高密度小基站網絡關鍵技術及部署策略研究

張　暉，秦基偉

（江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司）

高密度小基站網絡關鍵技術及部署策略研究

張暉，秦基偉

（江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司）

論文論述了小基站在4G網絡覆蓋中建設的必要性，并介紹了小基站的基本概念和分類。通過對小基站的覆蓋和部署策略進行分析，考慮小基站的網絡定位、部署時的關鍵因素，并給出具體無線覆蓋場景下的部署策略。

【 Abstract 】 This paper discusses the necessity of building a small base station in 4G network， and introduces the basic concepts and classification of small base stations. Based on the analysis of the coverage and deployment strategy of small base station， the key factors of network location and deployment are considered， and the deployment strategy is given.

小基站；關鍵技術；部署策略

1　引言

隨著智能終端的日益普及和移動互聯網的大規模推廣，數據流量呈現爆發式增長。為應對大數據時代的機遇和挑戰，全球運營商紛紛不遺余力地推動著LTE網絡的發展，商用網絡數和用戶數都實現了大幅增長。在4G網絡的建設發展過程中，一直伴隨著深度覆蓋不足的問題，建筑物較為密集的區域無線信號屏蔽嚴重，極易造成零星的覆蓋空洞；同時針對歷史建設難點，由于協調難度大，單純通過常規的宏站和室分建設模式難以進行。隨著4G用戶規模快速擴大，對于LTE網絡覆蓋質量的需求也越加迫切。如何快速提升LTE網絡覆蓋質量，尤其是提升盲點及歷史難點區域的覆蓋質量，已成為迫切需要研究解決的問題。

2　小基站概述及關鍵技術

從扇區配置、發射功率、覆蓋能力、用戶數等方面出發，小基站可分為Microcell、Pico cell和Femtocell等；其中，從硬件架構上又可分為一體化和分布式兩類。一體化架構具有成本低、易部署的優勢。

微小區（Microcell）發射功率一般為1～10W，比宏站設備輸出功率小，可與宏站構成無線網絡的分層結構，作為宏站的補充和延伸。主要用于：一是補盲，用于覆蓋宏基站無法覆蓋到的區域，如街巷、地鐵、小區底層、地下室等；二是吸熱，以擴充熱點區域的系統容量，主要應用在高話務量地區，如繁華的商業街、購物中心、體育場等人流量密集地區。該類型站點設備布放較靈活，可有效控制覆蓋范圍，對于居民區、商業區覆蓋有特殊價值；不足之處在于傳輸資源、GPS同步信號在部分場景下不易獲取。

微微蜂窩（Picocell）小區比微小區體積更小，輸出功率為百毫瓦級到瓦級，具有設備一體化、部署靈活多樣、可有效控制覆蓋范圍、低成本的優點，主要用于大型寫字樓、咖啡廳、酒吧、地下停車場等相對比較封閉的中小型室內場景、局部的區域熱點或覆蓋盲點區域，也可用于用于彌補人流密集地區無線資源不足的應急通信場合。

飛蜂窩（Femtocell）是根據數據業務發展需求和移動寬帶化趨勢推出的超小型化移動基站。工作于授權頻段，其發射功率較小，一般為毫瓦級，因此覆蓋半徑也較小。Femto終端體積小、結構簡單、布網靈活、功耗小、價格低廉、支持即插即用，可以通過用戶的寬帶連接或異構網關接入移動運營商的核心網絡，為用戶發起的呼叫和連接提供高質量的語音和數據業務。Femto技術主要定位于家庭場景的室內覆蓋解決方案，但也可以應用于中小企業的辦公樓宇。

3GPP（The 3rd Generation Partnership Project ）是全球最重要的移動通信標準化組織之一，其制定的LTE標準已經成為目前最主流的寬帶無線移動通信標準。2012年9月，LTE標準演進已經進入R12階段，該版本主要任務是應對未來全球無線數據業務的爆炸式增長。其中，小基站增強項目（Small Cell Enhancements，SCE）成為R12階段的最重點項目，小基站技術研究的工作重點主要集中在物理層、高層架構和信令設計等方面。

