中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司|刁兆坤
4G時(shí)代,室內(nèi)數(shù)字化方案在體驗(yàn)提升、快速擴(kuò)容方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到充分的證明。建設(shè)一張面向5G的室內(nèi)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò),不僅可以支撐當(dāng)下的流量經(jīng)營(yíng),也能應(yīng)對(duì)5G 時(shí)代eMBB的大流量。
4G規(guī)模建設(shè)高峰過去,5G逐步到來(lái),除了車聯(lián)網(wǎng)、智慧能源和聯(lián)網(wǎng)無(wú)人機(jī),5G其他業(yè)務(wù)都發(fā)生在室內(nèi)。因此,與4G時(shí)代類似,5G時(shí)代的新業(yè)務(wù)有70%會(huì)發(fā)生在室內(nèi)。高價(jià)值商務(wù)客戶80%工作時(shí)間都位于室內(nèi),但近50%的用戶對(duì)室內(nèi)感知體驗(yàn)表示不滿意。面對(duì)室內(nèi)覆蓋這筆大買賣的“豐滿理想”和室內(nèi)覆蓋體驗(yàn)不佳的“骨感現(xiàn)實(shí)”,運(yùn)營(yíng)商既“幸?!庇帧盁馈薄_@就需要業(yè)界提前考慮清楚如何滿足室內(nèi)用戶接入網(wǎng)絡(luò)的需求。
因此,無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋從室外走向室內(nèi)覆蓋,精細(xì)化管理運(yùn)營(yíng)受關(guān)注。而傳統(tǒng)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋DAS系統(tǒng),在5G演進(jìn)階段已經(jīng)出現(xiàn)巨大的瓶頸,當(dāng)前的業(yè)務(wù)發(fā)展和用戶體驗(yàn)需求呼喚技術(shù)變革。4G時(shí)代,室內(nèi)數(shù)字化方案在體驗(yàn)提升、快速擴(kuò)容方面的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到充分的證明。建設(shè)一張面向5G的室內(nèi)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò),不僅可以支撐當(dāng)下的流量經(jīng)營(yíng),也能應(yīng)對(duì)5G 時(shí)代eMBB的大流量。當(dāng)5G逐漸走近我們,室內(nèi)覆蓋向5G演進(jìn)成為運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一,室內(nèi)覆蓋數(shù)字化從5G開始將使小基站迎來(lái)一個(gè)新的發(fā)展高潮。
頻譜是整個(gè)無(wú)線通信行業(yè)最重要的稀缺資源。5G頻譜可粗略地分為三大范圍。
?低頻段:低于3GHz
?中頻段:3到6GHz
?高頻段:大于6GHz
目前,國(guó)內(nèi)低頻段資源已分配完畢,運(yùn)營(yíng)商手中的低頻段資源仍然應(yīng)用在2G、4G網(wǎng)絡(luò)中,國(guó)內(nèi)暫無(wú)低頻率資源分配給5G。
隨著高頻的引入,“室外覆蓋室內(nèi)”的傳統(tǒng)方式將面臨更多挑戰(zhàn)。室外信號(hào)在穿透磚墻、玻璃和水泥等障礙物后只能提供淺層的室內(nèi)覆蓋,無(wú)法保證室內(nèi)深度覆蓋所需要的良好體驗(yàn)。同樣,傳統(tǒng)室分方案在面向5G演進(jìn)時(shí)也存在工程實(shí)施、擴(kuò)容、演進(jìn)、管理和運(yùn)維等方面的問題:首先,存量DAS器件難以支持3.5GHz及以上的高頻;其次,DAS擴(kuò)容和改造需二次進(jìn)場(chǎng),工程異常復(fù)雜;此外,5G新頻譜引入使網(wǎng)絡(luò)更復(fù)雜,維護(hù)人員需隨時(shí)知道網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)元運(yùn)行狀態(tài)以便提供最佳服務(wù),但傳統(tǒng)DAS由于采用無(wú)源器件,無(wú)法具備設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)可視化的能力。由于傳統(tǒng)室分無(wú)法支撐5G時(shí)代室內(nèi)覆蓋的需求和挑戰(zhàn),創(chuàng)新的數(shù)字化方案逐漸成為主流。行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為,室內(nèi)數(shù)字化是室內(nèi)覆蓋面向5G演進(jìn)的最佳途徑和取勝之匙。室內(nèi)覆蓋數(shù)字化可以支持更多的業(yè)務(wù)、更快的體驗(yàn)速率、更好的演進(jìn)、更省的端到端成本和更易的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容能力。一張“多、快、好、省、易”的室內(nèi)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò),可以幫助運(yùn)營(yíng)商有效應(yīng)對(duì)5G時(shí)代不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求和速率體驗(yàn)需求。
