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5G小基站迎來大需求,商用部署面臨三大挑戰

4G時代,移動互聯網的繁榮促使了網絡容量需求的不斷增加,80%網絡業務發生在室內場景。進入5G時代,部署頻段更高,室內基站承載的業務比例隨之增大。除公網外,5G還將承載各類垂直行業的室內業務,改變各行各業的生產方式。小基站方案直接影響到5G室內網絡的質量及應用模式,是解決室內覆蓋的重要技術手段。5G小基站產業的成熟也成為運營商迫切關注的熱點問題。

5G網絡對于小基站需求明確

近年來公網及垂直行業數據業務不斷發展,截至2020年初,國內運營商手機上網DOU已接近7GB,2019年12月單月5G用戶DOU更是接近17GB。絕大多數數據業務發生于室內,所以室內場景的覆蓋方案也越來越受重視。

4G時代,室內覆蓋方案的主要解決手段是室外打室內和傳統DAS分布系統。進入5G時代,運營商的主力覆蓋頻段由1.8~2.3GHz提升至2.6~4.9GHz,導致傳統方案存在諸多建設上的困難:

1. 室外打室內的穿損增大約6~10dB,導致室外打室內覆蓋能力大幅降低;

表1 不同頻段路損穿損對比

損耗差(dB)

1.9 GHz

2.6 GHz

3.5 GHz

4.9GHz

室外覆蓋

0

-4.3

-6.38

-10.71

室外覆蓋室內

0

-6.3

-10.38

-16.71

2.無源器件和饋線的頻響性能無法滿足2.7G以上系統建設要求,即3.5G及4.9GHz無法采用DAS室分系統方案;

3.對于2.6GHz,現網4G已部署的傳統DAS超過90%為單路室分,為支持MIMO特性需進行改造,施工有一定難度,還存在新老支路一致性問題。

5G小基站可從技術源頭克服上述傳統室分的建設問題,且光纖部署施工難度小、擴容靈活、支持可視化運維等優點,同時大幅提高網絡容量,提升網絡運維效率。

此外,行業網需求對于5G的發展至關重要,在工廠、港口、能源等多領域對5G技術都提出了應用需求,支撐疫情防控和企業復工復產中,5G技術已經在應急、災備、防控等方面發揮了重要作用。

后疫情時代,工業互聯網、遠程醫療、智能檢疫機器人、在線教育等多種業務應用對于行業網的速率、時延、可靠性等關鍵指標,提出更高要求。

表2 不同業務類型對網絡性能的需求

行業領域

業務場景

網絡性能需求

可靠性需求

隔離性需求

工廠

工業視覺

上行速率:400Mbps/單終端

100.00%

用戶面和控制面數據均不出廠

無線資源盡可能專用

AR維修

時延:20ms

99.90%



AGV配送

時延:20ms

99.90%



園區

視頻監控

上行速率:5Mbps/單終端

時延: 200ms

99%

用戶面數據不出廠

比公網用戶更高級別保障

醫院

醫療檢測與護理

上行速率:100Kbps/單終端

時延: 200ms

定位精度:10米(室內)20米(室外)

99%

用戶面數據不出園區,用戶終端可訪問公網

比公網用戶更高級別保障

遠程實時會診

上行速率:5Mbps/單終端

時延: 100ms

99%



警用業務

可視化調度與現場視頻傳輸

上行速率:5Mbps-15Mbps/單終端

時延: 100ms

99%

保障警用業務高優先級

5G小基站支持靈活的幀結構配置以滿足大上行及低時延業務需求,可通過小區分裂容量提升網絡總體容量,支持可視化運維提升監控能力,同時具備DICT融合能力可支持多業務多場景的融合,可滿足各行各業的多樣性、差異化、碎片化的需求,將在垂直行業室內場景中得到廣泛的應用。

5G小基站相對4G有較大變化

4G發展中后期,隨著室內業務需求量的增加,運營商引入了有源室分,包含分布式皮基站、擴展型皮基站和一體化皮站,主要應用于交通樞紐、大型場館、醫院、酒店、營業廳、咖啡廳等中高價值場景。總體上小基站產品類型已較為全面。

進入5G時代,小基站站型分類與4G類似。考慮到高容量公網及大中型覆蓋行業網的分布式部署需求,目前5G有源室分站型以分布式和擴展型皮基站兩類為主。針對擴展型皮基站,相對于4G產品,5G小站有了更廣泛的應用場景、更高的技術要求、更豐富的功能,及更簡單的網絡架構。

