面向5G及未來網絡的極簡基站部署模式研究與實踐

摘要：本文研究了面向5G及未來網絡的極簡基站部署模式，通過極簡設計理念、集成化硬件設計和智能化運維技術，極簡基站實現了高效的網絡覆蓋和低成本、低能耗的部署目標。同時，介紹了極簡基站的關鍵技術，如射頻模塊優化、多模基帶處理單元（BBU）技術及頻譜共享，并結合案例分析其在提高部署效率、網絡性能和社會經濟效益方面的優勢。

關鍵詞：5G；未來網絡；極簡基站；部署模式

一、引言

隨著5G技術的迅速發展，未來網絡不僅要滿足高速率的通信需求，還要應對物聯網、智慧城市等場景的多樣化需求[1]。然而，傳統宏基站的部署模式在高頻次、多樣化的場景中難以實現快速響應和高效部署。為了解決這些問題，極簡基站通過減少硬件設備、集成關鍵功能模塊，并采用智能化管理，實現了低成本、高能效的網絡覆蓋方式，成為未來網絡建設的理想選擇[2]。

二、5G及未來網絡概述

5G技術通過大規模天線陣列、毫米波和超密集網絡實現了比4G快百倍的傳輸速率，并滿足高容量通信需求。未來網絡除移動通信外，還覆蓋物聯網、智能交通、智慧城市等場景，對基站的快速響應、多樣化需求和高效率提出了更高要求。傳統宏基站難以適應這種高頻次、多樣化的需求，亟需新的部署模式。極簡基站通過精簡硬件和先進技術，實現靈活擴展、快速部署、低能耗和高效覆蓋，成為未來網絡構建的理想選擇。

三、極簡基站部署模式的理論基礎

（一）極簡主義在網絡部署中的應用

1.極簡設計的核心理念

極簡設計強調以最少的資源和設備實現最優的功能和性能。網絡部署中的極簡設計理念要求最大限度地減少硬件和系統復雜性，同時通過高效的軟件和管理手段實現網絡功能。通過簡化設備，能夠減少運營商基站的占地面積、功耗和維護成本。

2.極簡基站的定義與特點

極簡基站通過減少不必要的硬件、集成化設計和智能化管理，實現了與傳統基站相當甚至更高的性能。其核心原理是將基帶處理單元（BBU）生成的基帶信號上變頻為射頻信號，經功率放大器放大后，濾除噪聲并由天線發射；接收信號則經低噪聲放大、下變頻及數字信號處理后傳輸至BBU[3]。通過這種集成化的信號處理鏈路，極簡基站實現了高效網絡覆蓋和低能耗。其特點包括高集成度、低能耗和靈活部署，適應多場景需求并提供高效服務。

（二）技術支撐

1.高集成度硬件設計

高集成度硬件設計是極簡基站的核心，通過將射頻模塊、天線陣列、BBU等關鍵部件集成在一個設備中，極大地減少了設備的體積和能耗。這種集成化設計優化了各模塊之間的協同工作，使基站的整體功耗得以降低，從而實現了更高的能效。這不僅提高了基站的性能，還減少了占用空間，有助于更靈活地部署基站，并滿足不同場景下的網絡需求。

2.智能化運維技術

3.頻譜共享與高效利用

極簡基站通過頻譜共享技術提升了頻譜資源的利用效率，允許多個基站在同一頻段內共同使用頻譜資源。該技術能夠在有限的頻譜條件下為更多的用戶提供通信服務，從而優化網絡性能。頻譜利用率的計算公式為：

四、面向5G的極簡基站部署模式

（一）站點規劃與設計

1.極簡天饋系統

天饋系統是基站的組成部分，決定了信號傳輸的覆蓋范圍和質量。極簡基站采用緊湊型天線陣列，并通過波束成形技術來優化信號覆蓋，確保在減少天線數量的情況下仍能實現高效的信號傳輸[5]。波束成形技術通過控制天線陣列的發射方向，使信號在特定區域內得到增強，從而提高了頻譜利用率和傳輸效率。其信號傳輸的計算公式為：

2.射頻模塊優化

極簡基站通過優化射頻模塊，簡化了信號處理的復雜性，同時大幅降低了功耗。射頻模塊是基站信號處理的核心組件之一，負責將基帶信號變頻為射頻信號，并放大和濾波，以確保信號在傳輸過程中保持強度和質量。射頻模塊的總功耗可以表示為：

3.BBU多模合一技術

BBU的多模合一技術通過將多個通信協議集成在一個處理單元中，實現了對不同通信標準的并行處理，從而簡化了硬件設計，減少了設備數量。這種集成方式減少了對獨立硬件模塊的需求，降低了基站的硬件復雜度和建設成本。通過提高多模協議的處理能力，BBU能夠同時處理多個通信協議，提高了基站的處理效率。此外，該技術還降低了硬件的重復建設成本，增強了系統的靈活性和擴展性，使基站能夠更高效地應對不同的通信需求。

（二）設備選型與配置

1. 5G微基站與擴展型微站的應用

5G微基站（Microcell）廣泛應用于高密度城區和室內覆蓋環境，能夠靈活應對不同用戶密度的需求。通過擴展型設計，微基站可以增加覆蓋范圍和用戶容量。微基站的容量可以通過香農公式進行計算，公式為：

