小基站将成5G网络中重要设备形态

中通服咨询设计研究院有限公司|李新 彭雄根

5G网络在国内外已经开始试验网建设，预计2020年全球将会试商用。由于5G网络频段较高，目前国内试验网主要工作于3.5GHz和4.9GHz频段，其单站覆盖能力与现有的2G/3G/4G相比，有一定差距。另外5G网络的三大应用场景之一增强移动宽带（eMBB）对于热点区域的容量吸收，提出了更大的挑战，在这一背景下，超密组网（UDN）将成为5G网络重要的组网方式。

在5G室内覆盖场景中，传统的馈线分布系统（DAS）对于频段过高产生的传输损耗问题，也造成了5G网络无法采用传统的DAS系统进行室内网络建设。在这一背景下，由于小基站在产品形态、发射功率、覆盖范围方面都具有先天优势，将在5G室外热点覆盖和室内覆盖中发挥更大的作用，成为5G网络中重要的设备形态。

对于5G网络，2020年试商用即将到来，因此需要提前研究小基站在5G网络室内外部署中的应用，以指导未来的5G网络建设。

5G标准演进架构分析

目前来看，全球5G标准化组织主要分为三个层面，具体如图所示。

在国际层面主要有ITU和3GPP，其中ITU负责研究提出5G的需求与愿景，3GPP负责5G标准的制定，ITU和3GPP重点进行5G愿景、指标需求和标准征集工作。

在行业和国家组织层面，目前多个国家和组织都在积极地进行5G方面的研究工作，欧洲有METIS、iJOIN、5GNOW等研究项目，日本的ARIB、韩国的5G forum、我国的IMT-2020都在从事5G需求、技术研究等方面的工作。

在企业和研究机构层面有爱立信、三星、华为、中兴、中国移动等，主要发布企业白皮书和进行技术研究。

目前，5G标准中的第一个可商用的版本R15，也称为基础版本，其第一阶段的标准化工作已经完成，符合R15标准的5G设备将在国内2018年的试验网建设中得到应用，而R16是5G第二阶段标准，也可以称为完整版本，将于2019年6月完成。

小基站现网应用分析

小基站也称为Small Cell，最早由FemtoCell延展出来的，目前是低功率控制节点的总称。Small Cell信号覆盖范围通常从十几米到几百米，专注热点区域的容量吸收和弱覆盖区的信号增强。

Small Cell融合了Femtocell、Picocell、Microcell和分布式无线技术，最早应用在3G网络中，如家庭基站就曾作为3G网络室内覆盖和业务分流的重要手段，但由于家庭基站的安全问题和干扰问题无法得到有效解决，因此在3G网络中并没有得到大规模应用。在4G网络，由于工作频段的升高，网络覆盖能力的下降，造成4G网络在部分区域存在弱覆盖的问题，同时由于居民对于基站辐射的敏感性，造成了站址选择困难，无法通过增加宏站的方式有效解决弱覆盖问题。在这一背景下，由于小基站具有使用灵活、安装便利的优点，作为宏站建设方式的一种有效补充，在解决4G网络的弱覆盖问题上，发挥了巨大的作用，因此在4G网络中得到了大规模应用。

5G应用场景汇总

5G典型场景涉及未来人们居住、工作、休闲和交通等各种区域，特别是密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等场景。在ITU发布的白皮书中，将5G的各种典型应用场景归纳为三类，即增强移动宽带（eMBB）、海量互联（mMTC）、高可靠低时延连接（uRLLC），其中eMBB场景主要满足Gbit/s量级的移动互联网、3D/超高清视频、VR/AR、高清语音以及云游戏需求等；mMTC应用场景主要满足智能家居、M2M、智慧城市等业务需求；uRLLC应用场景主要满足工业自动化、自动驾驶、高可靠通信等业务需求。

从目前移动通信技术和业务的发展趋势来看，移动互联网和物联网将成为5G的重要应用。对于移动互联网来说，主要面向以人为主体的通信，注重提供更好的用户体验，包括用户体验速率和端到端时延。尤其是在热点区域，为了保证用户0.1～1Gbit/s的体验速率，仅依靠宏站是无法完成的，特别是在多数热点业务区域，宏站无法选址和建设，因此需要建设小基站，缩小单站的覆盖范围，减少单站覆盖范围内的用户数量，从而提高用户的体验速率。

全球5G工作频段分析

从全球标准化组织频段分配来看，5G是一个高频、低频混用的技术体系，涉及6GHz以下低频段和6GHz以上高频段。其中低频段是5G的核心频段，尤其是3～6GHz频段是5G的主要频段，用于无缝覆盖，是解决广域覆盖问题的主要依托。高频段主要是24～100GHz，目前WRC-19已经分配了11个备选频段，由于电波传播特性的局限，主要定位于局部补充，以应对密集业务区域的超高数据传输需求。

