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【通信技术】5G小基站迎来大需求 商用部署面临三大挑战

来源:中国电子报    原作者:王东    

4G时代,移动互联网的繁荣促使网络容量需求不断增加,80%网络业务发生在室内场景。进入5G时代,部署频段更高,室内基站承载的业务比例随之增大。除公网外,5G还将承载各类垂直行业的室内业务,改变各行各业的生产方式。小基站方案直接影响到5G室内网络的质量及应用模式,是解决室内覆盖的重要技术手段。5G小基站产业的成熟也成为运营商迫切关注的热点问题。

5G网络对小基站需求明确

近年来公网及垂直行业数据业务不断发展,截至2020年初,国内运营商手机上网DOU已接近7GB,2019年12月单月5G用户DOU更是接近17GB。绝大多数数据业务发生于室内,所以室内场景的覆盖方案也越来越受重视。

4G时代,室内覆盖方案的主要解决手段是室外打室内(室外基站信号打入室内)和传统的DAS分布系统。进入5G时代,运营商的主力覆盖频段由1.8GHz~2.3GHz提升至2.6GHz~4.9GHz,导致传统方案存在诸多建设上的困难:

首先,室外打室内的穿损增大约6~10dB,导致室外打室内覆盖能力大幅降低;其次,无源器件和馈线的频响性能无法满足2.7G以上系统建设要求,即3.5G及4.9GHz无法采用DAS室分系统方案;最后,对于2.6GHz,现网4G已部署的传统DAS超过90%为单路室分,为支持MIMO特性需进行改造,施工有一定难度,还存在新老支路一致性问题。

5G小基站可从技术源头克服上述传统室分的建设问题,且具有光纤部署施工难度小、扩容灵活、支持可视化运维等优点,同时可大幅提高网络容量,提升网络运维效率。

此外,行业网需求对于5G的发展至关重要,在工厂、港口、能源等多领域对5G技术都提出了应用需求,支撑疫情防控和企业复工复产中,5G技术已经在应急、灾备、防控等方面发挥了重要作用。

后疫情时代,工业互联网、远程医疗、智能检疫机器人、在线教育等多种业务应用对于行业网的速率、时延、可靠性等关键指标,提出更高要求。

5G小基站支持灵活的帧结构配置以满足大上行及低时延业务需求,可通过小区分裂容量提升网络总体容量,支持可视化运维提升监控能力,同时具备DICT融合能力,可支持多业务多场景的融合,可满足各行各业的多样性、差异化、碎片化的需求,将在垂直行业室内场景中得到广泛的应用。

5G小基站比4G小基站要求更高

4G发展中后期,随着室内业务需求量的增加,运营商引入了有源室分,包含分布式皮基站、扩展型皮基站和一体化皮站,主要应用于交通枢纽、大型场馆、医院、酒店、营业厅、咖啡厅等中高价值场景。总体上小基站产品类型已较为全面。

进入5G时代,小基站站型分类与4G类似。考虑到高容量公网及大中型覆盖行业网的分布式部署需求,目前5G有源室分站型以分布式和扩展型皮基站两类为主。针对扩展型皮基站,相对于4G产品,5G小站有了更广泛的应用场景、更高的技术要求、更丰富的功能,及更简单的网络架构。

5G小站应用场景更广泛。4G的小基站由于在通道数、小区能力、用户容量等方面较弱,主要应用于酒店、写字楼等中低价值和小面积区域,解决信号覆盖率低的问题,提升网络对数据业务的支持能力。

相比于4G小站,5G扩皮小站面对更多场景规划了2T2R/4T4R、5G单模/4G+5G双模等多样化产品,同时具备小区分裂能力,可逐渐由中低容量场景拓展至医院、厂商等高容量场景。同时5G小站支持多业务融合及云化虚拟化等特点,随着垂直行业需求的逐渐明确,具备部署简单、扩容灵活的小基站将成为行业网重要的解决方案。