從5G的建設(shè)需求來(lái)看,會(huì)采取“宏站+小站”組網(wǎng)覆蓋的模式,并且后4G時(shí)期,小基站將會(huì)成為室分和網(wǎng)優(yōu)的主流技術(shù)。據(jù)悉,在2018世界移動(dòng)大會(huì)期間,華為正式發(fā)布了5G室內(nèi)小基站產(chǎn)品5G LampSite。這是業(yè)界第一款同時(shí)支持5G和LTE的多頻一體化室內(nèi)小基站。不僅如此,華為還首次提出室內(nèi)5G目標(biāo)網(wǎng)建網(wǎng)理念,以終為始助力運(yùn)營(yíng)商打造5G時(shí)代數(shù)字化的室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)。LampSite與傳統(tǒng)室內(nèi)分布方案比較不難看出,其綜合部署成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方案,同時(shí)部署速度也很快。5G多頻一體化小基站與傳統(tǒng)覆蓋方案比較如圖1所示。
因?yàn)槭覂?nèi)5G新業(yè)務(wù)對(duì)室內(nèi)覆蓋體驗(yàn)提出更高要求。且與室外網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相比,室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)花費(fèi)時(shí)間更長(zhǎng)、更加困難。在5G到來(lái)時(shí)代,業(yè)界必須定義5G室內(nèi)目標(biāo)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)室內(nèi)室外同時(shí)建設(shè)?,F(xiàn)代建筑材料對(duì)室外無(wú)線信號(hào)的阻隔,導(dǎo)致室外無(wú)線部署無(wú)法很好地解決室內(nèi)覆蓋的問題。隨著所使用頻率越來(lái)越高,信號(hào)的穿透能力也與4G時(shí)代無(wú)法比擬,室內(nèi)覆蓋更是令人憂心。
因?yàn)?G時(shí)代現(xiàn)有存量的傳統(tǒng)DAS系統(tǒng),無(wú)法支持3.5GHz高頻、xTxR MIMO、室內(nèi)精準(zhǔn)定位、可視化運(yùn)維等功能,向5G演進(jìn)已經(jīng)遇到發(fā)展瓶頸。5G將應(yīng)對(duì)為大量建筑物提供持續(xù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的挑戰(zhàn),支持5G和LTE小型基站部署的益處在于各種規(guī)模的建筑物中改善蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及支持面向一系列終端和應(yīng)用的無(wú)線寬帶覆蓋。
圖1 5G多頻一體化小基站與傳統(tǒng)覆蓋方案比較
小基站(small cell)是一種從產(chǎn)品形態(tài)、發(fā)射功率、覆蓋范圍等方面,都相比傳統(tǒng)宏站小得多的基站設(shè)備,同時(shí)也可以看作是低功率的,既可使用許可頻率、也可融合Wi-Fi使用非許可頻率接入技術(shù)的無(wú)線接入點(diǎn),功率一般在50mw~5w,覆蓋范圍在10~200米。
小基站的特征是:小型化、低發(fā)射功率、可控性好、智能化和組網(wǎng)靈活。1)小型化方面,從普遍質(zhì)量上看,在2~10kg之間;2)發(fā)射功率來(lái)看,一般在50mW~5W之間;3)組網(wǎng)方式來(lái)看,支持包括DSL/光纖/WLAN及蜂窩技術(shù)在內(nèi)的多種技術(shù)的回傳;4)智能化方面,還具備自動(dòng)鄰區(qū)識(shí)別、自配置等SON功能。
目前市場(chǎng)上對(duì)小基站的分類主要有兩種分法:1)按照功率(覆蓋范圍與功率成正相關(guān)),主要分為微基站、皮基站、家庭基站這幾種,不同功率大小對(duì)應(yīng)不同覆蓋范圍;2)按照設(shè)備形態(tài),主要分為一體化基站和分布式基站,這里面的主要區(qū)別是,通常情況下,一體化基站包括三部分:基帶處理單元(BBU)+射頻處理單元(RRU)+天饋系統(tǒng),而分布式基站通常就指小型RRU,需要連接BBU才能使用
