張勍　盛煜　馮毅　李福昌

移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務類型的多樣化和大流量業(yè)務的普及提高了用戶對移動網(wǎng)絡質(zhì)量的要求，單獨使用宏基站建網(wǎng)已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡多樣化的需求，因此，微基站的引入成為必然，為了對室外LTE微基站應用方案進行探討，在介紹了兩類室外型LTE微基站的主要特點后，重點分析了微基站在室外場景中的頻率選擇問題、站型選擇問題，并提出了在道路場景、廣場公園場景兩類典型室外微基站應用場景的具體部署方法，最后給出了為提高部署微基站靈活性可采用的三種傳輸方案。

微基站 室外場景 同頻干擾 傳輸方案

1 引言

業(yè)務類型的豐富多樣和移動網(wǎng)速率的大幅提升，使得移動互聯(lián)網(wǎng)得到迅速地推廣，而智能手機和平板電腦等移動設備的普及使用，也促進了視頻、移動云等大流量業(yè)務的持續(xù)增長，導致移動數(shù)據(jù)流量正在大幅抬升[1-2]。此外，用戶對通話、數(shù)據(jù)業(yè)務等服務質(zhì)量的要求越來越高，因而網(wǎng)絡對承載能力需求也越來越大。然而，一方面，由于城市建設多樣化和復雜度的增加，局部區(qū)域的網(wǎng)絡深度覆蓋不足問題逐漸突出；另一方面，室外宏站站址資源愈發(fā)緊張，運營商的頻譜資源亦十分有限[3-5]，簡單對宏站使用小區(qū)分裂、多載波配置等方式進行的網(wǎng)絡擴容無法適應所有場景的需求。因此，使用集成化更高、體積更小、建網(wǎng)更迅速的微基站設備已經(jīng)成為網(wǎng)絡建設的重要環(huán)節(jié)[6-10]。尤其在室外場景[11]中，由于運營商低頻資源極為匱乏，LTE宏網(wǎng)絡的覆蓋深度無法匹配城市建設日新月異的發(fā)展，在部分宏站站址密度較高的區(qū)域內(nèi)部仍存在小面積的覆蓋空洞，而局部性的用戶流量熱點更為運營商平衡2G、3G、4G網(wǎng)絡的頻譜資源分配提出極大的挑戰(zhàn)，因此，在LTE宏網(wǎng)絡中部署低功率的微基站，通過高低組網(wǎng)和網(wǎng)間協(xié)同，優(yōu)化用戶體驗成為必然選擇，本文接下來將對室外LTE微基站應用方案進行探討。

2 室外型微基站分類和特點

根據(jù)3GPP對微基站的定義，微基站是指單通道發(fā)射功率低于38 dBm的微型基站系統(tǒng)。室外型微基站則泛指一般部署于室外的微基站?？紤]到覆蓋能力的需求和穿透損耗問題，室外型微基站的單通道發(fā)射功率一般大于1 W，而絕大多數(shù)已商用的室外型微基站產(chǎn)品單通道發(fā)射功率一般最小為5 W。同時，由于全球范圍的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展迅速，對網(wǎng)絡容量的要求也越來越高，部分運營商對微基站產(chǎn)品提出了載波聚合或多載波配置的需求，為了保障多頻微基站覆蓋能力不下降，目前，部分室外型微基站產(chǎn)品的單通道發(fā)射功率也達到了10 W甚至更高。

室外型微基站從集成度角度分為兩種類型，即一體化微基站和一體化微RRU。

一體化微基站是將基帶、射頻、天線全部集成為一體的微基站，一般具備外接天線接口，從而在需要時提高覆蓋能力或限定覆蓋范圍，設備體積根據(jù)多頻、多模能力和額定功率差異而有所不同，一般在6 L到12 L之間。供電方式以交流為主，也有部分產(chǎn)品為了降低接電難度，使用遠端交流供電和近端PoE供電結(jié)合的方式?？紤]到微基站覆蓋范圍一般遠小于宏基站，接入用戶數(shù)有限，同時也為了控制設備體積，單個微基站的基帶能力一般遠小于單個宏基站BBU。該類設備傳輸需求和同步需求與一般宏基站類似，傳輸方式上可使用無線回傳方式提高應用靈活性。

