有源小基站成為5G熱寵

5G由于其高工作頻段、大傳輸帶寬的特點(diǎn)，帶來(lái)了無(wú)線流量的快速增長(zhǎng)，也給運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行5G部署帶來(lái)了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)無(wú)源室分系統(tǒng)的工作頻段在800MHz-2.7GHz，在5G高頻段下（例如3.5GHz）不能針對(duì)其進(jìn)行平滑升級(jí)，同時(shí)室外覆蓋室內(nèi)也因?yàn)轭l段問(wèn)題而遇到瓶頸。由此，尤其是對(duì)于3.5GHz頻段而言，需要構(gòu)建基于小基站的有源室分系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，在滿足室內(nèi)的高速上網(wǎng)需求的同時(shí)為未來(lái)升級(jí)提供可能，而大量部署5G有源小基站將明顯提升網(wǎng)絡(luò)部署成本，成為運(yùn)營(yíng)商需要面對(duì)的重要問(wèn)題。

對(duì)于有源室分小基站，其架構(gòu)通常為分布式的BBU+交換機(jī)+RRU三級(jí)架構(gòu)，按部署場(chǎng)景，可以將BBU部署于建筑物中心機(jī)房，交換設(shè)備置于各層弱電井，遠(yuǎn)端單元負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)用戶覆蓋。在BBU側(cè)可以通過(guò)小區(qū)合并和分裂為動(dòng)態(tài)滿足不同的場(chǎng)景容量需求。另一方面基于有源小基站有利于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位、故障監(jiān)控等無(wú)源室分無(wú)法處理的新功能。

目前以華為Lampsite、中興Qcell、愛(ài)立信Dot為代表的有源室分系統(tǒng)成為5G室內(nèi)主流方案。

4T4R為什么成為3.5GHz標(biāo)配？

一直以來(lái)，在5G室內(nèi)小基站產(chǎn)業(yè)鏈里有個(gè)基本共識(shí)，對(duì)于3.5GHz，4T4R是RRU多天線的標(biāo)配。首先，受限于安裝空間，室內(nèi) 5G 網(wǎng)絡(luò)無(wú)法安裝體積較大的 Massive?MIMO（64T64R）天線， 只能選擇體積較小的 MIMO 天線；而從覆蓋角度看，3.5GHz的4T4R可以達(dá)到與1.8GHz的LTE同覆蓋；從系統(tǒng)容量角度看，4T4R可以使系統(tǒng)容量最大化；而且因?yàn)?G終端為2T4R，4T4R的小基站也與其能力相匹配。

下圖為截自華為公司的室內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)白皮書的小區(qū)邊緣速率，結(jié)果能夠佐證4T4R的有效性。其使用了3GPP38.900協(xié)議定義的室內(nèi)非視距場(chǎng)景傳播模型，考慮一堵室內(nèi)建筑物墻體損耗、頭端發(fā)射功率與4G相近：

當(dāng)射頻頭端選擇2T2R時(shí)，若考慮頭端發(fā)射功率為250mW，其覆蓋和容量都會(huì)較4T4R有所降低，但我們?nèi)绻M(jìn)一步分析，其指標(biāo)的降低并非沒(méi)有應(yīng)用場(chǎng)景。首先，從容量上來(lái)說(shuō)，可以將室內(nèi)覆蓋場(chǎng)景分為熱點(diǎn)高容量以及較低容量場(chǎng)景，對(duì)于人流密度較大的交通樞紐、大型酒店可以定義為熱點(diǎn)高容量場(chǎng)景，需要高吞吐的網(wǎng)絡(luò)解決方案進(jìn)行覆蓋，而對(duì)于較低容量需求的室內(nèi)覆蓋場(chǎng)景，2T2R也是有應(yīng)用空間的，同時(shí)結(jié)合有源小基站的小區(qū)分裂能力，可以通過(guò)較4T4R更高的小區(qū)分裂數(shù)達(dá)到相同的系統(tǒng)總體峰值速率。?

