王東洋，郭希蕊，張 琳，張 濤（中國聯(lián)通研究院，北京 100048）

1 概述

由于數(shù)字化微站結構簡單，部署方便，且硬件成本遠低于宏站產(chǎn)品，所以全球運營商紛紛布局數(shù)字化微站。該類產(chǎn)品主要應用于室內(nèi)覆蓋場景，以解決CBand、毫米波穿透能力較弱而無法滿足室內(nèi)覆蓋要求的問題，同時也可以應用于室外特殊場景補弱和吸熱；同時數(shù)字化微站將為垂直行業(yè)提供特色的、差異化服務能力，所以未來幾年數(shù)字化微站將持續(xù)、爆發(fā)增長。面對市場的巨大需求，諸多芯片廠商、射頻廠商紛紛參與小站產(chǎn)品各個環(huán)節(jié)研發(fā)和設計工作，從而加快了該行業(yè)及產(chǎn)品的快速迭代、健康發(fā)展。

本文把除華為、中興、愛立信、諾基亞、大唐等傳統(tǒng)電信設備制造商外的廠商所提供的數(shù)字化微站產(chǎn)品稱為社會化基站。目前國內(nèi)有數(shù)十家企業(yè)提供社會化基站產(chǎn)品、解決方案等服務。本文通過對4G/5G社會化基站系列產(chǎn)品進行深入研究，分析不同應用場景下的產(chǎn)品部署方案，對4G/5G 社會化基站系列產(chǎn)品的大規(guī)模部署和應用給出了一些思考和建議。

2 社會化基站分類

根據(jù)功能不同，社會化基站產(chǎn)品可以分為基站類產(chǎn)品和直放站類產(chǎn)品，兩者最大區(qū)別就是基站類產(chǎn)品自帶了基帶資源，而直放站類產(chǎn)品沒有基帶資源。從發(fā)射功率差異的維度來看，基站類產(chǎn)品又分為低功率微站、中功率室外微站，直放站類產(chǎn)品也分為大功率直放站、中功率數(shù)字直放站、低功率微分布系統(tǒng)，具體見圖1。

圖1 社會化基站產(chǎn)品分類

圖1 中的基站類設備主要是基于通用處理器開發(fā)，支持的小區(qū)數(shù)和用戶數(shù)略低，相對于傳統(tǒng)電信制造商的產(chǎn)品，具有成本優(yōu)勢；直放站類設備主要是通過射頻耦合或者無線耦合信源，實現(xiàn)覆蓋范圍的延伸，成本優(yōu)勢更加明顯。

2.1 基站類產(chǎn)品

社會化基站類產(chǎn)品類型較多，包括擴展型微站、企業(yè)級/家庭級一體化微站、室外微站等產(chǎn)品。當前5G 社會化基站協(xié)議棧采用通用的X86 服務器+FPGA板卡或Soc 芯片來處理，然后根據(jù)不同場景需求將基帶資源、射頻模塊集成處理，或分立拉遠處理等方式，從而產(chǎn)生一體化產(chǎn)品和擴展型產(chǎn)品。

擴展型微站由主機單元、擴展單元、遠端單元組成，如圖2所示。

圖2 擴展型微站網(wǎng)絡架構

a）主機單元負責基站的協(xié)議棧處理，操作維護功能。

b）擴展單元負責遠端單元的IQ 數(shù)據(jù)下行分發(fā)、上行匯聚、時鐘同步、POE 供電等，包含CPU 處理模塊、FPGA匯聚與分發(fā)模塊、PSE供電與外圍電路模塊。

c）遠端單元為小功率RRU設備，具備射頻收發(fā)功能（內(nèi)置天線），包含CPU 控制模塊、傳輸接口模塊、POE供電與外圍電路模塊、RF收發(fā)模塊。

按照網(wǎng)絡制式，當前現(xiàn)網(wǎng)采用的4G擴展型微站支持4G 模式，未來5G 多模擴展型微站將會支持4G、5G雙模式。

一體化微站將主機單元、射頻單元和天饋一體化集成設計的微功率設備，它也可以通過光纖拉遠的方式單獨或外接天線部署，該產(chǎn)品可靈活地通過固網(wǎng)寬帶接入到核心網(wǎng)，具備即插即用的功能特性，可快速解決網(wǎng)絡部署需求。一體化微站按應用場景分為企業(yè)級和家庭級。