从全球目前试验网频段使用情况来看，2 017年工信部发布《工业和信息化部关于第五代国际移动通信系统（IMT-2020）使用3300～3600MHz和4800～5000MHz频段相关事宜的通知》（工信部无[2017]276号），正式宣布规划3300～3600MHz、4800～5000MHz频段作为我国5G系统的工作频段，其中3300～3400MHz频段原则上限室内使用。美国运营商AT&T已经明确宣布，2018在美国十几个城市推出5G服务，其5G网络工作频段分别是600～700MHz，3.5GHz以及50GHz。韩国公布其5G频率分配方案，首先在3.5GHz和28GHz频段上开展5G试验。日本软银近日携手中兴通讯在东京开启了4.5GHz频段5G实验。

整体来看，不论从全球标准化组织5G频段分配还是5G试验网建设来看，未来商用的5G网络主要工作频段为3GHz以上，如此高的频段相对于现在的4G网络，必然带来5G网络覆盖能力的下降，网络弱覆盖区域增多，因此需要建设大量的站点去提升网络覆盖水平，但是移动通信经过多年的建设，站址选择已经成为制约基站建设的主要问题，尤其是宏站需要良好的机房空间和天面空间，使站点选择的难度进一步加大，由于小基站具有体积小、功耗低、部署灵活、支持多种上联方式等特点，决定了其对站址条件要求低，可用站址将比宏站更加丰富，因此在未来的5G网络建设中，可以大量应用小基站来提升网络覆盖质量和服务水平。

小基站将成5G超密组网主要方式

移动通信网络从最初的第一代模拟蜂窝系统发展到第四代，从大区制到小区制，小区半径不断缩减，小区密度不断增大。这种小区密集化的模式主要是解决网络容量不断增长的问题，通过小区密集化方式，通信网络的容量已经提髙了近千倍。在对未来通信系统中，小区可以进一步密集化，形成UDN。

UDN将是满足未来5G网络数据流量需求的主要技术手段之一，通过更“密集”的无线基础设施部署，可获得更高的频率复用效率，从而在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升。

实现5G超密集组网相关技术中，小基站是一种主要的方式，由于小基站对于站点的安装条件要求较低，因此在未来的UDN组网时，可以大量采用路灯杆、监控杆、挂墙等多种安装方式，提升小基站部署进度，满足5G UDN组网要求。

图 5G标准化组织架构

小基站是5G室内覆盖重要解决方案

目前国内4G大规模网络建设即将结束，5G建设即将起步。与2G/3G/4G时代类似，5G时代的业务也将主要发生在室内，据预测将有60%～70%的业务会发生在室内。因此在5G大规模建设前期，需要考虑如何满足室内用户接入需求。

因此，无线网络覆盖从室外走向室内覆盖，精细化管理运营备受关注。而传统室内网络覆盖DAS系统在面向5G演进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。由此，室内覆盖数字化从现在就开始，促使小基站迎来发展高潮。

目前已建的DAS系统，其无源器件（包括天线、功分器、耦合器、合路器）的频段最高仅支持2.7GHz，而目前来看，已经分配的5G频段，最低为3.5GHz，因此5G系统无法与现有的室内分布系统进行合路，只能新建。另外，由于无线信号在馈线中传播，频段越高，损耗越大，对于3.5GHz频段，在7/8英寸的馈线中，每百米损耗将超过7dB，而1/2英寸的馈线中损耗将超过15dB，如此高的馈线损耗，已经决定了5G室内分布系统建设，不适合采用传统的DAS方案。

目前5G室内分布系统主要有两种解决方案。一是新建光纤分布系统，可满足5G的高工作频段要求。二是采用分布式小基站，主流设备厂家已有类似产品。二者都存在不足，如光纤分布系统在网管性能上不如主设备厂家丰富，同时有源设备长期工作的稳定性、可靠性还需要现网长时间观察验证。但小基站设备目前已经在4G网络室内分布系统中大量采用，其可靠性和网络性能得到了现网的验证，因此在未来的5G室内覆盖建设中，小基站将会发挥更大的作用，有可能成为主流建设方式。

总而言之，为满足人们对5G“信息随心至，万物触手及”的美好愿景，需要提前根据5G的关键技术、应用场景、组网方式等展开研究，做好技术储备。从目前情况来看，小基站将成为5G网络室内外建设的主要方式，将对提升5G网络性能和用户感知发挥更大的作用。