5G中的頻譜資源分為高頻、中頻、低頻。其中的中、低頻資源主要用于連續(xù)廣覆蓋、低時(shí)延高可靠、低功耗大連接等應(yīng)用場(chǎng)景,其主要載體是宏基站;而高頻段資源則主要對(duì)應(yīng)于熱點(diǎn)高容量(高頻意味著可以分配更多帶寬),高頻對(duì)于宏基站而言,覆蓋范圍太小,使得成本過高,再加上宏基站部署困難,站址資源不容易獲取,因此在5G中,高頻段資源將不再使用宏基站,微蜂窩將成為主流,形式是以小基站為基本單位,進(jìn)行超密集組網(wǎng),即小基站的密集部署。小基站功率小,同頻干擾信號(hào)之間的距離壓得很低,從而可以提升單位空間內(nèi)的頻段密度;而且小基站體積小,可靈活部署。在5G超密集組網(wǎng)場(chǎng)景中,小基站之間的間距很小(10~20米),對(duì)比宏基站最短間距也要達(dá)到500米,可以測(cè)算出,小基站要實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋,其數(shù)量規(guī)模將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于宏基站。
小基站主要是解決宏基站的難題。小基站體積小,部署靈活,不用局限于宏基站的站址問題,可以靈活地部署在人群建筑密集的地方,可以有針對(duì)性地補(bǔ)充宏基站信號(hào)弱覆蓋區(qū)域、覆蓋盲點(diǎn),保證信號(hào)質(zhì)量;在熱點(diǎn)區(qū)域,小基站由于功率小,可以在更小的范圍內(nèi)實(shí)行頻率復(fù)用,提升容量,幫助宏基站分流。
基于4G/5G的室內(nèi)覆蓋技術(shù)主要分為兩種:傳統(tǒng)DAS(Distribute Antenna System,室內(nèi)分布系統(tǒng))和小基站系統(tǒng)。
傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)主要有BBU、RRU、合路器、功分器、小天線幾部分組成。基帶信號(hào)從BBU出發(fā),通過光纖傳輸?shù)絉RU,將基帶光信號(hào)轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)且放大傳送出去,通過合路器將不同頻段的信號(hào)集成,再通過功分器將信號(hào)分傳到室內(nèi)不同方位的小天線上。傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)存在很多問題:
1)施工困難麻煩。信源需要機(jī)房等配套設(shè)施,設(shè)計(jì)和施工難度大、周期長(zhǎng),需要多處鉆孔走線等,且天線外露,物業(yè)協(xié)調(diào)困難重重;
2)無(wú)源器件多,故障點(diǎn)多,無(wú)法有效監(jiān)控;
3)支持LTE需進(jìn)行室分改造,網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)能力差;
4)室內(nèi)外系統(tǒng)沒有協(xié)同。
小基站比DAS更有優(yōu)勢(shì),將替代傳統(tǒng)DAS。以基于小基站的華為L(zhǎng)ampSite系統(tǒng)為例,如圖2所示。
整個(gè)系統(tǒng)分為三部分:BBU、rHub、pRRU?;鶐盘?hào)從BBU出發(fā),經(jīng)過光纖到達(dá)rHub,進(jìn)行信號(hào)的放大與轉(zhuǎn)發(fā),在送入pRRU中轉(zhuǎn)化成無(wú)線射頻信號(hào)發(fā)射出去。其中pRRU可同時(shí)支持3G/4G/Wi-Fi模式,其內(nèi)天線支持2T2R MIMO。相比于傳統(tǒng)室分,其優(yōu)勢(shì)如下:1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,施工容易,相比于傳統(tǒng)室分系統(tǒng),器件數(shù)量減少80%,施工周期縮短2/3;2)整個(gè)系統(tǒng)不存在監(jiān)控盲區(qū),每個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)盡在掌握中;3)擴(kuò)容方便,小區(qū)可遠(yuǎn)程分裂。在傳統(tǒng)室分系統(tǒng)中,一旦要進(jìn)行小區(qū)分裂擴(kuò)容,每多分裂一個(gè)小區(qū),就需要室內(nèi)改造增加一個(gè)RRU,但在LampSite系統(tǒng)中,pRRU的極限狀態(tài)是One pRRU One Cell,因此可以通過軟件配置的方式靈活擴(kuò)容;4)支持網(wǎng)絡(luò)演進(jìn),pRRU中可支持2G/3G/4G通信制式,甚至可以集成Wi-Fi,支持網(wǎng)絡(luò)演進(jìn),一次部署,長(zhǎng)期受益;5)室內(nèi)外協(xié)同自動(dòng)化,系統(tǒng)可以根據(jù)手機(jī)鄰區(qū)測(cè)量信息自動(dòng)增加/刪除鄰區(qū),依據(jù)KPI報(bào)告自動(dòng)調(diào)整pRRU導(dǎo)頻功率,根據(jù)UE歷史切換失敗原因自動(dòng)優(yōu)化調(diào)整切換參數(shù)。