基于细分场景的5G小基站部署研究

宋仕斌，杜 廷，邓力为

（1.四川公众项目咨询管理有限公司，四川 成都 610058；

2.四川大学锦江学院 电气与电子信息工程学院，四川 眉山 620860）

0 引言

5G宏站高频段部署限制了5G NR（New Radio）宏站信号对高层商务楼宇室内3D立体覆盖性能和深度覆盖能力，难以满足CBD（Central Business Center）等大型商务楼宇5G信号深度覆盖要求。根据3GPP（3rd Generation Partnership Project）技术规范规定，移动通信基站按照功率可分为宏基站和小基站，其中小基站包括微基站、皮基站和飞基站，主要性能指标如表1所示。

表1 移动通信基站分类及主要指标Table 1 Classification and main indicators of mobile communication base stations

5G小基站具有灵活、敏捷、低能耗、高性价比等特点，能够很好地适配各种各样的需求[2]，可以弥补传统DAS（Distributed Antenna System）方式的不足，为智慧工厂、工业互联网及云平台等数字应用提供高速度、大带宽和低时延的无线网络服务。5G小基站室内信号覆盖也是电信运营商5G业务发展和营销管道增值的主战场。

1 5G小基站应用需求分析

据业界预测，5G网络约85%的业务应用发生在室内场景。如超高清视频、AR、VR等eMBB（Enhanced Mobile Broadband）类具有大带宽、高速率需求业务，对网络具有超高可靠性和超低时延要求的智能制造、远程医疗等uRLLC（Ultra Reliable Low Latency Communications）类业务，对网络容量提出室内深度覆盖要求的智能家居、室内监控和远程抄表等mMTC（Massive Machine Type Communication）类业务。文献[1]提出了典型5G室内业务分类，如表2所示。

表2 典型5G室内业务分类Table 2 Typical 5G Indoor Business Classification

5G室内业务应用场景呈现多样化特征。如民用住宅场景，地铁隧道等封闭式场所特殊场景，大型商场、交通枢纽、体育场馆等开阔空间的“高热点”场景，高端酒店、商务写字楼、学校宿舍等“多隔断”场景。通过室外5G宏站覆盖室内或传统无源分布式天线系统（DAS）难以满足以上业务发展需要。

2 5G小基站技术分析及细分场景部署方案

2.1 5G小基站技术分析

5G小基站包括BBU（Building Baseband Unite）、RHUb（Remote Radio Unit Hub）和pRRU（Pico Remote Radio Unit）三层组网架构，如图1所示。以BBU的小区为单位配置cell ID，无需接入安全及汇聚网关，通过电信运营商IPRAN/STN/PTN等数据承载网接入核心网（5GC）。5G小基站初期架构设计支持网管南向标准化接口，有利于统一部署小基站智能网管。

图1 5G小基站组织架构示意图Figure 1 Organizational Structure of 5G small base station

基带单元（BBU）实现GSM/UMTS/LTE/5G NR多种无线制式的协议栈；汇聚单元（5G HUB）通过CPRI（Common Public Radio Interface）接口与基带单元连接，将IQ数据分发至射频拉远单元，同时对射频拉远单元实现PoE（Power over Ethernet，以太网供电）功能；射频拉远单元具有毫瓦级别发射功率，可靠近用户安装，支持多频多模，有利于充分发挥5G网络的性能。5G小基站与宏基站、DAS的详细对比分析如表3所示。5G小基站在收发通道、扩容升级、室内外协同、网络演进、部署施工、可管可控等诸多方面优于DAS，在功耗、质量、体积、建设成本、不要专门站址和机房等方面优于宏基站，因此特别适用于室外建设成本过高的热点地区和盲区以及室内覆盖区域[3]。

表3 5G宏基站、小基站、DAS综合评价分析表Table 3 Comprehensive Evaluation and Analysis of 5G Macro Base Station，Small Base Station and DAS

2.2 5G小基站分场景部署方案

信号的内部覆盖可以有效解决室外基站不能解决的容量不足、信号差、信号紊乱等问题[4]。根据容量需求可将5G室内用户需求划分为体验场景、覆盖场景和容量场景。体验场景如小型商场、医院客户，对容量需求/网络速率和可接受投资成本适中；5G室内分布系统采用单频或两频+2T2R的经济型产品网络部署为主，平衡投资经济性和用户体验。覆盖场景如办公楼、写字楼、商务中心，建筑结构内部隔断多，部署成本敏感，对网络容量需求较低；此类场景建议采用有源+无源的混合方式，即将pRRU单元的多个通道通过馈线连接多个分布到不同区域的吸顶天线，克服隔断衰减，增大覆盖距离，减少pRRU的数量，实现性价比最优。容量场景如交通枢纽、体育场馆等，此类场景对网络速率/容量需求高，是重点投资和优先保障的场景，5G室分网络应以三频+4T4R豪华型方案为主，以最大带宽和通道数提供最优用户体验。

