室外LTE微基站应用方案研究

张勍　盛煜　冯毅　李福昌

移动互联网业务类型的多样化和大流量业务的普及提高了用户对移动网络质量的要求，单独使用宏基站建网已经不能满足网络多样化的需求，因此，微基站的引入成为必然，为了对室外LTE微基站应用方案进行探讨，在介绍了两类室外型LTE微基站的主要特点后，重点分析了微基站在室外场景中的频率选择问题、站型选择问题，并提出了在道路场景、广场公园场景两类典型室外微基站应用场景的具体部署方法，最后给出了为提高部署微基站灵活性可采用的三种传输方案。

微基站 室外场景 同频干扰 传输方案

1 引言

业务类型的丰富多样和移动网速率的大幅提升，使得移动互联网得到迅速地推广，而智能手机和平板电脑等移动设备的普及使用，也促进了视频、移动云等大流量业务的持续增长，导致移动数据流量正在大幅抬升[1-2]。此外，用户对通话、数据业务等服务质量的要求越来越高，因而网络对承载能力需求也越来越大。然而，一方面，由于城市建设多样化和复杂度的增加，局部区域的网络深度覆盖不足问题逐渐突出；另一方面，室外宏站站址资源愈发紧张，运营商的频谱资源亦十分有限[3-5]，简单对宏站使用小区分裂、多载波配置等方式进行的网络扩容无法适应所有场景的需求。因此，使用集成化更高、体积更小、建网更迅速的微基站设备已经成为网络建设的重要环节[6-10]。尤其在室外场景[11]中，由于运营商低频资源极为匮乏，LTE宏网络的覆盖深度无法匹配城市建设日新月异的发展，在部分宏站站址密度较高的区域内部仍存在小面积的覆盖空洞，而局部性的用户流量热点更为运营商平衡2G、3G、4G网络的频谱资源分配提出极大的挑战，因此，在LTE宏网络中部署低功率的微基站，通过高低组网和网间协同，优化用户体验成为必然选择，本文接下来将对室外LTE微基站应用方案进行探讨。

2 室外型微基站分类和特点

根据3GPP对微基站的定义，微基站是指单通道发射功率低于38 dBm的微型基站系统。室外型微基站则泛指一般部署于室外的微基站。考虑到覆盖能力的需求和穿透损耗问题，室外型微基站的单通道发射功率一般大于1 W，而绝大多数已商用的室外型微基站產品单通道发射功率一般最小为5 W。同时，由于全球范围的移动互联网业务发展迅速，对网络容量的要求也越来越高，部分运营商对微基站产品提出了载波聚合或多载波配置的需求，为了保障多频微基站覆盖能力不下降，目前，部分室外型微基站产品的单通道发射功率也达到了10 W甚至更高。

室外型微基站从集成度角度分为两种类型，即一体化微基站和一体化微RRU。

一体化微基站是将基带、射频、天线全部集成为一体的微基站，一般具备外接天线接口，从而在需要时提高覆盖能力或限定覆盖范围，设备体积根据多频、多模能力和额定功率差异而有所不同，一般在6 L到12 L之间。供电方式以交流为主，也有部分产品为了降低接电难度，使用远端交流供电和近端PoE供电结合的方式。考虑到微基站覆盖范围一般远小于宏基站，接入用户数有限，同时也为了控制设备体积，单个微基站的基带能力一般远小于单个宏基站BBU。该类设备传输需求和同步需求与一般宏基站类似，传输方式上可使用无线回传方式提高应用灵活性。

一体化微RRU是将射频和天线集成为一体的微基站，基带部分需与其他基站共用。与一体化微基站类似，一体化微RRU一般具备外接天线接口，设备体积通常明显小于同等额定功率的一体化微基站，大多在5 L到6 L左右，通常使用交流供电方式。由于需要与其他基站共用基带能力，一方面，其传输需求与一般的宏基站RRU类似，设备与基带之间使用直连光纤传输，带宽要求较高；另一方面，在应用上可以与共用基带的其他宏基站RRU或一体化微RRU小区合并，从而减少站间同频干扰[12-13]。

3 微基站典型室外应用方案

3.1 微基站室外应用总体方案

微基站典型室外应用场景包括商业街、道路、广场、公园等。在这些场景中，微基站主要用于为宏基站提供快速有效的补充，通常用于解决以下三类问题：

（1）宏站站址密度过高但仍存在覆盖不足或小型覆盖空洞；

（2）宏站站址由于外形美观度、民众接受度、悬挂点承重、传输要求等原因难以获取；

（3）宏站容量不足且用户分布相对集中。

解决不同问题时，微基站的频率使用策略也有所不同。当微基站用于覆盖补盲补弱时，可以利用与宏站同频的微基站，通过与宏站高低组网提升网络质量；当微基站用于对用户聚集区域吸热时，则可综合考虑目标区域宏站覆盖质量和运营商频谱资源情况，当频谱资源充裕时优先使用与宏站异频的微基站，提高吸热能力、减少对覆盖质量的影响，当频谱资源紧张时，对宏站覆盖质量较差的区域也可考虑使用与宏站同频的微基站，而对宏站覆盖质量较好的区域则尽量避免使用同频微站。

