小基站及其在5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋中的應(yīng)用研究

楊丁一 龐松濤

摘? 要：移動通信涉及的技術(shù)點(diǎn)逐個被突破，信號傳輸速度、效率等得到大幅度提升，5G組網(wǎng)試驗(yàn)成功，基站站點(diǎn)建設(shè)在不斷推進(jìn)。移動通信業(yè)務(wù)的需求呈現(xiàn)爆炸式增長，室內(nèi)Wi-Fi 覆蓋成為重要的業(yè)務(wù)內(nèi)容。針對5G網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)，本文針對室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題，論述與研究了相應(yīng)的解決方案，探討小基站在5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋中的應(yīng)用策略，期望能夠?yàn)樘嵘覂?nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果提供參考。

關(guān)鍵詞：小基站;室內(nèi)覆蓋;5G網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）07-0069-02

Abstract：The technical points involved in mobile communication have been broken one by one，and the signal transmission speed and efficiency have been greatly improved. The 5G network test has been successful，and the construction of base station sites is continuously advancing. The demand for mobile communication services is exploding，and indoor Wi-Fi coverage has become an important business content. Aiming at the challenges faced by 5G networks，this paper discusses and studies the corresponding solutions for indoor coverage problems，and discusses the application strategies of small base stations in indoor coverage of 5G networks. It is expected to provide reference for improving indoor coverage.

Keywords：small base station;indoor coverage;5G network

0? 引? 言

隨著網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，以及其在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍的逐漸擴(kuò)大，終端設(shè)備也在不斷更新與發(fā)展，在技術(shù)層面上，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與移動通信設(shè)備進(jìn)行融合，二者結(jié)合為一體，產(chǎn)生了移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)?；ヂ?lián)網(wǎng)具有較多優(yōu)勢，如公開性、共同分享性和開放性;移動通信終端設(shè)備從技術(shù)上看，具有時間和空間的靈活性特點(diǎn)，即設(shè)備的使用不受時間和空間的限制，而且設(shè)備種類繁多，技術(shù)比較成熟，運(yùn)行相當(dāng)穩(wěn)定。綜合考慮互聯(lián)網(wǎng)和移動通信設(shè)備各自的優(yōu)點(diǎn)，將二者整合起來，并進(jìn)行一定的優(yōu)化，使互聯(lián)網(wǎng)能夠?yàn)樯鐣陌l(fā)展提供更加靈活、成熟的設(shè)備應(yīng)用。移動通信技術(shù)的應(yīng)用給人們的生產(chǎn)生活帶來了極大便利，使社會全面進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展階段。5G技術(shù)越來越成熟，網(wǎng)絡(luò)布局的范圍逐漸加大，由局部試點(diǎn)成熟、局部商用向普遍商用逐漸發(fā)展，在這種時代背景下，如何更好地解決5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋問題，是網(wǎng)絡(luò)通信運(yùn)營商面臨的重點(diǎn)問題之一?？紤]到小基站（Small Cell）具有體積小、功耗低、方便部署、使用靈活，以及能夠貼近用戶進(jìn)行部署的優(yōu)越性，部署小基站能夠使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的性能和質(zhì)量得到有效提高，近年來，針對5G小基站部署的研究越來越多，小基站將成為解決5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋問題的重要手段之一。

1? 小基站的基本特點(diǎn)

小基站又被稱為Small Cell，最早由Femto Cell延展出來。與傳統(tǒng)宏基站設(shè)備相比，小基站在產(chǎn)品形態(tài)、發(fā)射功率、覆蓋范圍等方面具有明顯的優(yōu)勢。小基站比傳統(tǒng)宏基站設(shè)備小得多，功率較低，作為無線接入熱點(diǎn)，能夠使用許可頻率或者融合Wi-Fi使用非許可頻率接入技術(shù)。

