浅析小基站在5G网络覆盖中的应用

作者:中通服咨询设计研究院有限公司 贝斐峰 华昉 责任编辑:田小梦 2019.08.13 07:08 来源:通信世界全媒体

目前,5G作为未来科技发展的标志之一已经成为世界各大国家争夺的重要高地。中国政府和通信企业也全面推进5G研发创新,为此中国于2018年12月3日发布了5G试验频率使用许可,以推进5G网络的商业进程。

中国颁布的5G试验频率主要有2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz 3个频段。其中4.9GHz频段较高主要作为容量吸收站点补盲,但产业链不够成熟;2.6GHz频率分配给中国移动,与移动现有的3G频率相近,室外可与4G同站覆盖;由于频率较高,3.5GHz频段5G室外覆盖范围小于传统3G/4G网络,需要通过大规模部署小基站,采取“宏小结合”的方式实现室外覆盖。此外,传统DAS系统支持的最高频段为2.7GHz左右,因此3.5GHz频段的5G室内覆盖主要依靠有源室分系统(即毫瓦级分布式小基站,下文统称为有源室分系统),3.5GHz频段5G网络室内覆盖与传统2G/3G/4G网络相比发生了重大变化。

由此可见,小基站在5G网络中将改变以往的“补充”地位,在5G异构网络中起到越来越重要的作用。

5G时代传统覆盖方式的困境和小基站的作用

小基站具有小型化、低发射功率、可控性好、智能化和组网灵活等特点,其质量一般为2~10kg,发射功率一般为几十mW~5W,覆盖范围一般为10~200m。小基站的组网方式能支持包括DSL/光纤/WLAN及蜂窝技术在内的多种技术的回传,还具备自动邻区识别、自配置等SON功能。

根据功率和设备形态,小基站主要分类见表1。

表1  小基站分类对比

1565619971840071005.png

5G时代传统室外覆盖

传统2G/3G/4G网络的室外覆盖主要依靠宏蜂窝网络部署,小基站主要在地下室等覆盖盲区、商业街等难以部署区域少量应用。在5G时代,5G的高频率限制了宏基站的覆盖能力,本文通过3GPP专门提供适用于5G室外覆盖的传播模型3D Uma模型分析5G在主要部署在密集市区、市区等高数据流量区域的链路预算和覆盖范围。

5G的链路预算流程包括业务速率需求和系统带宽、天线型号、Massive MIMO配置、DL/UL公共开销负荷、发送端功率增益和损耗计算、接收端功率增益/损耗计算,最后得到链路总预算。

根据协议规定,5G采用3D UMA传播模型进行链路预算分析,其中,频率设置为3.5GHz,设备参数暂按目前的设备情况设置,阴影衰落余量参考目前4G的要求,基站天线挂高根据场景不同分别取值,穿透损耗、街道宽度和建筑物高度根据不同地域给出典型参考值。

其中,在小区边缘速率仅为下行10M bit/s /上行1M bit/s的情况下,即使采用64T64R天线,5G的密集城区站间距不到190m(3G/4G一般为300~500m),一般市区站间距不到370m(3G/4G一般为500~800m),均远小于传统3G/4G网络。此外,5G主要部署在密集市区、市区等区域,这些区域建站困难,能选的站址大多在3G/4G时代已经建站,但很难通过大规模新建5G宏基站满足覆盖需求,因此5G室外覆盖大规模建设小基站(主要为瓦级小基站)来覆盖宏站覆盖盲区/忙区,采用“宏小结合”部署策略非常必要。

5G时代传统室内覆盖

在2G/3G/4G时代,运营商解决室内覆盖的主要方案为建设室内无源分布式天线系统(DAS),由于DAS的无源器件支持最高频段为2.7GHz左右,无法支持3.5GHz频段的5G网络,此外过高的频段在馈线中传输损耗太大,因此传统DAS无法承担5G室分覆盖的重任。有源室分系统具有施工方便、速率高、用户感知好、可视可控、与5G兼容的优势,是运营商在5G时代的主要室分覆盖方案。由于有源室分系统具备多方面优点,现网已大量部署,其网络性能稳定,可以满足运营商的网络建设质量和容量的需求。

同时,运营商出于网络设备利用、投资效率等因素的考虑,而且5G主要作为容量吸收层会与4G长期共存,因此原有DAS系统不会很快拆除。此外,DAS室内覆盖系统在电梯、地下停车场、城中村等低流量场景仍具有重要的地位,未来仍将作为4G室内中低流量场景补盲的室内覆盖手段存在。

因此,在5G商用进程推动下,有源室分系统必然发展到规模发展时期,在未来一段时间室内数字化方案将与DAS共存,在新建室内覆盖尤其是5G室内覆盖的规模上会取代曾经DAS在室内覆盖的地位。

小基站在5G网络总体的部署策略

5G网络覆盖部署策略总体上采用“宏小结合,分层立体覆盖”。

·宏基站层:25m以下广域覆盖,主要依靠宏站覆盖。

·小基站层:弥补宏基站覆盖空洞、小区和楼宇的深度覆盖,与室分协同完成室内连续覆盖,主要依靠瓦级小基站覆盖。

·高层覆盖:25m以上小区和楼宇的深度覆盖,主要依靠宏站天线、有源室分系统等手段覆盖。

·室内覆盖:各类室内楼宇覆盖,主要依靠瓦级/毫瓦级一体化小基站+有源室分系统覆盖。

5G网络室外覆盖应用

如图所示,5G网络室外覆盖主要依靠小基站来弥补宏基站覆盖空洞、小区和楼宇的深度覆盖。小基站具有体积小、重量轻、即插即用、自配置、易于安装和维护的优点,其不需要建设机房,增加了网络部署的灵活性,降低了站点租赁费用,实现站点快速补盲、吸热。5G室外覆盖的小基站层主要依靠瓦级小基站覆盖。