在微基站设备类型选择上，需要综合考虑传输条件、站间协同需求和建设成本三个方面：

（1）在传输条件角度上，当场景不具备有线传输条件时，可以选择一体化微基站并使用无线回传方式灵活解决部署困难。

（2）在站间协同角度上，又存在干扰控制和资源融合两种类型：

1）干扰控制方面，若使用宏微同频组网方案或使用多个同频微站连续部署，将不可避免地存在宏微间、微微间的同频干扰问题。解决同频干扰的手段通常包含功率调整、天线调整等网络优化方法，和小区合并、CoMP、eICIC等新技术[14-15]。其中，小区合并技术既对终端能力没有额外要求，又能直接消除同频干扰，特别适用于对容量要求不高的场景。然而，由于小区合并技术和CoMP技术都对小区间传输带宽和时延有一定要求，因此若采用一体化微RRU，前述的几种干扰控制手段均可使用；若采用一体化微基站，则需要更多依赖网优方法，可支持eICIC技术的使用，但对CoMP技术的支持能力有限，并且无法使用小区合并技术。

2）资源融合方面，若采用多载波的方式，宏基站和微基站异频部署形成独立的小区，两种类型的微基站在使用上差异不大；若采用宏微间载波聚合等方式提高区域下行或上行峰值速率，由于涉及对小区间传输能力的要求，因此一体化微RRU产品支持度更高。

（3）在建设成本角度上，一体化微RRU若具备与宏基站共用基带的条件，则也将可与宏基站共享同步和传输通道，因此可以节省部分设备采购成本。

3.2 道路场景应用方案

道路场景既包含一般城市行车道路，又包含商业街道、步行街等。

地理特点上，一般城市行车道路或两侧或一侧有成排楼宇，商业街道和步行街则一般两侧店铺连片。业务特点上，一般城市行车道路除部分经常性拥堵路段外，人流一般较低，人员移动性较高，以语音业务为主，存在一定的数据业务；商业街道、步行街等人流相对密集，人员移动性相对较低，主要以步行移动为主，少数人员处于静止状态，同时具备语音和数据业务需求，对于部分商铺业务延伸到室外的场景，例如室外咖啡馆、室外大排档等，也可能存在较高的数据业务需求，夜间、周末和节假日的话务需求较高。

道路场景中，可利用微站对局部道路覆盖补盲补弱，或吸收局部拥堵路段、步行街等用户集中区域的热点业务量。该场景中，经过在多种配置下的外场试验验证，验证配置方案如表1所示。

微基站覆盖能力如图1所示，单个单通道发射功率为5 W的微站典型的覆盖能力在80 m到350 m之间，实际覆盖能力则与微站配置、目标覆盖区域同频宏站覆盖质量和地理环境对信号的遮挡情况有关。

因此，微基站的应用需在功率配置、站址选择和天线使用几个方面分别考虑：

（1）功率配置上，微站非连续覆盖时，可以按需灵活配置微站功率，即在避免出现大量用户聚集在宏微切换带的前提下，微站的功率配置能够满足补盲补弱的覆盖需求或充分吸收热点用户即可；微站连续覆盖时，为便于网络规划，各微站功率配置可考慮尽量一致。此外，微站用于解决拥堵路段的覆盖或容量需求时，微站功率配置应考虑一定的车体损耗余量。

（2）站址选择上，路灯杆、监控杆等市政杆或低层屋顶都是道路场景中微基站部署的常用站址，站高一般配置为5 m到10 m，对于道路较长的情况也可适当增加站高。在挂墙安装方式时，为了便于调整微站的倾角和方向角，可以使用安装件，使微基站与墙壁间隔一定距离。当选用街边公共设施作为站址时，若公交站、大型车辆停靠点等不是直接覆盖目标，则选址时可考虑避开该类区域，以避免信号被大型车辆遮挡而造成网络质量不稳定。

（3）天线使用上，考虑到隐蔽部署、安装快速等优点，该场景中微基站内置天线一般可以满足部署需求。方向角方面，考虑到微基站发射功率优先，一般令微基站天线主瓣方向朝向目标覆盖区域，同时尽量避免与邻近同频宏站方向角正对，以减少宏微之间的同频干扰。