1.1? 小基站的基本特征

小基站的總體特征可以簡單概括為：型號小、發(fā)射功率低、可控性好、智能化和組網(wǎng)靈活。

（1）型號方面，一般情況下，小基站的質(zhì)量較小，總體質(zhì)量在2kg～10kg之間;（2）智能化方面，小基站能夠自動配置SON功能;（3）組網(wǎng)方式方面，小基站的組網(wǎng)方式比較靈活，支持多樣化的組網(wǎng)方式，支持多種回傳技術(shù)，包括DSL/光纖/WLAN及蜂窩技術(shù)等;（4）發(fā)射功率方面，小基站的發(fā)射功率較低，通常情況下，發(fā)射功率在50mW～5W之間。

1.2? 小基站的種類

從目前市場上的成品來看，可以按照設(shè)備形態(tài)和功率對小基站進(jìn)行分類。

（1）按照設(shè)備形態(tài)進(jìn)行劃分，可以將小基站劃分為：分布式小基站和一體化小基站;（2）按照功率進(jìn)行劃分，基站的功率決定了覆蓋范圍，不同功率大小對應(yīng)不同覆蓋范圍，小基站可以劃分為：皮基站、微基站、家庭基站幾種類型。

2? 小基站應(yīng)用分析

按照頻譜高低進(jìn)行劃分，5G移動網(wǎng)絡(luò)通信中的頻譜資源可以劃分為低頻、中頻和高頻。在不同的場景中，使用不同的頻譜，其中，在一些場景中要求低功耗、高可靠性、低時延，需要進(jìn)行連續(xù)性廣覆蓋，主要采用低頻資源和中頻資源，主要承載主體是宏基站;高頻資源能夠分配更多的帶寬，因此，在高容量的熱點(diǎn)，主要應(yīng)用高頻段資源。如果采用宏基站部署高頻資源，由于宏基站體積較大，部署起來比較困難，難以獲取站址資源，而且高頻宏基站覆蓋范圍較小，將會帶來較高的使用成本。因此，在5G通信網(wǎng)絡(luò)中，不適合繼續(xù)使用宏基站部署高頻段資源，以小基站為單位，采用小基站微蜂窩的形式部署高頻段資源是很好的選擇，這種以小基站高密集組網(wǎng)部署高頻資源的方式，將成為5G網(wǎng)絡(luò)通信的主流方式。小基站的體積較小，部署起來比較靈活;小基站的功率較小，能夠壓低同頻干擾信號距離，提升單位空間內(nèi)頻段密度。在5G通信網(wǎng)絡(luò)超密集組網(wǎng)場景中，進(jìn)行宏基站部署時，基站之間的最短間距為500米。

在4G網(wǎng)絡(luò)中，由于升高了工作頻段，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力下降，使得在一些區(qū)域4G網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋較弱;由于居民對基站輻射比較敏感，使基站選擇更加困難，信號覆蓋問題難以通過增加宏基站的方式解決。這種情況下，考慮到小基站的安裝便利、使用靈活的優(yōu)點(diǎn)，成為有效補(bǔ)充宏基站建設(shè)的有效方式，在解決4G網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋問題中，小基站發(fā)揮了巨大作用，使得小基站在4G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用規(guī)模較大。

3? 小基站在5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋中的應(yīng)用

在5G網(wǎng)絡(luò)時代，使用小基站是解決室內(nèi)覆蓋問題的有效方案，采用小基站進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)部署，性價比較高、方便靈活。根據(jù)小基站的室內(nèi)應(yīng)用場景，劃分為衛(wèi)星小基站和家庭小基站兩個形態(tài)。

3.1? 5G室內(nèi)覆蓋應(yīng)用小基站的必要性

由于5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)具有高移動性、高流量和高連接的特點(diǎn)，要求采用智能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式，使得傳統(tǒng)Wi-Fi覆蓋技術(shù)難以適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的需要。移動互聯(lián)網(wǎng)能夠提供全面、靈活、高效的服務(wù)，使得社會生產(chǎn)和生活中的各個主體受益匪淺，隨著用戶數(shù)量的增加，用戶需求不斷提高，各類業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆炸式增長，業(yè)務(wù)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)存在一定弊端，主要在如下幾個方面得到體現(xiàn)：在頻譜效率提升方面，由于缺乏配套的應(yīng)用技術(shù)，通信網(wǎng)絡(luò)無法在規(guī)定頻段內(nèi)高速傳輸數(shù)據(jù)流;在配套材料方面，使承載數(shù)據(jù)無法達(dá)到有效傳輸?shù)念l率與效果;受各種條件的制約，導(dǎo)致無法大規(guī)模開展5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋。

