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作者：Xilinx公司Harpinder S. Matharu 小型蜂窩長期以來一直在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著填補(bǔ)覆蓋空缺的作用。近期對小型蜂窩的熱捧主要源于市場需要更大的網(wǎng)絡(luò)容量來滿足原有的和新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。由于在較高傳輸頻率下，信號的室內(nèi)穿透能力有限，使得蜂窩覆蓋率一直存在問題。這種情況下，小型蜂窩很有可能在提高室內(nèi)覆蓋率和容量方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。雖然小型蜂窩有部署快、覆蓋深、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但也存在嚴(yán)峻的部署挑戰(zhàn)。為克服這些挑戰(zhàn)，小型蜂窩必須與臨近的宏蜂窩和其他小型蜂窩共存，解決回程連接問題并提供可編程能力，從而簡化部署和管理難度，以便控制其給網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營帶來的復(fù)雜性。 同時(shí)，宏蜂窩正在從整體架構(gòu)向分布式架構(gòu)發(fā)展，顯著加大了對遠(yuǎn)程無線電頭端和有源天線技術(shù)的投資。這為我們通過替代架構(gòu)增加網(wǎng)絡(luò)容量和覆蓋率提供了條件。因此，對于應(yīng)采用多快速度、多大數(shù)量的小型蜂窩這個(gè)問題，答案取決于無線通信行業(yè)能夠以多快的速度克服小型蜂窩的部署難題以及分布式宏蜂窩架構(gòu)的推廣程度。本文將討論基站的發(fā)展趨勢和演進(jìn)、使用小型蜂窩的合理性、無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展在未來幾年內(nèi)即將面臨的回程方面難題。 傳統(tǒng)無線基礎(chǔ)設(shè)施采用安裝在基站塔底部的整體基站箱，并通過基站塔頂部的無源天線收取和發(fā)送信號。基站箱和無源天線之間通過同軸電纜連接，概念圖見圖1。 
圖1：描述分布式基站架構(gòu)所帶來的節(jié)能效果。 這種架構(gòu)的主要缺陷是基站箱傳輸?shù)綗o源天線的信號功率會產(chǎn)生大約3dB的損耗。換句話說，基站機(jī)箱發(fā)出的信號功率只有一半能被天線接收到。為解決這個(gè)問題并節(jié)省電力，無線通信行業(yè)轉(zhuǎn)而采用分布式基站架構(gòu)，即把射頻卡(安有功率放大器)從基站機(jī)箱內(nèi)移出，直接安裝在基站塔上臨近天線的位置。這些無線電卡被稱為遠(yuǎn)程無線電頭端(RRH)。使用RRH后，功率放大器更靠近天線，這樣可以避免信號功率損耗。RRH通過光纖與基站箱中的信道卡相連。從信道卡向射頻卡傳輸?shù)凸β收{(diào)制基帶信號最常采用的協(xié)議之一是通用公共無線電接口(CPRI)。與利用同軸電纜傳輸大功率信號相比，在光纖鏈路中傳送低功率信號的損耗微乎其微。 雖然分布式基站架構(gòu)在降低運(yùn)營成本方面效果顯著，但其過渡步伐卻非常緩慢。在塔頂安裝RRH會帶來安裝問題(更大的重量和風(fēng)載)、維護(hù)和可靠性問題，使現(xiàn)場服務(wù)的成本更高以及維修員工技能方面的調(diào)整。但通過提高RRH集成度、增強(qiáng)遠(yuǎn)程現(xiàn)場編程和控制能力以及降低設(shè)備尺寸和重量等方法，可以逐漸克服這些阻礙。此外，分布式基站架構(gòu)還有望解決無線網(wǎng)絡(luò)營運(yùn)商所面臨的另一個(gè)棘手問題，而這有助于加快其在未來幾年內(nèi)的普及速度，即：分布式基站架構(gòu)憑借其高度靈活優(yōu)勢可以有效覆蓋服務(wù)熱點(diǎn)，從而在解決網(wǎng)絡(luò)容量擁塞方面發(fā)揮巨大價(jià)值。
圖2, RRH安裝在建筑物外側(cè)的分布式基站架構(gòu)。 無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商必須持續(xù)增大網(wǎng)絡(luò)容量才能滿足對更高數(shù)據(jù)速率的無止境需求，而有限的頻譜增量正是增大網(wǎng)絡(luò)容量的重大阻礙。通信技術(shù)的改進(jìn)、在LTE和LTE Advanced中使用多個(gè)發(fā)送和接收天線(分集、空間復(fù)用、聚束)以及增加使用Wi-Fi卸載功能，這些都是增大網(wǎng)絡(luò)容量的可行途徑。此外，作為典型的RRH技術(shù)，有源天線系統(tǒng)(AAS)在基站塔上的空間占用量與現(xiàn)有天線相同，且能支持多個(gè)有源天線以實(shí)現(xiàn)聚束，從而有助于提升覆蓋率和容量。但是僅通過技術(shù)改進(jìn)來增加網(wǎng)絡(luò)容量可能還不夠。要想擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量，似乎還必須使用小半徑蜂窩為小規(guī)模用戶提供服務(wù)，特別是在人口密集、容量擁塞最為嚴(yán)重的都市地區(qū)更是如此。需要不斷確定新站地址來安裝新基站。 由于市政部門的審批手續(xù)繁瑣，因此新基站地址(基站塔和用于安裝基站箱的臨近空間)的獲取成本越來越高、耗時(shí)越來越長。安裝基站的主要成本來自物業(yè)獲取成本和工程建設(shè)成本。就典型的基站而言，電子設(shè)備的成本僅占基站總建設(shè)成本的不足20%。