3.3 广场公园场景应用方案

广场公园场景既包含城市休闲广场、商业广场、CBD广场，也包含绿化公园、室外游乐园等。

地理特点上，城市广场、公园和室外游乐园周边一般无高楼环绕遮挡，而商业广场一般处于高楼中间。业务特点上，城市广场、公园和室外游乐园区域一般周末、节假日人员较多，人员移动性较低，以步行速度移动为主，有一定的静止用户，特定时段局部区域存在超高密度静止人员分布，数据业务需求较高；而CBD广场区域一般工作日人员较多，人员移动性较低，多为步行速度移动，语音业务为主，存在一定数据业务需求；商业广场则根据所处地产环境不同，或与城市广场、公园类似，或在工作日和节假日虽有一定的人流波动、但整体人流密度始终保持较高水平。

广场公园场景中，可利用微站对小型广场覆盖补盲补弱，或吸收大型及小型广场中的局部用户集中区域的热点业务量。该类场景中，通常已经存在一定程度的宏站覆盖，若部署与宏站同频的微站，微站的覆盖能力通常有所收缩。典型的，单个单通道发射功率为5 W的微站典型的覆盖能力在80 m到250 m之间，站高、同频宏站覆盖质量、是否有树木遮挡、站址位于广场中心还是一侧等因素都将直接影响微基站实际覆盖能力。微基站的吸热能力则与用户分布、微基站目标部署区域宏基站网络质量、宏微是否同频部署密切相关，值得注意的是，即使宏微同频部署、微基站目标覆盖区域的宏站RSRP较高，微基站的部署仍能够提升区域整体容量。如图2所示，微基站部署区域宏站平均RSRP约为-85 dBm，宏微同频部署、用户均匀分布时，部署微站后不同区域用户速率均有一定程度提升。

站址方面，当微基站部署在广场公园中心时优选杆类站址，利于微基站信号传播，提高覆盖能力；当微基站部署在广场公园边缘时，则优选屋顶、外墙类站址，有利于控制微基站覆盖范围，减弱微站对广场公园外的非目标区域的网络质量影响。此外，对于部分商业广场和商业街紧密相连的情况，在商业广场边缘也可选择杆类站址兼顾街道、广场覆盖。由于该类场景对覆盖面积的要求通常高于道路场景，因此站高也可略高于道路场景，但也由于该类场景一般遮挡较少，信号极容易扩散至非目标区域，因此站高也不宜超过15 m。

天线方面，微基站部署位置不同，天线选择上也有所差异。位于中心时，除了可使用本身的内置天线外，还可以考虑使用垂直波瓣角较小的外置全向天线，以提高整体覆盖能力；而位于边缘时，根据天面条件可考虑优先使用宽波束且前后比较大的外置天线，既提高覆盖能力又减少天线后瓣对非目标区域的干扰。对于使用单个微站部署的情况，若微站位于中心，使用内置或外置的定向天线时尽量避免与宏站主瓣方向正对；若位于边缘，则主要从覆盖能力角度出发，尽量正对广场公园中心。对于使用多个微站部署的情况，除协调微站与宏站间的方向角关系外，也许同时考虑微站间的方向角避免正对。

4 微基站传输方案研究

微基站部署位置的多样性导致单一的传输接入技术不一定能经济地满足所有的部署场景，因此，不同于宏基站，微基站的传输方案更为灵活，主要包括有线和无线传输两类。

由于微基站的组网架构与宏基站相同，都是通过传输网络连接到核心站点，因此，实际部署中，宏基站和微基站的传输网络是统一的，主要的传输差异在接入段。具体的，包括傳统有线传输方案、PON共享传输方案和无线传输方案三种。

（1）传统有线传输方案

该方案中，微基站通过接入以太网或P2P光纤方式直接就近接入IPRAN网络，这种方式与宏基站传输接入方式一致。传输示意图如图3所示：

（2）PON共享传输方案

该方案中，微基站利用已有的xPON网络设施接入，在OLT端将基站业务转入到IPRAN网络。传输示意图如图4所示。

微基站可通过xPON CBU设备连接到宽带无源光接入网络中，通过采用VLAN隔离方式对微基站回传业务和宽带业务进行区分，并由OLT将LIGHT-Net微基站回传数据通过IPRAN回传。

（3）无线传输方案

该方案中，基带单元通过IP微波技术、Wi-Fi技术、Relay技术等手段将数据以无线方式回传至某一传输节点后，继而通过现有IPRAN网络回传至核心网。该方案需要在微基站侧和某个适当的传输节点位置配置无线回传终端设备，该传输节点可以为宏站。无线传输方案的示意图如图5所示：

5 结束语

本文从网络建设过程覆盖、容量提升问题出发，介绍了室外型微基站的定义和一体化微基站、一体化微RRU两类微站的主要特点，重点分析了微基站在室外场景中的频率选择问题、站型选择问题，和在道路场景、广场公园场景两类典型场景中的具体部署方法，最后给出了为了提高部署微基站的灵活性而可采用的三种传输方案。

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