擴展型微站、一體化微站均屬于低功率微站序列，該類產(chǎn)品的單通道最大發(fā)射功率不超過1 W，大部分為mW 級。例如現(xiàn)網(wǎng)采用的4G 擴展型/一體化微站功率為毫瓦級（50/100/125 mW），射頻發(fā)射支持2T2R方式，覆蓋半徑較小，主要應用于室內(nèi)廣覆蓋和擴容，該類產(chǎn)品參數(shù)如表1 所示。

從表1中可以看出，4G擴展型/一體化微站系統(tǒng)支持10/20 MHz 帶寬，單用戶的下行峰值速率高達73/148 Mbit/s，上行峰值速率高達24/49 Mbit/s，足以滿足4G 網(wǎng)絡運維的要求。未來5G 擴展型/一體化微站單通道發(fā)射功率將會高達500 mW，并且支持100 MHz的系統(tǒng)帶寬以及4T4R 的射頻方式，峰值速率將會達到1 Gbit/s 以上，并支持級聯(lián)更多遠端單元、更大的拉遠距離等。

表1 4G基站類產(chǎn)品——微站性能

室外微站/低容量宏站支持更大發(fā)射功率，最高可到100 W，主要用于室外廣覆蓋，如農(nóng)村和郊區(qū)等，以及用于特殊區(qū)域補弱補盲覆蓋。該類產(chǎn)品由主機單元和遠端單元組成，主機單元一般與室內(nèi)擴展型微站通用。

現(xiàn)網(wǎng)4G 室外微站/低容量宏站支持帶寬為5 和10 MHz，射頻支持1T1R、2T2R方式，具體參數(shù)見表2。

表2 4G基站類產(chǎn)品——室外微站/宏站產(chǎn)品性能

從表2可以看出，在系統(tǒng)帶寬為5/10 MHz時，下行單用戶峰值速率為17/35 Mbit/s，上行峰值速率為11/24 Mbit/s。該類5G 產(chǎn)品將支持100/200/300 MHz（共建共享），支持4T4R 方式，發(fā)射功率可選模式也將更多，覆蓋范圍更廣，覆蓋半徑為500 m 以上，系統(tǒng)容量和單用戶峰值速率都將超過1 Gbit/s。

2.2 直放站類產(chǎn)品

大功率直放站分為光纖直放站、無線直放站，前者通過射頻饋入基帶信源方式引入，后者通過無線耦合基帶信源方式引入，該類產(chǎn)品發(fā)射功率都是10 W及以上，架構如圖3所示。

圖3 無線/光纖直放站產(chǎn)品

光纖直放站分為接入單元（MU）和遠端單元（RU）。

a）接入單元接收下行信源耦合進行數(shù)字信號組幀，經(jīng)過光電信號轉(zhuǎn)換后通過光纖傳送至遠端單元，同時將遠端單元上傳的光電信號進行轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號、解幀后成為上行射頻信號傳至基帶信源。

b）遠端單元放大下行射頻信號、接收上行信號，將下行信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換、調(diào)制后通過射頻系統(tǒng)發(fā)送至覆蓋區(qū)域，同時將接收上行信號處理后發(fā)送至接入單元。

直放站產(chǎn)品性能指標包括雜散輻射、隔離度等，4G 現(xiàn)網(wǎng)應用和部署的直放站類產(chǎn)品性能指標如表3所示。

從表3 中可以看出，光纖/無線直放站類產(chǎn)品在不同頻段的雜散輻射指標、帶外抑制指標、系統(tǒng)干擾指標和噪聲系數(shù)均能達到相關要求。未來5G 直放站中將支持1.8 GHz、2.1 GHz、3.5 GHz 頻段，支持55/100 MHz 系統(tǒng)帶寬，射頻方式支持2T2R/4T4R 方式，單通道支持10/20 W甚至更高的發(fā)射功率。

表3 4G直放站類產(chǎn)品性能

中/低功率直放站類產(chǎn)品還有數(shù)字微分布系統(tǒng)，該類產(chǎn)品設備通過無線回傳、鏈狀+星狀結構的多級有源放大方式，并兼容有線接入，可以短時間快速解決低價值盲區(qū)的信號覆蓋問題，但受限于系統(tǒng)容量該類產(chǎn)品只能應用于小微場景覆蓋，其網(wǎng)絡架構如圖4 所示。