一體化微RRU是將射頻和天線集成為一體的微基站，基帶部分需與其他基站共用。與一體化微基站類似，一體化微RRU一般具備外接天線接口，設備體積通常明顯小于同等額定功率的一體化微基站，大多在5 L到6 L左右，通常使用交流供電方式。由于需要與其他基站共用基帶能力，一方面，其傳輸需求與一般的宏基站RRU類似，設備與基帶之間使用直連光纖傳輸，帶寬要求較高；另一方面，在應用上可以與共用基帶的其他宏基站RRU或一體化微RRU小區(qū)合并，從而減少站間同頻干擾[12-13]。

3 微基站典型室外應用方案

3.1 微基站室外應用總體方案

微基站典型室外應用場景包括商業(yè)街、道路、廣場、公園等。在這些場景中，微基站主要用于為宏基站提供快速有效的補充，通常用于解決以下三類問題：

（1）宏站站址密度過高但仍存在覆蓋不足或小型覆蓋空洞；

（2）宏站站址由于外形美觀度、民眾接受度、懸掛點承重、傳輸要求等原因難以獲?。?/p>

（3）宏站容量不足且用戶分布相對集中。

解決不同問題時，微基站的頻率使用策略也有所不同。當微基站用于覆蓋補盲補弱時，可以利用與宏站同頻的微基站，通過與宏站高低組網(wǎng)提升網(wǎng)絡質(zhì)量；當微基站用于對用戶聚集區(qū)域吸熱時，則可綜合考慮目標區(qū)域宏站覆蓋質(zhì)量和運營商頻譜資源情況，當頻譜資源充裕時優(yōu)先使用與宏站異頻的微基站，提高吸熱能力、減少對覆蓋質(zhì)量的影響，當頻譜資源緊張時，對宏站覆蓋質(zhì)量較差的區(qū)域也可考慮使用與宏站同頻的微基站，而對宏站覆蓋質(zhì)量較好的區(qū)域則盡量避免使用同頻微站。

在微基站設備類型選擇上，需要綜合考慮傳輸條件、站間協(xié)同需求和建設成本三個方面：

（1）在傳輸條件角度上，當場景不具備有線傳輸條件時，可以選擇一體化微基站并使用無線回傳方式靈活解決部署困難。

（2）在站間協(xié)同角度上，又存在干擾控制和資源融合兩種類型：

1）干擾控制方面，若使用宏微同頻組網(wǎng)方案或使用多個同頻微站連續(xù)部署，將不可避免地存在宏微間、微微間的同頻干擾問題。解決同頻干擾的手段通常包含功率調(diào)整、天線調(diào)整等網(wǎng)絡優(yōu)化方法，和小區(qū)合并、CoMP、eICIC等新技術[14-15]。其中，小區(qū)合并技術既對終端能力沒有額外要求，又能直接消除同頻干擾，特別適用于對容量要求不高的場景。然而，由于小區(qū)合并技術和CoMP技術都對小區(qū)間傳輸帶寬和時延有一定要求，因此若采用一體化微RRU，前述的幾種干擾控制手段均可使用；若采用一體化微基站，則需要更多依賴網(wǎng)優(yōu)方法，可支持eICIC技術的使用，但對CoMP技術的支持能力有限，并且無法使用小區(qū)合并技術。

2）資源融合方面，若采用多載波的方式，宏基站和微基站異頻部署形成獨立的小區(qū)，兩種類型的微基站在使用上差異不大；若采用宏微間載波聚合等方式提高區(qū)域下行或上行峰值速率，由于涉及對小區(qū)間傳輸能力的要求，因此一體化微RRU產(chǎn)品支持度更高。

（3）在建設成本角度上，一體化微RRU若具備與宏基站共用基帶的條件，則也將可與宏基站共享同步和傳輸通道，因此可以節(jié)省部分設備采購成本。

3.2 道路場景應用方案

道路場景既包含一般城市行車道路，又包含商業(yè)街道、步行街等。

地理特點上，一般城市行車道路或兩側(cè)或一側(cè)有成排樓宇，商業(yè)街道和步行街則一般兩側(cè)店鋪連片。業(yè)務特點上，一般城市行車道路除部分經(jīng)常性擁堵路段外，人流一般較低，人員移動性較高，以語音業(yè)務為主，存在一定的數(shù)據(jù)業(yè)務；商業(yè)街道、步行街等人流相對密集，人員移動性相對較低，主要以步行移動為主，少數(shù)人員處于靜止狀態(tài)，同時具備語音和數(shù)據(jù)業(yè)務需求，對于部分商鋪業(yè)務延伸到室外的場景，例如室外咖啡館、室外大排檔等，也可能存在較高的數(shù)據(jù)業(yè)務需求，夜間、周末和節(jié)假日的話務需求較高。