小基站物理層關鍵技術包括：

1）物理層增強技術：采用高階調制技術256QAM，減少控制信號和參考信號的開銷。

2）干擾管理：微小區上行衰減技術、功率控制、多RRU合并、優化微小區切換參數。

3）SON功能：通過一系列技術手段來實現網絡的自配置、自優化和自愈等功能，從而達到降低網絡運維成本、改善網絡性能的目的。SON按照優化算法的執行位置可分為：集中式SON、分布式SON和混合式SON。

4）同步技術：GPS，1588 V2，網絡偵聽NWL。

5）回傳技術：基于傳統宏基站的分組回傳、固網寬帶、微波、基于Wi-Fi。

3　小基站覆蓋分析

3.1室外小基站覆蓋

最大允許的路徑損耗MAPL=發射端EIRP-最小接收信號電平+其他增益-其他損耗-其他余量，分別采用Umi NLOS模型對室外小基站覆蓋進行鏈路預算。室外小基站覆蓋距離見表1。

Umi NLOS公式：

PL = 36.7log10（d） + 22.7 + 26log10（fc），其中，10 m ＜ d ＜2 000 m，hBS= 10 m ，hUT=1～2.5 m。

可見，小基站與宏站相比覆蓋距離較短，在10m掛高情況下，1W，2W，5W，10W，10W小基站，在城區場景的覆蓋半徑分別為110m，130m，170m，210m；在開闊地場景的覆蓋半徑分別為130m，160m，200m，250m。因此，小基站在室外覆蓋方面，主要用于完善LTE宏蜂窩網絡覆蓋，進行補盲；對于小區、工廠、廣場、道路等面積有限的連續區域進行連續覆蓋；也可對熱點區域（如步行街、學校等）進行滴灌式覆蓋，提升網絡容量。

表1　室外小基站覆蓋距離

3.2 室內小基站覆蓋

Indoor Hotspot NLOS公式：

小基站功率分別為50mW，100mW，200mW時，采用全向吸頂天線，在損耗分別為30dB，20dB，10dB，0dB條件下的覆蓋距離如表2所示。

根據50mW，100mW，200mW小基站的鏈路預算結果，結合室內場景損耗，可以看到不同場景下的小基站室內覆蓋的距離，相較于饋線+吸頂天線的傳統的室內覆蓋其中，室內場景損耗如表3所示。點位分布，采用小基站覆蓋同樣室內環境的天線點位更少（為45%～60%）。

表2　室內小基站覆蓋距離

表3　室內場景損耗數據

4　部署策略分析

根據以上分析，小基站由于掛高和輸出功率限制，室外覆蓋距離為150～300m。4G網絡小基站部署應遵循“宏站為主、微站為輔”的原則，充分發揮小基站部署靈活快速的特點，用于解決弱覆蓋、熱點覆蓋、家庭覆蓋以及宏基站延伸覆蓋的問題。在室外覆蓋場景下，適用于補盲、補熱以及小范圍熱點區域的連續覆蓋作用；在分層結構中作為底層網絡，可作為站距300m內的室外站點覆蓋延生手段，加強4G信號覆蓋的廣度和深度，提升系統容量，改善用戶感知。在室內覆蓋的場景中，可作為傳統布線系統室分的補充，適用于室分熱點、改造難度大的室分站點、集團類商業用戶和家庭覆蓋場合。小基站部署場景如圖1所示。

圖1　小基站部署場景

對于不同的覆蓋場景和區域，在規劃和部署小基站網絡時，應結合現場的實際情況，充分考慮網絡覆蓋和容量的需求，從設備選型、設備組網、頻率規劃、站址選擇、內/外置天線選擇等多個方面綜合考慮，以求達到最佳的覆蓋效果，提高用戶滿意度。

無線網絡覆蓋場景千差萬別，主要可分為室外覆蓋場景和室內覆蓋場景兩大類。室外覆蓋場景包括密集市區、一般市區、縣城、郊區、鄉鎮、交通干線等；室內覆蓋場景包括大型商場、商務樓宇、黨政機關、住宅小區、地鐵、機場、交通樞紐等。

小基站是完善LTE網絡覆蓋和容量均衡的重要手段，適用于宏基站覆蓋范圍內的盲點及熱點區域，與傳統室內分布系統、光分系統等共同作為宏基站覆蓋補充的技術解決方案。同時，“補盲、吸熱”可分為室外補盲、吸熱場景，室內補盲、吸熱場景；根據是否具備有線回傳條件，又可分為有線回傳補盲、吸熱場景，無線回傳補盲、吸熱場景。小基站分場景部署方式見表4。