圖4 微分布系統(tǒng)網(wǎng)絡架構

現(xiàn)網(wǎng)部署的4G 微分布系統(tǒng)產(chǎn)品的雜散、隔離度、體積、功耗等指標均滿足相關規(guī)范和標準要求，其單通道發(fā)射功率支持100 mW/200 mW/500 mW/2 W，系 統(tǒng)帶寬支持5/10 MHz。未來5G 微分布產(chǎn)品將支持100/250 mW 甚至更高的發(fā)射功率、55/100/200 MHz 系統(tǒng)帶寬、支持2T2R、4T4R方式。

3 社會化基站部署方案

3.1 場景需求

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡覆蓋場景劃分標準從基于話務量逐漸調(diào)整為基于數(shù)據(jù)流量和用戶接入次數(shù)。業(yè)界一般將網(wǎng)絡場景劃分為3 類：高流量口碑場景、中流量重要場景、低流量一般場景，具體標準如表4所示。

表4 網(wǎng)絡覆蓋場景劃分標準

電信運營商面臨的CAPEX/OPEX 壓力越來越大，對投資與收益更加敏感。此時社會化基站系列產(chǎn)品由于造價低、部署靈活等特點，不僅可作為傳統(tǒng)網(wǎng)絡建設有效補充，針對中、低流量場景完善網(wǎng)絡覆蓋，還可以面向行業(yè)用戶提供差異化服務，提升管理效率、降低成本。

3.2 部署方案

社會化基站系列產(chǎn)品主要應用于室內(nèi)的中、低流量覆蓋以及室外廣覆蓋和特殊場景的覆蓋。其具體方案包括新建場景、存量場景和傳統(tǒng)DAS 場景。其中在農(nóng)村、郊區(qū)建議部署低容量社會化宏站；在室內(nèi)中流量場景根據(jù)投資成本、場景價值高低、現(xiàn)場資源是否充足等依次部署一體化微站、擴展型微站、直放站、數(shù)字微分布等產(chǎn)品；在低流量場景依次部署直放站、數(shù)字微分布以及3.5 GHz DAS 變頻等產(chǎn)品。圖5 給出了社會化基站系列產(chǎn)品在不同場景下的部署建議。

圖5 社會化基站系列產(chǎn)品應用場景

在后期網(wǎng)絡建設和社會化系列產(chǎn)品部署時，均需要考慮并滿足運營商共建共享對設備和頻段資源的要求。

3.2.1 新建場景

在新建場景，建議優(yōu)先部署支持4G、5G 網(wǎng)絡的雙模設備產(chǎn)品，如4G/5G 一體化微站、4G/5G 擴展型微站、4G/5G 直放站等。該產(chǎn)品不僅可以滿足4G LTE 2T2R 和5G NR 2T2R/4T4R，還可以自由切換，完全滿足4G 向5G 平滑演進（軟件升級即可實現(xiàn)），簡化了升級流程，降低了網(wǎng)絡投資成本，同時也節(jié)省了設備占用空間資源。

在大型居民區(qū)、中小企寫字樓/政企大樓、三星級以下賓館、4A 級以下景區(qū)等場景下，初期網(wǎng)絡建設目標是廣覆蓋，對網(wǎng)絡容量要求不高，可以部署4G/5G一體化/擴展型微站產(chǎn)品，該類產(chǎn)品均采用光纖/光電復合纜作為傳輸通道，方式靈活。在做網(wǎng)絡設計時還需要考慮并滿足中國聯(lián)通、中國電信共建共享對頻譜資源的要求。

針對特殊場景，如電梯、車庫、小型居民樓等，當需要低成本、快速建設網(wǎng)絡來實現(xiàn)深度覆蓋時，往往采用部署4G/5G 直放站產(chǎn)品。然后結合網(wǎng)絡狀況、現(xiàn)場資源、建設目標等靈活選擇直放站的饋入方式，如光纖、無線。