5G小站技术要求更高。随着产品类型的增加、性能的提升,适用场景的全面覆盖,相比于4G,5G小站的站型更多,技术要求也同步提升。首先在基带资源及射频指标方面,带宽要求提升至100MHz、小区数由仅支持单小区扩展为支持最多8个小区、单小区用户数要求升级为支持200个用户;其次在设备功率方面,对射频器件的要求更高,单通道功率要求达到400mW。

5G小站网络架构更简单。5G小站整个系统基于三层架构,包括BBU、RHub和pRRU,可通过运营商专用传输网直接接入核心网,且由BBU的小区为单位配置cell ID,无需接入安全及汇聚网关。同时,5G小基站架构设计初期就支持标准化的网管南向接口,可统一部署小基站智能网管,相对4G小站的架构及网管的部署上相对简单。

5G小基站功能更丰富。5G小基站采用开放、灵活的系统架构,功能更加丰富。首先支持云化部署、虚拟化部署,可与轻量化MEC的集成,提供低时延、高可靠解决方案;其次5G小基站支持网络能力开放,通过以太网与已有的物联网络扩展连接,由MEC实现5G NR传输数据与扩展物联数据的融合与计算;此外,5G小站通过本地核心网实现无线接入网与核心网之间的数据本地转发,实现数据流量的本地卸载,保障数据安全。

5G小基站商用部署面临三个挑战

经过4G时代的技术积累及应用探索,5G小站的发展站在较高的起点上,行业投入较多。但5G网络的速率、时延和可靠性要求相比4G大幅提升,公网及行业用户的需求也在不断攀升,面向商用部署,目前5G小站在技术能力、成本、成熟度等多方面仍存在诸多问题及挑战。

一是部分产品成熟度有待提升。目前业内小站厂商已普遍完成2TR 100MHz的产品开发,但在小区数、功耗、用户容量等功能性能方面尚有待提高,且在多模高带宽方面的支持能力稍显不足。同时为了提供更具竞争力的解决方案,小站在整体成本及功耗等方面仍需进一步优化。

二是产业上下游发展不均衡。与公网及行业对数字化室分产品的需求相对的是,当前小基站产业链整体上呈现出“中间厚、两边薄”的橄榄球型特点,产业资源大多集中在中游的系统和设备集成环节,产业链上游的芯片产业投入稍显不足,方案相对较单一,目前以服务器匹配加速卡方案为主,ARM和SOC方案正在逐步完善中,成熟度有待提升;软件及下游的落地服务作为运营的一个重要环节,涉及到客户的交付、创新应用和商业模式的探索,对于室内覆盖尤为重要,目前还需加大投入、补齐短板,以达到均衡发展,做强产业链的目标。

三是需重视部署问题。相较已规模部署的传统DAS,4G扩皮小基站引入较晚,建网成本较高、开通流程复杂。加之部分小站厂家交付落地及运维能力参差不齐,导致扩展型皮站在4G时期的规模应用有限。

针对部署中存在的问题,建议5G小站重视部署问题:第一,加强现网集成能力,与其它网元充分对接,以增强落地部署交付能力;第二,重视产品量产及售后能力提升,建立完善的服务体系,提升运维服务能力;第三,面向规模部署时存在的室内外同频干扰等突出问题,研究优化方案,提升整体组网性能。

5G是数字经济时代重要的基础设施,是我国新基建之首,公网及行业应用的多样性需求促使5G解决方案不断丰富。5G小基站部署灵活、容量较高、维护高效,且可支持多种行业及不同场景的建设需求。在后续的发展过程中,应进一步提高产品成熟度,开拓创新,提升网络性能、降低建设成本、重视部署运维问题,在提供最佳解决方案的同时体现最优性价比,并充分均衡上下游产业链,面向落地商用打造更加坚实的基础,与运营商及产业生态链实现价值共赢。

注:本文作者王东为中国移动研究院无线与终端技术研究所主任研究员

封面图片来源:拍信网