道路場景中，可利用微站對局部道路覆蓋補盲補弱，或吸收局部擁堵路段、步行街等用戶集中區(qū)域的熱點業(yè)務量。該場景中，經(jīng)過在多種配置下的外場試驗驗證，驗證配置方案如表1所示。

微基站覆蓋能力如圖1所示，單個單通道發(fā)射功率為5 W的微站典型的覆蓋能力在80 m到350 m之間，實際覆蓋能力則與微站配置、目標覆蓋區(qū)域同頻宏站覆蓋質(zhì)量和地理環(huán)境對信號的遮擋情況有關。

因此，微基站的應用需在功率配置、站址選擇和天線使用幾個方面分別考慮：

（1）功率配置上，微站非連續(xù)覆蓋時，可以按需靈活配置微站功率，即在避免出現(xiàn)大量用戶聚集在宏微切換帶的前提下，微站的功率配置能夠滿足補盲補弱的覆蓋需求或充分吸收熱點用戶即可；微站連續(xù)覆蓋時，為便于網(wǎng)絡規(guī)劃，各微站功率配置可考慮盡量一致。此外，微站用于解決擁堵路段的覆蓋或容量需求時，微站功率配置應考慮一定的車體損耗余量。

（2）站址選擇上，路燈桿、監(jiān)控桿等市政桿或低層屋頂都是道路場景中微基站部署的常用站址，站高一般配置為5 m到10 m，對于道路較長的情況也可適當增加站高。在掛墻安裝方式時，為了便于調(diào)整微站的傾角和方向角，可以使用安裝件，使微基站與墻壁間隔一定距離。當選用街邊公共設施作為站址時，若公交站、大型車輛?？奎c等不是直接覆蓋目標，則選址時可考慮避開該類區(qū)域，以避免信號被大型車輛遮擋而造成網(wǎng)絡質(zhì)量不穩(wěn)定。

（3）天線使用上，考慮到隱蔽部署、安裝快速等優(yōu)點，該場景中微基站內(nèi)置天線一般可以滿足部署需求。方向角方面，考慮到微基站發(fā)射功率優(yōu)先，一般令微基站天線主瓣方向朝向目標覆蓋區(qū)域，同時盡量避免與鄰近同頻宏站方向角正對，以減少宏微之間的同頻干擾。

3.3 廣場公園場景應用方案

廣場公園場景既包含城市休閑廣場、商業(yè)廣場、CBD廣場，也包含綠化公園、室外游樂園等。

地理特點上，城市廣場、公園和室外游樂園周邊一般無高樓環(huán)繞遮擋，而商業(yè)廣場一般處于高樓中間。業(yè)務特點上，城市廣場、公園和室外游樂園區(qū)域一般周末、節(jié)假日人員較多，人員移動性較低，以步行速度移動為主，有一定的靜止用戶，特定時段局部區(qū)域存在超高密度靜止人員分布，數(shù)據(jù)業(yè)務需求較高；而CBD廣場區(qū)域一般工作日人員較多，人員移動性較低，多為步行速度移動，語音業(yè)務為主，存在一定數(shù)據(jù)業(yè)務需求；商業(yè)廣場則根據(jù)所處地產(chǎn)環(huán)境不同，或與城市廣場、公園類似，或在工作日和節(jié)假日雖有一定的人流波動、但整體人流密度始終保持較高水平。

廣場公園場景中，可利用微站對小型廣場覆蓋補盲補弱，或吸收大型及小型廣場中的局部用戶集中區(qū)域的熱點業(yè)務量。該類場景中，通常已經(jīng)存在一定程度的宏站覆蓋，若部署與宏站同頻的微站，微站的覆蓋能力通常有所收縮。典型的，單個單通道發(fā)射功率為5 W的微站典型的覆蓋能力在80 m到250 m之間，站高、同頻宏站覆蓋質(zhì)量、是否有樹木遮擋、站址位于廣場中心還是一側(cè)等因素都將直接影響微基站實際覆蓋能力。微基站的吸熱能力則與用戶分布、微基站目標部署區(qū)域宏基站網(wǎng)絡質(zhì)量、宏微是否同頻部署密切相關，值得注意的是，即使宏微同頻部署、微基站目標覆蓋區(qū)域的宏站RSRP較高，微基站的部署仍能夠提升區(qū)域整體容量。如圖2所示，微基站部署區(qū)域宏站平均RSRP約為-85 dBm，宏微同頻部署、用戶均勻分布時，部署微站后不同區(qū)域用戶速率均有一定程度提升。