從效果上看,以北京首都機(jī)場(chǎng)為例,中國(guó)聯(lián)通采用華為的LampSite進(jìn)行改造,1)從性能上看,部署后室內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)測(cè)試峰值速率超過140Mbit/s,接近理論最高值,平均速率也達(dá)到100Mbit/s,數(shù)倍于DAS性能;2)從建設(shè)時(shí)間上看,每天只有從凌晨0點(diǎn)到4點(diǎn)四個(gè)小時(shí)的部署時(shí)間,只用了3個(gè)月的時(shí)間就完成了全部項(xiàng)目,為DAS建設(shè)周期的1/3;3)從成本上看,為DAS的90%。
兩相對(duì)比,小基站系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)具有全面優(yōu)勢(shì),符合網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的發(fā)展,將成為室內(nèi)覆蓋的主流技術(shù)。小基站無(wú)用戶并發(fā)問題,能與宏網(wǎng)協(xié)調(diào),支持高速移動(dòng)場(chǎng)景,支持語(yǔ)音業(yè)務(wù),更適合人口密集,或者人流量大的中大型會(huì)所、場(chǎng)館,如商場(chǎng)、飛機(jī)場(chǎng)、火車站等。
中國(guó)移動(dòng)在4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中提出了“做廣、做深、做厚”的建設(shè)策略。4G網(wǎng)絡(luò)已實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)以上的連續(xù)覆蓋和農(nóng)村的熱點(diǎn)覆蓋。重點(diǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的重要性日益上升,良好的室內(nèi)覆蓋能切實(shí)吸納室內(nèi)業(yè)務(wù)量,保證室內(nèi)用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn),減輕宏站業(yè)務(wù)負(fù)荷,并有助于提高全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。保持深度覆蓋的絕對(duì)領(lǐng)先,是4G網(wǎng)絡(luò)“三領(lǐng)先一確?!钡闹匾繕?biāo)之一。從中國(guó)移動(dòng)的采購(gòu)與招標(biāo)網(wǎng)上可以看到,中國(guó)移動(dòng)進(jìn)行了2017-2019年室分天線的采購(gòu)。本次招標(biāo)產(chǎn)品包括室內(nèi)全向吸頂天線,室內(nèi)定向壁掛天線,室內(nèi)定向窄波束天線三大類七款天線,采購(gòu)數(shù)量約為3155萬(wàn)面。而這些天線可以根據(jù)室內(nèi)天線分布系統(tǒng)將移動(dòng)基站的信號(hào)均勻分布在室內(nèi)每個(gè)角落,從而保證室內(nèi)區(qū)域擁有理想的信號(hào)覆蓋。中國(guó)移動(dòng)發(fā)力深度覆蓋的這一舉動(dòng),似乎又是提前起跑。不久前,中國(guó)移動(dòng)推出了地鐵專用流量包,而地鐵是深度覆蓋的重要一部分,可以預(yù)見在不久的將來(lái),隨著“流量經(jīng)營(yíng)時(shí)代”的正式到來(lái),各種配合深度覆蓋的優(yōu)惠套餐將接踵而至。而這也將成為三大運(yùn)營(yíng)商的一大新戰(zhàn)場(chǎng)。
傳統(tǒng)DAS系統(tǒng)專為2/3G語(yǔ)音和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì),在4G視頻業(yè)務(wù)大發(fā)展時(shí)期已經(jīng)出現(xiàn)了體驗(yàn)瓶頸。面對(duì)5G時(shí)代3.5GHz以上的高頻和4×4MIMO等要求,DAS在工程實(shí)施方面更是望塵莫及。不僅如此,DAS故障檢測(cè)難和業(yè)務(wù)單一等矛盾也是長(zhǎng)期困擾運(yùn)營(yíng)商的問題。各廠商推出的5G小基站正是滿足5G時(shí)代室內(nèi)覆蓋需求的最佳解決方案。其支持Sub6GHz多頻一體化、LTE/5G多模一體化、CAT6A和光纖多傳輸一體化以及eMBB/IoT/導(dǎo)航多業(yè)務(wù)一體化,5G小基站可以基于4G小基站部署時(shí)鋪設(shè)的CAT6A網(wǎng)線或光纖,通過最簡(jiǎn)工程施工和網(wǎng)規(guī)不變的方式實(shí)現(xiàn)“線不動(dòng)”“點(diǎn)不增”向5G演進(jìn)。
