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作者：Xilinx公司Harpinder S. Matharu 小型蜂窩長期以來一直在網絡中發揮著填補覆蓋空缺的作用。近期對小型蜂窩的熱捧主要源于市場需要更大的網絡容量來滿足原有的和新的數據業務需求。由于在較高傳輸頻率下，信號的室內穿透能力有限，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覆蓋率和容量方面發揮關鍵作用。雖然小型蜂窩有部署快、覆蓋深、成本低廉的優點，但也存在嚴峻的部署挑戰。為克服這些挑戰，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，以便控制其給網絡運營帶來的復雜性。 同時，宏蜂窩正在從整體架構向分布式架構發展，顯著加大了對遠程無線電頭端和有源天線技術的投資。這為我們通過替代架構增加網絡容量和覆蓋率提供了條件。因此，對于應采用多快速度、多大數量的小型蜂窩這個問題，答案取決于無線通信行業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的推廣程度。本文將討論基站的發展趨勢和演進、使用小型蜂窩的合理性、無線網絡發展在未來幾年內即將面臨的回程方面難題。 傳統無線基礎設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所帶來的節能效果。 這種架構的主要缺陷是基站箱傳輸到無源天線的信號功率會產生大約3dB的損耗。換句話說，基站機箱發出的信號功率只有一半能被天線接收到。為解決這個問題并節省電力，無線通信行業轉而采用分布式基站架構，即把射頻卡(安有功率放大器)從基站機箱內移出，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低功率調制基帶信號最常采用的協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在降低運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(更大的重量和風載)、維護和可靠性問題，使現場服務的成本更高以及維修員工技能方面的調整。但通過提高RRH集成度、增強遠程現場編程和控制能力以及降低設備尺寸和重量等方法，可以逐漸克服這些阻礙。此外，分布式基站架構還有望解決無線網絡營運商所面臨的另一個棘手問題，而這有助于加快其在未來幾年內的普及速度，即：分布式基站架構憑借其高度靈活優勢可以有效覆蓋服務熱點，從而在解決網絡容量擁塞方面發揮巨大價值。
圖2, RRH安裝在建筑物外側的分布式基站架構。 無線網絡運營商必須持續增大網絡容量才能滿足對更高數據速率的無止境需求，而有限的頻譜增量正是增大網絡容量的重大阻礙。通信技術的改進、在LTE和LTE Advanced中使用多個發送和接收天線(分集、空間復用、聚束)以及增加使用Wi-Fi卸載功能，這些都是增大網絡容量的可行途徑。此外，作為典型的RRH技術，有源天線系統(AAS)在基站塔上的空間占用量與現有天線相同，且能支持多個有源天線以實現聚束，從而有助于提升覆蓋率和容量。但是僅通過技術改進來增加網絡容量可能還不夠。要想擴展網絡容量，似乎還必須使用小半徑蜂窩為小規模用戶提供服務，特別是在人口密集、容量擁塞最為嚴重的都市地區更是如此。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、耗時越來越長。安裝基站的主要成本來自物業獲取成本和工程建設成本。就典型的基站而言，電子設備的成本僅占基站總建設成本的不足20%。在擁擠的城區或郊區建立蜂窩基站，除了選址空間有限這個難題以外，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，可以在距離RRH數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，通過中心站對多個遠離RRH單元的基站箱(也成為云RAN)進行統一控制的這種方法成為可能，這樣多家運營商就有可能通過虛擬化技術來共享高性能硬件。未來，還有可能把基站布置在數據中心內部，利用臨近應用服務器和應用/用戶數據的優勢來提高網絡效率，開創新的業務和機遇。另一方面，遠程無線電頭端也將不斷靠近最終用戶。 分布式基站架構部署在擴展前端—回程網絡(front-haul network)或基站與遠程無線電頭端之間的連接功能方面存在一定的缺陷。目前正在敷設將RRH連接到基站的專用光纖。同時也需要進行技術創新，引入服務優先級分類以維持合適的確定時延水平和端到端時間延遲管理，實現通用介質共享。 就在分布式基站架構為擴展網絡容量提供可行性解決方案方面取得緩慢進展的同時，近期小型蜂窩作為一種替代性方案悄然崛起，掀起了新一輪行業聚焦和一系列創新。小型蜂窩尚無行業標準加以規定。一般來說，小型蜂窩指使用小型緊湊機箱的完整基站，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個以上用戶且半徑為100米的小型蜂窩在人口密集的城區可能最為常見。小型蜂窩成本極低，預計約為典型宏蜂窩的1/10左右。可考慮在宏蜂窩機箱內布置由5到10個甚至更多小型蜂窩組成的集群，作為增大網絡容量的支持設備，主要用于滿足數據業務需求。可使用小型蜂窩網關控制小型蜂窩，使之與相鄰小型蜂窩和上級宏蜂窩協調工作。負載均衡和蜂窩間干擾管理將是小型蜂窩網關控制的重要參數。
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勢，正在強烈地刺激推動行業創新，但要實現更廣泛的部署仍面臨著各種嚴峻的挑戰。其中小型蜂窩回程是主要的障礙之一。根據具體部署場景，能否從回程解決方案工具套件中選取恰當的回程解決方案是簡化部署的關鍵所在。但這會給在小型蜂窩中集成回程技術帶來相當大的難度。使用兩個機盒(一個用于小型蜂窩，一個用于回程)的方式，從長遠來看不具可行性。小型蜂窩無線接入網絡(RAN)在移動回程層級中新增一層，進一步加大了已經捉襟見肘的移動回程接入網絡的壓力。部署小型蜂窩的另一大障礙就是需要行業標準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。小型蜂窩應像自優化網絡實體一樣良好運行。如果管理不善、控制不好，蜂窩間干擾協調和動態負載均衡就會成為問題，導致網絡整體性能低下。雖然困難重重，小型蜂窩技術仍有很大的希望從容應對無止境增長的網絡容量需求。 總而言之，小型蜂窩部署數量與速度將取決于行業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運用和推廣的程度。作為擴展現有宏蜂窩的遠程無線電頭端和有源天線系統，在許多情況下具有同樣的吸引力。毫無疑問，分布式基站架構和小型蜂窩這兩種創新型技術將同時得以部署，共同提高網絡容量。小型蜂窩部署的簡便性，小型蜂窩回程網絡的安裝與維護成本，以及小型蜂窩集群連同宏蜂窩網絡的總體性能，預計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。 |