(一) 5G小站應用場景更廣泛

4G的小基站由于在通道數、小區能力、用戶容量等方面較弱,主要應用于酒店、寫字樓等中低價值和小面積區域,解決信號覆蓋率低的問題,提升網絡對數據業務的支持能力。

相比于4G小站, 5G擴皮小站面對更多場景規劃了2T2R/4T4R、5G單模/4G+5G雙模等多樣化產品,同時具備小區分裂能力,可逐漸由中低容量場景拓展至醫院、廠商等高容量場景。同時5G小站支持多業務融合及云化虛擬化等特點,隨著垂直行業需求的逐漸明確,具備部署簡單、擴容靈活的小基站將成為行業網重要的解決方案。

圖1 5G小站應用場景更廣泛

(二) 5G小站技術要求更高

隨著產品類型的增加、性能的提升,適用場景的全面覆蓋,相比于4G,5G小站的站型更多,技術要求也同步提升。首先在基帶資源及射頻指標方面,帶寬要求提升至100MHz、小區數由僅支持單小區擴展為支持最多8個小區、單小區用戶數要求升級為支持200個用戶;其次在設備功率方面,對射頻器件的要求更高,單通道功率要求達到400mW。

表4 4G與5G小站技術指標對比

(三) 5G小站網絡架構更簡單

5G小站整個系統基于三層架構,包括BBU、RHub和pRRU,可通過運營商專用傳輸網直接接入核心網,且由BBU的小區為單位配置cell ID,無需接入安全及匯聚網關。同時,5G小基站架構設計初期就支持標準化的網管南向接口,可統一部署小基站智能網管,相對4G小站的架構及網管的部署上相對簡單。

圖2 5G小站網絡架構圖

(四) 5G小基站功能更豐富

5G小基站采用開放、靈活的系統架構,功能更加豐富。首先支持云化部署、虛擬化部署,可與輕量化MEC的集成,提供低時延、高可靠解決方案;其次5G小基站支持網絡能力開放,通過以太網與已有的物聯網絡擴展連接,由MEC實現5G NR傳輸數據與擴展物聯數據的融合與計算;此外,5G小站通過本地核心網實現無線接入網與核心網之間的數據本地轉發,實現數據流量的本地卸載,保障數據安全。

圖3 5G小站多功能融合框圖

5G小基站商用部署仍面臨挑戰

經過4G時代的技術積累及應用探索,5G小站的發展站在較高的起點上,行業投入較多。但5G網絡的速率、時延和可靠性要求相比4G大幅提升,公網及行業用戶的需求也在不斷攀升,面向商用部署,目前5G小站在技術能力、成本、成熟度等多方面仍存在諸多問題及挑戰。

(一)部分產品成熟度有待提升

目前業內小站廠商已普遍完成2TR 100MHz的產品開發,但在小區數、功耗、用戶容量等功能性能方面尚有待提高,且在多模高帶寬方面的支持能力稍顯不足。同時為了提供更具競爭力的解決方案,小站在整體成本及功耗等方面仍需進一步優化。

(二)產業上下游發展不均衡

與公網及行業對數字化室分產品的需求相對的,當前小基站產業鏈整體上呈現出“中間厚、兩邊薄”的橄欖球型特點,產業資源大多集中在中游的系統和設備集成環節,產業鏈上游的芯片產業投入稍顯不足,方案相對較單一,目前以服務器匹配加速卡方案為主,ARM和SOC方案正在逐步完善中,成熟度有待提升;軟件及下游的落地服務作為運營的一個重要環節,涉及到客戶的交付、創新應用和商業模式的探索,對于室內覆蓋尤為重要,目前還需加大投入、補齊短板,以達到均衡發展,做強產業鏈的目標。

圖4 5G小站產業鏈現狀圖

(三)需重視部署問題

相較已規模部署的傳統DAS,4G擴皮小基站引入較晚,建網成本較高、開通流程復雜。加之部分小站廠家交付落地及運維能力參差不齊,導致擴展型皮站在4G時期的規模應用有限。

針對部署中存在的問題,建議5G小站重視部署問題:第一,加強現網集成能力,與其它網元充分對接,以增強落地部署交付能力;第二,重視產品量產及售后能力提升,建立完善的服務體系,提升運維服務能力;第三,面向規模部署時存在的室內外同頻干擾等突出問題,研究優化方案,提升整體組網性能。

5G是數字經濟時代重要的基礎設施,是我國新基建之首,公網及行業應用的多樣性需求促使5G解決方案不斷豐富。5G小基站部署靈活、容量較高、維護高效,且可支持多種行業及不同場景的建設需求。在后續的發展過程中,應進一步提高產品成熟度,開拓創新,提升網絡性能、降低建設成本、重視部署運維問題,提供最佳解決方案的同時體現最優性價比,并充分均衡上下游產業鏈,面向落地商用打造更加堅實的基礎,與運營商及產業生態鏈實現價值共贏。

作者王東,系中國移動研究院無線與終端技術研究所主任研究員

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