站址方面，當微基站部署在廣場公園中心時優(yōu)選桿類站址，利于微基站信號傳播，提高覆蓋能力；當微基站部署在廣場公園邊緣時，則優(yōu)選屋頂、外墻類站址，有利于控制微基站覆蓋范圍，減弱微站對廣場公園外的非目標區(qū)域的網(wǎng)絡質(zhì)量影響。此外，對于部分商業(yè)廣場和商業(yè)街緊密相連的情況，在商業(yè)廣場邊緣也可選擇桿類站址兼顧街道、廣場覆蓋。由于該類場景對覆蓋面積的要求通常高于道路場景，因此站高也可略高于道路場景，但也由于該類場景一般遮擋較少，信號極容易擴散至非目標區(qū)域，因此站高也不宜超過15 m。

天線方面，微基站部署位置不同，天線選擇上也有所差異。位于中心時，除了可使用本身的內(nèi)置天線外，還可以考慮使用垂直波瓣角較小的外置全向天線，以提高整體覆蓋能力；而位于邊緣時，根據(jù)天面條件可考慮優(yōu)先使用寬波束且前后比較大的外置天線，既提高覆蓋能力又減少天線后瓣對非目標區(qū)域的干擾。對于使用單個微站部署的情況，若微站位于中心，使用內(nèi)置或外置的定向天線時盡量避免與宏站主瓣方向正對；若位于邊緣，則主要從覆蓋能力角度出發(fā)，盡量正對廣場公園中心。對于使用多個微站部署的情況，除協(xié)調(diào)微站與宏站間的方向角關系外，也許同時考慮微站間的方向角避免正對。

4 微基站傳輸方案研究

微基站部署位置的多樣性導致單一的傳輸接入技術不一定能經(jīng)濟地滿足所有的部署場景，因此，不同于宏基站，微基站的傳輸方案更為靈活，主要包括有線和無線傳輸兩類。

由于微基站的組網(wǎng)架構與宏基站相同，都是通過傳輸網(wǎng)絡連接到核心站點，因此，實際部署中，宏基站和微基站的傳輸網(wǎng)絡是統(tǒng)一的，主要的傳輸差異在接入段。具體的，包括傳統(tǒng)有線傳輸方案、PON共享傳輸方案和無線傳輸方案三種。

（1）傳統(tǒng)有線傳輸方案

該方案中，微基站通過接入以太網(wǎng)或P2P光纖方式直接就近接入IPRAN網(wǎng)絡，這種方式與宏基站傳輸接入方式一致。傳輸示意圖如圖3所示：

（2）PON共享傳輸方案

該方案中，微基站利用已有的xPON網(wǎng)絡設施接入，在OLT端將基站業(yè)務轉(zhuǎn)入到IPRAN網(wǎng)絡。傳輸示意圖如圖4所示。

微基站可通過xPON CBU設備連接到寬帶無源光接入網(wǎng)絡中，通過采用VLAN隔離方式對微基站回傳業(yè)務和寬帶業(yè)務進行區(qū)分，并由OLT將LIGHT-Net微基站回傳數(shù)據(jù)通過IPRAN回傳。

（3）無線傳輸方案

該方案中，基帶單元通過IP微波技術、Wi-Fi技術、Relay技術等手段將數(shù)據(jù)以無線方式回傳至某一傳輸節(jié)點后，繼而通過現(xiàn)有IPRAN網(wǎng)絡回傳至核心網(wǎng)。該方案需要在微基站側(cè)和某個適當?shù)膫鬏敼?jié)點位置配置無線回傳終端設備，該傳輸節(jié)點可以為宏站。無線傳輸方案的示意圖如圖5所示：

5 結(jié)束語

本文從網(wǎng)絡建設過程覆蓋、容量提升問題出發(fā)，介紹了室外型微基站的定義和一體化微基站、一體化微RRU兩類微站的主要特點，重點分析了微基站在室外場景中的頻率選擇問題、站型選擇問題，和在道路場景、廣場公園場景兩類典型場景中的具體部署方法，最后給出了為了提高部署微基站的靈活性而可采用的三種傳輸方案。

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