從覆蓋的角度，2T2R的鏈路預(yù)算結(jié)果中可以看到，室內(nèi)覆蓋的瓶頸在于下行數(shù)據(jù)信道，如下表所示。那么，如果提升小基站發(fā)射功率，是可以達(dá)到上下行均衡的目的，從而提升覆蓋的。

2T2R 500mW的創(chuàng)新性探索

每通道250mW（24dBm）是目前業(yè)界對(duì)小基站發(fā)射功率的共識(shí)，也是3GPP對(duì)室內(nèi)站的功率要求，但究其來(lái)源無(wú)外乎是室內(nèi)發(fā)射功率對(duì)人體的輻射環(huán)評(píng)影響，如果我們已論證4T4R 250mW沒(méi)有環(huán)評(píng)問(wèn)題，那么總功率一致的2T2R 500mW也不存在這方面的瓶頸。

接下來(lái)看當(dāng)發(fā)射功率提升3dB，鏈路預(yù)算上又發(fā)生了什么變化？此時(shí)上下行可以實(shí)現(xiàn)同覆蓋！

意義在哪里？

那么，為什么要將一個(gè)低配的2T2R提出來(lái)還要做產(chǎn)業(yè)界目前沒(méi)有的設(shè)備創(chuàng)新呢？主要在于成本！5G時(shí)代每頭端覆蓋范圍小，需要部署大量RRU，所以RRU的成本會(huì)變得很敏感。

從目前RRU設(shè)計(jì)架構(gòu)來(lái)講，由4T4R降配至2T2R（考慮500mW高功率），經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)整體成本或可下降30%左右。首先，因處理計(jì)算量增大，由2T2R到4T4R將影響FPGA的選型，成本預(yù)估將下降20%-30%；其次，在收發(fā)信機(jī)芯片方面，4T4R需要兩片ADI雙通道芯片或一片ADI 4通道芯片，成本將差至少20%；RF部分，4T4R將較2T2R成本翻倍；最后是外圍電路/結(jié)構(gòu)/生產(chǎn)方面，也會(huì)有少許成本降低。當(dāng)然以上數(shù)值預(yù)估都是基于芯片非批量采購(gòu)的基礎(chǔ)上的，批量采購(gòu)的數(shù)字會(huì)有所不同。

另外，從前傳帶寬來(lái)看，2T2R較4T4R降低一半容量需求，例如4T4R 100MHz采用Option8切分方式時(shí)前傳速率約18Gbps，采用1/2壓縮，對(duì)于10G的POE供電來(lái)說(shuō)已基本到上限了。

難度在哪里？

那么對(duì)于業(yè)界已經(jīng)有的設(shè)備形態(tài)，例如2T2R 250mW，能否快速實(shí)現(xiàn)500mW呢？這就涉及幾方面的問(wèn)題：

首先，2T2R 250mW在不采用DPD的情況下也可以工作，但當(dāng)功率推到500mW時(shí)就要求DPD算法達(dá)到一定精度了；

其次，在設(shè)備初始設(shè)計(jì)時(shí)，需要預(yù)留功率提升空間，這里不止包括對(duì)PA和濾波器需要更換，對(duì)于系統(tǒng)的電源規(guī)劃設(shè)計(jì)和熱分布設(shè)計(jì)也有變化，所以會(huì)存在在既定設(shè)計(jì)上不能直接提升功率的問(wèn)題。???

最后一句

任何的創(chuàng)新嘗試都會(huì)經(jīng)過(guò)設(shè)備開發(fā)、測(cè)試驗(yàn)證等迭代環(huán)節(jié)才能趨于穩(wěn)定，對(duì)于2T2R 500mW，需要對(duì)其進(jìn)行完整的射頻測(cè)試及覆蓋性能測(cè)試，來(lái)看是否真正能在產(chǎn)業(yè)界推廣，讓我們拭目以待。