3.2.2 存量場景

由于存量場景中存在諸多不確定因素以及各種特殊條件，本文僅給出擴展型微站的2 種部署建議方案，如圖6所示。

圖6 4G/5G擴展型微站部署方案（存量）

方案1：將原4G 主機單元、擴展單元和遠端單元升級為支持4G、5G 的設備，此方案可實現(xiàn)最少的設備部署量，減少設備的功耗。

方案2：在原4G 設備基礎上疊加5G 主機單元、擴展單元和遠端單元，該方案同時部署2套系統(tǒng)，且增加了設備的功耗。

通過對2 種方案的對比分析，可以發(fā)現(xiàn)方案1 實施簡單，節(jié)約空間，但是需要更換設備較多，舊設備須搬遷，成本相對較高；方案2 實施復雜，后期維護難度較大，投資成本相對較低。

存量場景中不管4G 是無源分布系統(tǒng)還是擴展型微站，都需要新增1套5G擴展型微站設備。

5G 一體化微站的部署方案與上述2 種方案基本一致，這里不再贅述。

3.2.3 傳統(tǒng)DAS場景

在傳統(tǒng)DAS 場景中通過數(shù)字變頻技術來引入5G信號，實現(xiàn)5G 室內(nèi)覆蓋并利舊現(xiàn)網(wǎng)資源，也是降低5G室分網(wǎng)絡建設成本的熱門方案之一。數(shù)字變頻系統(tǒng)由變頻合路單元、變頻遠端單元和遠端供電單元組成。該系統(tǒng)將下行5G 射頻信號變頻至1 100～1 600 MHz，然后與現(xiàn)網(wǎng)射頻信號通過變頻合路單元進行合路，最后饋入傳統(tǒng)DAS 系統(tǒng)，然后與饋線上的2G/3G/4G 射頻信號合路輸出，最后通過內(nèi)置天線發(fā)射，具體如圖7所示。

圖7 數(shù)字變頻系統(tǒng)部署方案

從圖7 可以看出，該方案不需對原室分系統(tǒng)進行大的改動，只增加變頻合路單元、遠端變頻單元以及遠端供電單元，可實施性較強，而且通過1根饋線可實現(xiàn)2T2R，2 根饋線即可實現(xiàn)4T4R。本方案充分利舊DAS系統(tǒng)，適用于空間資源有限、封閉（如電梯）的低價值場景進行補弱、補盲。

3.3 需要思考的問題

相對于傳統(tǒng)主設備服務商的產(chǎn)品推廣滲透度，社會化基站系列產(chǎn)品尚有較長的歷程要走，一方面需要通過產(chǎn)品、接口標準化來推動產(chǎn)品研發(fā)，另外還需要基于社會化系列產(chǎn)品的優(yōu)勢和場景匹配度等特點在電信運營商大力推廣，同時針對垂直行業(yè)的個性化需求及時推出特定產(chǎn)品及服務，從而迅速在行業(yè)用戶中應用和部署社會化基站系列產(chǎn)品。

通過對4G 社會化基站系列產(chǎn)品在電信運營商中部署分析，發(fā)現(xiàn)缺乏統(tǒng)一的社會化基站設備網(wǎng)管是該系列產(chǎn)品難以大規(guī)模推廣的原因之一。面向眾多社會化基站系列產(chǎn)品及其對應的供應商，運營商往往顧慮部署產(chǎn)品的管控復雜度和效率，因為需要接入并管控多廠家多類型產(chǎn)品對應的網(wǎng)管。

4 結束語

從現(xiàn)網(wǎng)運行的4G社會化基站系列產(chǎn)品來看，其在功能、容量、性能等諸多方面均能滿足中、低流量場景的覆蓋要求，同時也能降低運營商CPAEX 及OPEX 的壓力，提高利潤率。所以在未來部署5G社會化基站系列產(chǎn)品時，技術層面基本沒有風險，從投資和收益角度方面應該大規(guī)模部署和應用該類產(chǎn)品，尤其是面向垂直行業(yè)的應用。

社會化基站系列產(chǎn)品實際部署時應與應用的實際場景高度匹配，從而實現(xiàn)投資、運營雙豐收。從提高網(wǎng)絡管控角度來看，應該盡快部署社會化基站系列產(chǎn)品的統(tǒng)一管控系統(tǒng)，提升網(wǎng)絡運營效率，同時實現(xiàn)網(wǎng)絡運維智能化，并能面向不同用戶提供大數(shù)據(jù)服務和差異化服務。