在擁擠的城區(qū)或郊區(qū)建立蜂窩基站，除了選址空間有限這個(gè)難題以外，鐵塔的視覺影響也會讓事情變得更糟，造成市政審批難度不斷加大。 采用分布式基站架構(gòu)，可以在距離RRH數(shù)英里外的位置安裝基站箱，從而可以靈活地在建筑物、電線桿旁邊安裝小型RRH單元。這種RRH小型單元可以顯著降低視覺影響，并改善覆蓋效果(臨近最終用戶)。最終，通過中心站對多個(gè)遠(yuǎn)離RRH單元的基站箱(也成為云RAN)進(jìn)行統(tǒng)一控制的這種方法成為可能，這樣多家運(yùn)營商就有可能通過虛擬化技術(shù)來共享高性能硬件。未來，還有可能把基站布置在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，利用臨近應(yīng)用服務(wù)器和應(yīng)用/用戶數(shù)據(jù)的優(yōu)勢來提高網(wǎng)絡(luò)效率，開創(chuàng)新的業(yè)務(wù)和機(jī)遇。另一方面，遠(yuǎn)程無線電頭端也將不斷靠近最終用戶。 分布式基站架構(gòu)部署在擴(kuò)展前端—回程網(wǎng)絡(luò)(front-haul network)或基站與遠(yuǎn)程無線電頭端之間的連接功能方面存在一定的缺陷。目前正在敷設(shè)將RRH連接到基站的專用光纖。同時(shí)也需要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，引入服務(wù)優(yōu)先級分類以維持合適的確定時(shí)延水平和端到端時(shí)間延遲管理，實(shí)現(xiàn)通用介質(zhì)共享。 就在分布式基站架構(gòu)為擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量提供可行性解決方案方面取得緩慢進(jìn)展的同時(shí)，近期小型蜂窩作為一種替代性方案悄然崛起，掀起了新一輪行業(yè)聚焦和一系列創(chuàng)新。小型蜂窩尚無行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)加以規(guī)定。一般來說，小型蜂窩指使用小型緊湊機(jī)箱的完整基站，可方便地安裝在電線桿和建筑物外墻上。小型蜂窩的發(fā)射功率介于250毫瓦到5瓦之間，覆蓋范圍在50米到5千米之間。支持32/64個(gè)以上用戶且半徑為100米的小型蜂窩在人口密集的城區(qū)可能最為常見。小型蜂窩成本極低，預(yù)計(jì)約為典型宏蜂窩的1/10左右�？煽紤]在宏蜂窩機(jī)箱內(nèi)布置由5到10個(gè)甚至更多小型蜂窩組成的集群，作為增大網(wǎng)絡(luò)容量的支持設(shè)備，主要用于滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求�？墒褂眯⌒头涓C網(wǎng)關(guān)控制小型蜂窩，使之與相鄰小型蜂窩和上級宏蜂窩協(xié)調(diào)工作。負(fù)載均衡和蜂窩間干擾管理將是小型蜂窩網(wǎng)關(guān)控制的重要參數(shù)。
圖3，以宏蜂窩輔助集群的方式部署小型蜂窩。 雖然小型蜂窩擁有大量優(yōu)勢，正在強(qiáng)烈地刺激推動行業(yè)創(chuàng)新，但要實(shí)現(xiàn)更廣泛的部署仍面臨著各種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。其中小型蜂窩回程是主要的障礙之一。根據(jù)具體部署場景，能否從回程解決方案工具套件中選取恰當(dāng)?shù)幕爻探鉀Q方案是簡化部署的關(guān)鍵所在。但這會給在小型蜂窩中集成回程技術(shù)帶來相當(dāng)大的難度。使用兩個(gè)機(jī)盒(一個(gè)用于小型蜂窩，一個(gè)用于回程)的方式，從長遠(yuǎn)來看不具可行性。小型蜂窩無線接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)在移動回程層級中新增一層，進(jìn)一步加大了已經(jīng)捉襟見肘的移動回程接入網(wǎng)絡(luò)的壓力。部署小型蜂窩的另一大障礙就是需要行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和真正可互操作的框架，以確保小型蜂窩與相鄰蜂窩和平共存。小型蜂窩應(yīng)像自優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)實(shí)體一樣良好運(yùn)行。如果管理不善、控制不好，蜂窩間干擾協(xié)調(diào)和動態(tài)負(fù)載均衡就會成為問題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)整體性能低下。雖然困難重重，小型蜂窩技術(shù)仍有很大的希望從容應(yīng)對無止境增長的網(wǎng)絡(luò)容量需求。 總而言之，小型蜂窩部署數(shù)量與速度將取決于行業(yè)找到解決小型蜂窩問題解決方法的速度，以及分布式基站架構(gòu)運(yùn)用和推廣的程度。作為擴(kuò)展現(xiàn)有宏蜂窩的遠(yuǎn)程無線電頭端和有源天線系統(tǒng)，在許多情況下具有同樣的吸引力。毫無疑問，分布式基站架構(gòu)和小型蜂窩這兩種創(chuàng)新型技術(shù)將同時(shí)得以部署，共同提高網(wǎng)絡(luò)容量。小型蜂窩部署的簡便性，小型蜂窩回程網(wǎng)絡(luò)的安裝與維護(hù)成本，以及小型蜂窩集群連同宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)的總體性能，預(yù)計(jì)將是影響未來幾年小型蜂窩推廣與使用量的部分主要因素。 |