3.2? 小基站室內(nèi)應(yīng)用場景

在室內(nèi)場景中，針對局部補(bǔ)盲或者吸收話務(wù)熱點(diǎn)、整體室內(nèi)覆蓋等問題，需要采用室內(nèi)微基站進(jìn)行解決;解決局部補(bǔ)盲或者吸收話務(wù)熱點(diǎn)的問題，通常情況下，不需覆蓋較大區(qū)域;針對解決整體室內(nèi)覆蓋問題，需要充分考慮室內(nèi)微基站設(shè)備的容量以及其覆蓋能力。具體應(yīng)用場景大概包括如下幾種：針對小型汽車站、小型商場、高度不超過5層的小型辦公樓等，這些場景中的建筑面積中等，用于解決場景中樓宇的整體容量和覆蓋需求問題;針對局部區(qū)域吸熱問題，小基站能夠有效解決;針對隔離樓宇的部分區(qū)域、覆蓋區(qū)域目標(biāo)比較獨(dú)立、與建筑物內(nèi)其他區(qū)域存在穿透損耗較高的墻體，小基站能夠有效解決信號覆蓋問題;針對一些樓宇中，各個樓層的室內(nèi)面積較大，存在較多內(nèi)部隔斷，當(dāng)采用室外覆蓋時，將會產(chǎn)生較高的使用成本，而且容易產(chǎn)生同頻干擾問題，采用小基站能夠?qū)@種區(qū)域進(jìn)行信號深度覆蓋。

在大型商場、室內(nèi)工作場館以及交通樞紐等，這些場景的室內(nèi)比較空曠，主要采用Pico Cell解決室內(nèi)信號覆蓋問題。Pico Cell發(fā)射的信號覆蓋直徑大約為200m，發(fā)射功率范圍為0.12W～5.5W，這種小基站與主要面向個人家庭的小基站不一樣，該基站能夠?yàn)槠髽I(yè)和政府部門提供應(yīng)運(yùn)營商級的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

在酒店、高校宿舍樓以及寫字樓等封閉的室內(nèi)場景當(dāng)中，可以廣泛應(yīng)用Femto Cell，這種小基站能夠獲得良好的網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋效果，有效解決室外基站對室內(nèi)覆蓋的難題。從國內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展趨勢來看，將這種小基站應(yīng)用在高頻段、穿透損耗明顯的區(qū)域，能夠有效解決室內(nèi)覆蓋問題。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)部署應(yīng)用中，105m2-205m2的室內(nèi)覆蓋問題，能夠通過單個微型小基站得到有效解決，從而有效降低室外基站的工作負(fù)荷。

4? 結(jié)? 論

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和社會不斷進(jìn)步的情況下，人們的生活質(zhì)量與品質(zhì)逐漸提升，提高了對移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋的質(zhì)量要求。相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果表明，大多數(shù)無線通信數(shù)據(jù)流量是在建筑物內(nèi)部產(chǎn)生的，因此，建筑物室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋質(zhì)量，將對用戶體驗(yàn)和運(yùn)營商的形象產(chǎn)生直接影響。在解決建筑物室內(nèi)信號覆蓋問題中，與傳統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)相比，小基站具有明顯的優(yōu)勢，在5G時代下，將成為解決室內(nèi)覆蓋問題的主要手段。移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的新需求不斷增加，小基站為解決室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)覆蓋提供了新手段，開啟室內(nèi)覆蓋的新局面，為更好地完善5G網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)覆蓋提供了新方法。

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作者簡介：楊丁一（1982-），男，漢族，河南林州人，本科，研究方向：無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化;龐松濤（1985-），男，漢族，河南西華人，本科，研究方向：無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃優(yōu)化。