsite、pRRU组网模式进行对比，给出了其应用优势。结合实际工程案例证明了5G白盒化基站在半空旷场景下在能够达到理想的网络性能指标的同时具有较高的成本优势，为接下来运营商5G网络室内覆盖的部署提供了新的思路。