1565619907000036846.png

图  宏小结合,分层立体覆盖

小基站的建设主要原则和策略如下。

(1)小基站室外建设原则

由于小基站发射功率小、覆盖距离短、容量低等特点,并不适合成片组网,过多或不当的引入会对网络规划和优化造成较大困难,所以建设时需要遵循以下原则。

一是不能影响宏网覆盖,避免调整周边的宏基站功率、天线倾角等参数。

二是为降低对宏基站的干扰,提高小基站的覆盖效果,室外的小基站宜位于宏基站覆盖区域的中远点或宏网弱覆盖区域,以降低相互干扰。

(2)小基站的站址选择

对于新建小基站,从建设目的出发,可以分为两类。

一是覆盖补盲。选址可通过路测来确定目标覆盖区域,也可通过测量报告等工具初步判断弱覆盖区的位置,再通过路测来精确定位。确定目标覆盖区域后,可选择路灯杆、建筑物外墙或者建筑物楼顶等作为小基站的安装位置,在选址的过程中需重点考虑天线高度的合理性。

二是话务吸热。选址时需要特别注意小区覆盖信号强度、边界信号控制、话务热点分布等。小区容量受限的场景多发生在密集城区、城区,如高档居民区、步行街、车站、商业广场等,适合采用小基站进行容量提升。

(3)小基站与宏基站的协同

小基站建站时要通过合理的邻区配置、站间距设置等技术手段尽量避免或减少与周边宏基站的相互干扰,做好宏小协同。对小基站建设区域的宏基站的信号强度进行评估,避免宏基站信号与小基站信号强度差太小,导致相互间的干扰,有条件的可选择异频组网。

5G网络室内覆盖应用

(1)4G/5G室内覆盖手段对比

3G/4G时代室内连续覆盖依靠宏基站、小基站和无源室分3种手段协同完成。而有源室分因造价高,主要定位于高容量建设,在楼宇内主要部署在高业务区域,楼内低业务区主要依靠微基站和无源室分系统解决。

5G时代,室内连续覆盖主要依靠瓦级/毫瓦级一体化小基站+有源室分系统解决。4G/5G室内覆盖手段对比详见表2。

表2  4G/5G室内覆盖手段对比

22.png

(2)小基站(瓦级/毫瓦级一体化小基站)建设策略

小基站建设目标场景主要如下。

·宏基站覆盖不足且没有室分部署的场景:密集街道、商铺和小型楼宇等。

·有源室分部署困难且单层面积不大的场景:已装修的商务办公楼、酒店宾馆、住院楼,居民楼等。

·有源室分投资效益较低的场景:商场物业办公区、校舍等。

小基站站址选择规划主要如下。

·现网资源和自建:灯杆站、各类美化杆塔。

·第三方资源:街道灯杆塔、楼角等任何可用的位置。

小基站小区规划原则如下。

·在室内与有源室分系统同小区设置。

·无有源室分系统可与宏基站同小区设置。

小基站建设主要存在站址获取困难,密集部署、传输不及时,配套部署困难等问题,可以通过以下手段进行规避和解决。

·设备大小:小型化、隐蔽性,安装灵活;功率可选(高/中/低等),适应多种场景。

·天线要求:辐射角多样化,大张角、窄角可选,方向角和下倾角可调,适合多种场景。

·设备供电方案:支持交流、POE和光电复合缆供电。

·传输:RRU之间支持级连,RRU上行支持网线、光纤和无线回传。

(3)有源室分系统建设策略

·基于业务的部署策略

有源室分系统部署策略建议如下。

在初期,针对eMBB业务,在高校、交通枢纽、医院、大型商场、商务办公楼公共区、会议区等4G高流量场景进行5G容量型建设,对场景内其他区域延伸覆盖。

在中远期,eMTC和uRLLC业务成熟后,保证各类商务楼宇、住宅小区、厂房,商业楼宇公共区,如车库、大厅等,交通、政府公共服务区等业务区覆盖的连续性和容量需求。

·有源室分系统短板及解决建议

有源室分系统有许多优势,但其作为新技术,仍存在一些短板,主要是连续覆盖能力需进一步加强。无源室分系统依靠“多天线、小功率”覆盖策略,在复杂的密集隔断场景中,能够保证信号的连续覆盖,甚至“犄角旮旯”处的有效覆盖。而有源室分系统在覆盖方案上灵活性不够高,远端单元受到价格、体积和重量的限制,部署密度难以保证楼宇内外的连续覆盖。

因此有源室分系统需要提升设备灵活性,确保网络精确、合理部署。

建议远端单元具有容量型和覆盖型两种设备形态。

覆盖型远端单元设备体积小、功率小(每通道几毫瓦)、功能简单(主要收发)。

子母远端单元(设想):容量型远端单元做母RRU,向下级连多个覆盖型远端单元,大大增加组网灵活性。

扩展单元前移:由弱电井前移至平层,且支持光电复合缆供电,并可对下连远端单元通过POE方式供电。

5G商用化进程加快,国内5G网络或将在2019年底商用,届时合理进行5G网络覆盖将成为运营商关注的重点。由于3.5GHZ频段覆盖能力较弱,传统宏蜂窝覆盖无法满足要求,需要规模部署小基站来补盲/补忙,做好宏小协同。室内覆盖则主要依靠有源室分系统替代传统DAS,同时要提升设备灵活性,确保网络精确、合理部署。


发表评论请先登录
...
CWW视点
暂无内容
...
CWW专访
暂无内容
...
产业
    暂无内容