5　小基站與傳統建設方式的比較

與傳統宏基站相比，小基站的信號發射功率小，覆蓋半徑小，可容納的用戶數少，適合小范圍精確覆蓋，在有效覆蓋區域內能夠提供同等質量的高移動性、高速率的無線接入；小基站設備大多采用市電交流供電，信號回傳方式多樣，其設備費用遠小于宏基站設備，不需要機房等配套設施，安裝簡單，部署靈活，建設投資的性價比高。小基站與宏站對比如下。

1）小基站常常受限于安裝環境，多采用無機房、天線附掛等靈活簡單的建設方式。建設周期很短，幾小時即可完成；建設成本較低，一般為幾百元至幾千元。宏站一般采用機房（或一體化室外機柜）+塔桅建設方式，需要選址，建設周期長，需要數天到1個月，建設成本高，一般為幾萬元至數十萬元。

2）小基站一般采用市電供電，無備電，可靠性差，宏站均配備蓄電池備電，可靠性高。

3）小基站傳輸方案多樣，IP化靈活回傳，可使用公網和已有光纖網絡，可采用無線回傳方式解決傳輸引入難題；宏站需要引入光纜，通過傳輸PTN設備接入。

4）小基站價格為幾百元至幾萬元，宏站為幾萬至十幾萬元，當用于小范圍時，小基站相對于宏站有成本優勢，但隨著覆蓋面積的擴大，小基站由于覆蓋面小，同樣面積需要更多的設備，且設備成本隨覆蓋面積擴大而迅速增加，成本優勢會降低。

5）小基站選址可通過將掌握站址資源的公共設施管理部門、連鎖企業、廣告公司等納入到多方共贏的生態鏈中來，有效提高其參與小基站建設的積極性，降低運營商的部署成本和難度；宏站選址難度較大，需要協調業主，一般需要支付站址租金或購買費用。

與傳統室內分布系統相比，小基站大多為一體化有源設備，天線內置，設備體積小，不需要機房等配套設施，物業協調相對容易，施工簡單快速，安裝靈活方便，維護容易；小基站推廣時間相對較短，產業鏈雖不如傳統室內分布系統成熟，但目前已經基本具備了規模應用的條件。根據不同的應用場景選用相應的小基站設備和網絡建設模式，在滿足覆蓋的條件下提升系統容量，小基站網絡在LTE異構網建設中適合做網絡的底層覆蓋。但小基站由于受限于廠家和網絡，兼容性較差；而傳統的室內分布系統通常為無源網絡，適合多系統直接合路，系統兼容性強。

6　結束語

隨著智能終端的迅速普及和移動數據業務的持續增長，LTE網絡建設得到了大規模推廣；同時，大容量、高速率的數據業務需求也給LTE網絡帶來了全新的挑戰。傳統的網絡建設模式很難從根本上解決LTE網絡建設所面臨的問題。目前，小基站網絡在系統關鍵技術、網絡架構演進和業務應用等方面的技術方案日益成熟，且滿足組網靈活、部署難度低、網絡升級維護簡單、網絡性能可靠性高等實際組網需求，全球市場規模不斷擴大。

本文對小基站的分類和應用進行了介紹，通過鏈路預算得出小基站的室內外覆蓋距離，結合不同場景分析了小基站的部署策略，并對小基站的建設方式與傳統建設方式進行了比較。在實際建設中，應針對無線環境的特點，同時把握未來移動通信網絡的發展方向和技術動態，綜合應用各種技術手段，提前做好網絡的整體規劃，充分利用新技術、新設備，克服網絡建設中的瓶頸，提升網絡能力，以滿足今后業務發展的需求。運營商也應結合話務需求、建設投資等因素，綜合考量小基站建設的重要性及必要性，在合適的位置合理地建設小基站，以達到最優的網絡質量和較高的投資回報。

［1］李壽鵬.L TE 小基站應用研究［J］.數據通信，201 5（4）.

［2］陶軍.Smart Cell應用發展研究［J］.電信技術，2014（01）.

Research on Key Technologies and Deployment Strategies of High Density Small Base Station Network

ZHANG Hui，QIN Ji-wei

（Jiangsu Province Post Planning & Design Institute Co.， Ltd.）

small base station； key technology； deployment strategy

表4　小基站分場景部署方式