由此,運(yùn)營(yíng)商當(dāng)下就可以建設(shè)面向5G演進(jìn)的室內(nèi)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò),在架構(gòu)演進(jìn)、商業(yè)創(chuàng)新、流量經(jīng)營(yíng)等方面構(gòu)建領(lǐng)先優(yōu)勢(shì),為室內(nèi)5G演進(jìn)做好準(zhǔn)備。建設(shè)一張面向5G的室內(nèi)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò),不僅可以支撐當(dāng)下的流量經(jīng)營(yíng),也能應(yīng)對(duì)5G時(shí)代eMBB的大流量。目前,室內(nèi)覆蓋向5G演進(jìn)成為運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一。室內(nèi)數(shù)字化作為4G時(shí)代成長(zhǎng)起來(lái)的創(chuàng)新方案,在面向5G的架構(gòu)演進(jìn)、商業(yè)創(chuàng)新、流量經(jīng)營(yíng)方面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。小基站從4G+到5G將迎來(lái)加速增長(zhǎng)。1)小基站在3G起來(lái)一波后熱度又開始下降,因?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商紛紛開始部署4G,且到4G中后期,運(yùn)營(yíng)商擴(kuò)容以新增頻譜為主(包括購(gòu)買新的頻譜鋪設(shè)4G,原有頻譜的4G重耕),小基站并沒有得到規(guī)模應(yīng)用;然而隨著新增頻譜接近尾聲,運(yùn)營(yíng)商將進(jìn)一步以小基站、Wi-Fi等技術(shù)來(lái)增加網(wǎng)絡(luò)密度、擴(kuò)容,投資將主要用于包括小基站在內(nèi)的全國(guó)4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和即將到來(lái)的5G服務(wù);2)從4G到5G,載波頻率大幅提升,熱點(diǎn)區(qū)域容量成千倍提升,宏基站越發(fā)無(wú)力應(yīng)對(duì),覆蓋范圍小導(dǎo)致其高成本并不顯得劃算,且站址資源難以獲取,而小基站將會(huì)以密集組網(wǎng)的方式成為5G中的主流。如5G中的關(guān)鍵技術(shù)高密集組網(wǎng)就是為小基站的規(guī)模部署做準(zhǔn)備,因此5G到來(lái)會(huì)真正帶動(dòng)小基站爆發(fā)。根據(jù)小基站論壇的預(yù)測(cè),2018年全球小基站將達(dá)5900萬(wàn)個(gè),小基站收入將達(dá)50億美元。Wi-Fi免費(fèi)、速率快,但是存在用戶并發(fā)問題,且不支持高速移動(dòng),不支持語(yǔ)音業(yè)務(wù)、存在安全問題,難以與宏網(wǎng)互操作,適合小型的,人口不密集的且保密性不強(qiáng)、人流量極小的場(chǎng)所。用戶并發(fā)問題注定了Wi-Fi無(wú)法適用于人群密集的地方。
圖2 基于小基站的華為L(zhǎng)ampSite系統(tǒng)
目前,4G進(jìn)入建設(shè)后期,深度覆蓋尤其是室內(nèi)覆蓋問題變得愈發(fā)重要,運(yùn)營(yíng)商的工作重心也逐漸從廣覆蓋轉(zhuǎn)移到深度覆蓋。從短期來(lái)看,4G后期,室內(nèi)覆蓋將會(huì)拉動(dòng)小基站市場(chǎng)快速起來(lái)。隨著5G的建設(shè),由于主要采用3.5G頻段,原有的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)由于改造成本和改造難度很大,室分建設(shè)將主要依靠新建室分來(lái)解決。室內(nèi)數(shù)字化架構(gòu)作為4G時(shí)代的創(chuàng)新室內(nèi)覆蓋解決方案從誕生至今已經(jīng)走過5個(gè)年頭。其頭端有源化、線纜IT化和運(yùn)維可視化的三大典型特征以及所帶來(lái)的體驗(yàn)提升和可管可控等價(jià)值已經(jīng)被全球運(yùn)營(yíng)商廣泛認(rèn)可。如今,不僅華為、愛立信等設(shè)備廠商規(guī)模部署了室內(nèi)數(shù)字化解決方案,國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)DAS廠家也都轉(zhuǎn)向了數(shù)字化陣營(yíng),紛紛推出了數(shù)字化的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)??梢哉f,5G室內(nèi)覆蓋選擇數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)的共識(shí)??梢灶A(yù)見,5G室內(nèi)小基站數(shù)字化方案將很快替代DAS室內(nèi)覆蓋方案。室內(nèi)覆蓋數(shù)字化從5G開始,將促使小基站迎來(lái)一個(gè)發(fā)展高潮。