2.社會化基站的推廣

社會化基站利用現有城市基礎設施（如燈桿、建筑物），顯著減少了基站建設成本和時間，避免了新建基站塔的高昂費用，并減少了土地和資源占用，從而優化了部署成本。其總部署成本包括設備、租賃和安裝費用。通過降低租賃成本和簡化安裝過程，社會化基站成為密集覆蓋和網絡擴展的經濟解決方案。

3.數字化室分與無源分布系統

數字化室內分布系統（DAS）和無源分布系統（PDS）通過使用光纖和同軸電纜傳輸無線信號，減少了對大量基站的需求，優化了室內信號覆蓋。通過該技術，信號可以通過光纖和電纜高效地分配到建筑物的各區域，避免了直接依賴多個基站覆蓋廣泛區域的需求。系統的總傳輸損耗由光纖傳輸損耗、分光器損耗和電纜損耗共同決定。通過降低這些損耗，數字化室分系統能夠更高效地傳輸信號，確保在建筑物內的不同區域實現穩定且強大的信號覆蓋，從而提高網絡性能和用戶體驗。

（三）部署策略與實踐

1.室外宏站與微站的協同部署

宏站與微站的協同部署在廣覆蓋與高密度區域需求之間實現了平衡。宏站提供大范圍覆蓋，而微站增強特定高密度區域的信號質量，填補盲區。通過合理配置兩者的覆蓋范圍，整體網絡覆蓋更加均勻，減少了信號盲區，優化了用戶體驗和網絡性能。

2.室內覆蓋解決方案

在多層建筑內，極簡基站通過數字化室分系統（DAS）和小型微基站的組合，確保信號在復雜環境中全面覆蓋。此方案通過合理的天線布置和信號功率調節，降低墻壁和樓層引起的信號損耗，在各區域實現均勻高效的覆蓋，從而提升通信體驗和網絡性能。

3.特定場景下的定制化部署

在大型活動或特殊場景中，極簡基站可通過便攜式基站和臨時微站實現快速部署，滿足大量用戶的短期通信需求。部署過程中包含硬件安裝、配置和測試環節，簡化流程和減少設備數量，大幅縮短部署時間，為臨時通信需求提供穩定高效的服務保障。

五、實踐案例與效果評估

（一）實踐案例

在某大型城市的中心商業區，實施了極簡基站部署，目的是提升室內外的網絡覆蓋效果。項目包括在多個高密度場所，如購物中心、地鐵站和寫字樓內，部署了擴展型5G微基站與DAS。項目通過利用現有的城市基礎設施如燈桿和建筑物，快速部署了社會化基站，降低了施工時間與成本。部署后對網絡性能進行了評估，結果顯示覆蓋范圍和用戶體驗顯著改善。

（二）效果評估

1.部署效率與成本分析

在部署過程中，通過集成化設計和靈活的基站配置，極簡基站減少了硬件設備數量，并且加快了部署進度。與傳統基站相比，部署效率提升了35%，總成本降低了20%。傳統基站與極簡基站的部署時間和成本對比如表1所示。

由表1可知，極簡基站的部署時間明顯縮短，成本也得到了壓縮，進一步驗證了該模式在高效部署方面的優勢。

2.網絡性能與用戶體驗提升

在運行中，極簡基站的高效能耗管理和頻譜共享技術顯著提高了網絡性能。通過波束成形技術和多模合一的BBU處理能力，網絡覆蓋和數據速率大幅提升。部署前后網絡性能和用戶體驗的提升情況如表2所示。

由表2可知，網絡下載速率和用戶滿意度均大幅提升，證明了極簡基站在提升網絡性能和改善用戶體驗方面的顯著成效。

3.社會經濟效益評估

通過利用現有的城市基礎設施和減少基站建設成本，極簡基站在社會經濟效益方面同樣表現優異。該項目不僅節約了城市空間資源，還降低了能耗和維護成本。極簡基站在城市應用中的社會經濟效益如表3所示。

由表3可知，極簡基站在能耗和維護成本方面相比傳統基站具有顯著優勢。

六、結束語

極簡基站通過高集成度的硬件設計和智能化運維技術，實現了在5G及未來網絡中的靈活部署和高效運行。本文案例表明，極簡基站不僅顯著降低了部署成本和能耗，還提升了網絡性能和用戶體驗。同時，通過利用現有的城市基礎設施，極簡基站展現出一定的社會經濟效益，成為未來網絡部署的重要模式。

作者單位：陳雄標 中國鐵塔股份有限公司揭陽市分公司

參考文獻

[1]楊越.基于5G技術長絲整經工廠智能化改造[J].針織工業，2024，（06）：4-8.

[2]徐猛，邵帥，張振誠.關于極簡基站配套工程標準化設計的研究[J].長江信息通信，2024，37（06）：120-124.

[3]葉友鵬，卜剛，張龑.基于System C的數字基帶處理單元設計[J].計算機技術與發展，2019，29（08）：7-11.

[4]張代俐，汪廷華，朱興淋.SVM樣本約簡算法研究綜述[J].計算機科學，2024，51（07）：59-70.

[5]王長龍，袁全盛，胡永江.無人機通信安全中的三維波束成形技術[J].航空兵器，2021，28（01）：39-44.