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【技術分享】詳解5G時代的宏基站與小基站

2019-05-17

  基站的簡介:基站是公用移動通信無線電的臺站。目前,在5G時代,“宏基站為主,小基站為輔”的組網方式是未來網絡覆蓋提升的主要途徑。主要是5G時期采用3.5G及以上的頻段,在室外場景下覆蓋范圍減小,加上由于宏基站布設成本較高,因此,需要小基站配合組網。根據3GPP 制定的規則,無線基站可按照功能可劃分為四大類,分別為宏基站、微基站、皮基站和飛基站。

  宏基站和小基站的主要區別:從設備劃分方面,移動通信基站主要分為一體化基站和分布式基站。一體化基站分為基帶處理單元(BBU)、射頻處理單元(RRU)和天饋系統包括三部分,而分布式基站是指小型RRU,需要連接BBU 才能正常使用。從體積劃分方面,宏基站和小基站的區別在于,小微基站設備統一在一個柜子加天線即可實現部署,體積較小。宏基站需要單獨的機房和鐵塔,設備、電源柜、傳輸柜、和空調等分開部署,體積較大。小基站的優點方面:目前小基站成為宏基站的有效補充,主要是小基站信號發射覆蓋半徑較小,適合小范圍精確覆蓋,而且部署較容易(高移動性和高速的無線接入) 、靈活(不容易受障礙物的遮擋,提升信號覆蓋效率,提升宏基站信號的有效延伸)、和可根據不同的應用場景(購物中心、地鐵、機場、隧道內等),作出相應的小基站設備和網絡建設模式,以提升信號需求。

  小基站的簡介:小基站主要專注熱點區域的容量吸收和弱覆蓋區的信號增強,信號覆蓋范圍從十幾米到幾百米。在3G時代已開始應用,以家庭基站作為3G網絡室內覆蓋和業務分流的重要方案。在2G時代,由于宏基站覆蓋范圍較廣,室內主要采用室分系統為主,小基站應用場景相對有限。在3G時代,由于仍然以采取宏基站覆蓋為主,加上3G時代過度至4G時代迅速,所以小基站應用不廣泛。在4G時代,業務以移動業務和數據為主,并在解決接入速率和吞吐量等技術大幅提升,因此小基站發展也有限。但仍然解決不了從4G時代過度到5G時代的需求,包括:1) 未能滿足巨大的設備連接數密度、毫秒級的端到端時延等技術和服務需求。2) 由于5G頻段的上移,也使網絡覆蓋能力的下降。3) 目前80%的數據流程量來自室內的熱點區,包括辦公場地、商場、廣場和公交地鐵等場景。如營運傳統室內分布系統(如DAS)進行室內覆蓋,則成本太高。在5G時代,“宏基站為主,小基站為輔”的組網方式有效補充(解決)4G網絡覆蓋的問題,如超高流量密度、超高數據連接密度和廣覆蓋等場景。值得一提的是,2016年全球小型基站設備出貨量為170萬站,同比增長43%;市場規模達15億美元,同比增長15%。

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  圖表1:5G 時代基站類型       圖表2: 5G 時代室分建設需要解決的問題

  取替DAS,小基站在5G時代成為主要室內覆蓋系統:在4G時代前期,運營商在室外場景主要以宏基站建設為主,在室內場景主要以傳統室分系統(DAS)。在4G時代后期,由于DAS維護難度加大,以及難以支持未來5G時代的新規格,包括:I) 難以支持5G時代的3.5GHz及以上的高頻或Massive MIMO的要求;II) 宏基站建設成本更高 (基站設計和選址難度增加) ; III) 由于傳統DAS采用無源器件,無法獲得5G時代的實時設備數據,因而小基站開始作覆蓋補充。在5G時代,由于每個5G宏基站信號覆蓋范

  圍更小 (主要是5G 載波頻率大幅提升),但5G 新業務(應用)對室內覆蓋體驗提出更高要求(主要是熱點區域容量成千倍提升)。根據2017年華為X Labs發布的5G 十大應用場景白皮書,主要為云VR/AR、車聯網、智能制造、智能能源、無線醫療、無線家庭娛樂、聯網無人機、社交網絡、個人AI 助手和智慧城市。小基站方面,由于小基站具有結構簡單、部署和擴容方便;其產業鏈成熟有助降低部署成本,因此小基站在4G時代后期已開始代替DAS在室內應用,并在5G時代成為網絡建設中的重要設備

  (主要是施工簡單和成本大幅降低),因而獲得更廣泛應用。宏基站和小基站通過UDN配合得更佳:由于5G需要選取更多的頻譜資源以及滿足更大的流量增長,以及需要針對廣覆蓋、熱點高容量、低時延高可靠和大規模MTC 等業務網絡場景需求。超密集組網(UDN,Ultra-Dense Network)是建基于微基站相關的技術路徑。UDN用于新增宏基站建設增加單位面積內微基站密度是解決熱點地區移動數據流程量快速增長的重要選擇方案。超密集組網下宏基站和小基站配合更加緊密。值得一提的是,在4G時代,小基站建設常常滯后于宏基站,主要是4G建網初期,網絡建設將仍以宏基站為主,而室外小基站則以后期補充覆蓋為主,而數字化小基站則以補充室內流量熱點區域的覆蓋為主。但由于5G頻段的上移,以及室內覆蓋的不足等問題在建設初期已明顯,5G 小基站有望與宏基站實現同期部署,我們預計2020年,小基站市場將有較快的成長空間。

  小基站市場規模有望突破千億元:根據SCF 預測,2015年至2025年小基站建置數量

  復合成長率為36%至7,000萬站。保守假設未來5年,小基站建設數量為1,000萬站,

  每座小基站單價約1萬元,則5G小基站市場規模有望超過1,000億元市值。


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