3 5G小基站建设案例分析

电信运营商应根据客户需求和业务场景特点选择最优的5G小基站系统方案。典型的5G小基站建设案例如下。

3.1 华为5G LampSite部署

华为基于DIS（Digital Indoor System）的5G LampSite系统实现网线+光纤多传输、5G NR+LTE多模、Sub 3GHz+C-Band多频以及eMBB+IoT+导航多业务等四个一体化功能。5G LampSite小基站按照pRRU、RHUB和BBU三层架构部署，如图2所示。其中，RHUB连接BBU和多个pRRU，并支持RHUB级联功能，主要负责CPRI传输数据处理，射频拉远单元pRRU主要负责5G无线射频信号收发、调制及上下行共享信道处理。

图2 5G LampSite小基站网络架构示意图Figure 2 Schematic Diagram of 5G LampSite NodeB Network Architecture

5G LampSite是支持多频多模、4T4R和全光架构的5G室内小站，包含160MHz、200MHz、300MHz等频谱带宽系列pRRU。LampSite EE是5G LampSite小基站建设升级方案。LampSite EE包含方案易部署、5G室内定位、稳定低时延、上行超宽带、高可用网络五大功能集合，可以满足远程控制、视频回传、机器视觉等多样化应用需求。

3.2 中兴5G Qcell部署

中兴5G Qcell解决方案支持1.4GHz和1.8GHz专网频段和MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）功能，具有超大容量、快速部署、灵活扩容以及可视化管理等特点。中兴5G Qcell小基站系统由picoRRU、pBridge和BBU三部分组成。picoRRU采用标准以太网电缆实现组网和PoE供电。QCell系统与5G宏站共网管，pBridge和BBU之间采用光纤直驱传输方式实现5G无线小区资源共享，如图3所示。该方案采用简化的组网架构和网线替代馈线，易于部署，降低了工程复杂程度和维护成本，节省约60%的部署时间。Pico RRU集成多频多模，支持高阶MIMO技术，支持200~300MHz带宽，有利于电信运营商采用独立载波方式实现无线资源共享，可满足室内大带宽、多业务需求。

图3 中兴5G Qcell室内覆盖部署方案示意图Figure 3 Deployment scheme of ZTE 5G Qcell indoor coverage

本方案充分利用数字室分多频段、多制式、弹性容量的特性，根据实际业务需求配置容量载波或者IoT载波，通过软件配置分裂多个小区来提升5G NR空口容量和智能终端连接数；将多个Pico RRU合并成一个超级小区减少了切换和干扰，全链路可监控，故障响应及时，并可以通过软件配置灵活调整小区容量以及灵活调度无线资源。

3.3 室外5G小基站渗透式专项覆盖

爱立信基于5G NR的小基站解决方案Radio Dot System已在某些5G专频专网中部署。新华三的5G云化小基站、京信5G云小站等5G室外小基站部署方案站址易选、部署便捷、外形易美化，可以实现对居民区及沿街商铺渗透式专项覆盖，通过“吸热”和“补盲”弥补5G宏站室内信号覆盖不足的问题。5G室外小基站分为分布式的微RRU以及一体化的微基站。该类部署方案安装方式灵活并支持横向安装，通过将水平波瓣转化为垂直波瓣来增强较高楼层的信号覆盖效果；集成LTE频段的双频5G NR室外小基站在NSA非独立组网中能够自带锚点快速部署，在5G SA独立网络中实现4/5G共部署和渗透式专项覆盖。

4 5G小基站发展趋势分析及应用前景展望

为保护电信运营商投资，建议对现网中的DAS资源开展评估，对可支持2.6GHz频段的DAS进行利旧合路2.6GHz NR信源，或者通过LTE重耕5G NR的方式实现室内5G信号快速覆盖，通过多通道联合收发方案提升无源DAS系统容量。5G小基站未来可通过共建共享方式实现多家运营商分担网络建设成本，加快5G网络部署，共享频谱资源，增加频谱带宽，提升用户体验。

电信运营商应基于5G云网融合发展趋势，围绕5G行业专网特点和定制化需求，打造“连接+算力+能力”综合服务，充分发挥数字化、分布式部署和泛在接入的优势。如文献[6]提出面向行业打造具备“网络极简化、能力模块化、服务一体化、部署敏捷化、运维智能化”五大能力要素的5G智简小基站建设方案，如图4所示，以满足千行百业对“能力定制、成本可控、部署敏捷、使用简便”的未来业务发展需求。

5 结语

随着5G应用不断普及以及向2B领域不断扩展，大量室内场景对5G小基站的建设需求快速增长。5G小基站可通过5G MEC部署或UPF下沉方式降低时延，结合MEC移动边缘计算能力，通过无线算法从多维度进行优化。随着5G终端渗透率的持续提高和毫米波产业的不断发展，建议电信运营商在大型体育场馆、会展中心、演唱会等热点场景部署毫米波网络满足室内大容量、大带宽的5G应用和业务发展。