|
作者：Xilinx公司Harpinder S. Matharu 小型蜂窩長(cháng)期以來(lái)一直在網(wǎng)絡(luò )中發(fā)揮著(zhù)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(chǎng)需要更大的網(wǎng)絡(luò )容量來(lái)滿(mǎn)足原有的和新的數據業(yè)務(wù)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(wèn)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(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(wèn)題并提供可編程能力，從而簡(jiǎn)化部署和管理難度，以便控制其給網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)帶來(lái)的復雜性。 同時(shí)，宏蜂窩正在從整體架構向分布式架構發(fā)展，顯著(zhù)加大了對遠程無(wú)線(xiàn)電頭端和有源天線(xiàn)技術(shù)的投資。這為我們通過(guò)替代架構增加網(wǎng)絡(luò )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(gè)問(wèn)題，答案取決于無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展在未來(lái)幾年內即將面臨的回程方面難題。 傳統無(wú)線(xiàn)基礎設施采用安裝在基站塔底部的整體基站箱，并通過(guò)基站塔頂部的無(wú)源天線(xiàn)收取和發(fā)送信號�；鞠浜蜔o(wú)源天線(xiàn)之間通過(guò)同軸電纜連接，概念圖見(jiàn)圖1。 
圖1：描述分布式基站架構所帶來(lái)的節能效果。 這種架構的主要缺陷是基站箱傳輸到無(wú)源天線(xiàn)的信號功率會(huì )產(chǎn)生大約3dB的損耗。換句話(huà)說(shuō)，基站機箱發(fā)出的信號功率只有一半能被天線(xiàn)接收到。為解決這個(gè)問(wèn)題并節省電力，無(wú)線(xiàn)通信行業(yè)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(xiàn)的位置。這些無(wú)線(xiàn)電卡被稱(chēng)為遠程無(wú)線(xiàn)電頭端(RRH)。使用RRH后，功率放大器更靠近天線(xiàn)，這樣可以避免信號功率損耗。RRH通過(guò)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(xié)議之一是通用公共無(wú)線(xiàn)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(yíng)成本方面效果顯著(zhù)，但其過(guò)渡步伐卻非常緩慢。在塔頂安裝RRH會(huì )帶來(lái)安裝問(wèn)題(更大的重量和風(fēng)載)、維護和可靠性問(wèn)題，使現場(chǎng)服務(wù)的成本更高以及維修員工技能方面的調整。但通過(guò)提高RRH集成度、增強遠程現場(chǎng)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )營(yíng)運商所面臨的另一個(gè)棘手問(wèn)題，而這有助于加快其在未來(lái)幾年內的普及速度，即：分布式基站架構憑借其高度靈活優(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安裝在建筑物外側的分布式基站架構。 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商必須持續增大網(wǎng)絡(luò )容量才能滿(mǎn)足對更高數據速率的無(wú)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(xiàn)(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(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(xiàn)系統(AAS)在基站塔上的空間占用量與現有天線(xiàn)相同，且能支持多個(gè)有源天線(xiàn)以實(shí)現聚束，從而有助于提升覆蓋率和容量。但是僅通過(guò)技術(shù)改進(jìn)來(lái)增加網(wǎng)絡(luò )容量可能還不夠。要想擴展網(wǎng)絡(luò )容量，似乎還必須使用小半徑蜂窩為小規模用戶(hù)提供服務(wù)，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(lái)安裝新基站。 由于市政部門(mén)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(lái)越高、耗時(shí)越來(lái)越長(cháng)。安裝基站的主要成本來(lái)自物業(yè)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(gè)難題以外，鐵塔的視覺(jué)影響也會(huì )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(xiàn)桿旁邊安裝小型RRH單元。這種RRH小型單元可以顯著(zhù)降低視覺(jué)影響，并改善覆蓋效果(臨近最終用戶(hù))。最終，通過(guò)中心站對多個(gè)遠離RRH單元的基站箱(也成為云RAN)進(jìn)行統一控制的這種方法成為可能，這樣多家運營(yíng)商就有可能通過(guò)虛擬化技術(shù)來(lái)共享高性能硬件。未來(lái)，還有可能把基站布置在數據中心內部，利用臨近應用服務(wù)器和應用/用戶(hù)數據的優(yōu)勢來(lái)提高網(wǎng)絡(luò )效率，開(kāi)創(chuàng )新的業(yè)務(wù)和機遇。另一方面，遠程無(wú)線(xiàn)電頭端也將不斷靠近最終用戶(hù)。 分布式基站架構部署在擴展前端—回程網(wǎng)絡(luò )(front-haul network)或基站與遠程無(wú)線(xiàn)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(zhuān)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(lèi)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)現通用介質(zhì)共享。 就在分布式基站架構為擴展網(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(wú)行業(yè)標準加以規定。一般來(lái)說(shuō)，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(xiàn)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(hù)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(jiàn)。小型蜂窩成本極低，預計約為典型宏蜂窩的1/10左右�？煽紤]在宏蜂窩機箱內布置由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 )容量的支持設備，主要用于滿(mǎn)足數據業(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)調工作。負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。
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?jì)?yōu)勢，正在強烈地刺激推動(dòng)行業(yè)創(chuàng )新，但要實(shí)現更廣泛的部署仍面臨著(zhù)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(chǎng)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(jiǎn)化部署的關(guān)鍵所在。但這會(huì )給在小型蜂窩中集成回程技術(shù)帶來(lái)相當大的難度。使用兩個(gè)機盒(一個(gè)用于小型蜂窩，一個(gè)用于回程)的方式，從長(cháng)遠來(lái)看不具可行性。小型蜂窩無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )(RAN)在移動(dòng)回程層級中新增一層，進(jìn)一步加大了已經(jīng)捉襟見(jiàn)肘的移動(dòng)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?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò )實(shí)體一樣良好運行。如果管理不善、控制不好，蜂窩間干擾協(xié)調和動(dòng)態(tài)負載均衡就會(huì )成為問(wèn)題，導致網(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對無(wú)止境增長(cháng)的網(wǎng)絡(luò )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(yè)找到解決小型蜂窩問(wèn)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(wú)線(xiàn)電頭端和有源天線(xiàn)系統，在許多情況下具有同樣的吸引力。毫無(wú)疑問(wèn)，分布式基站架構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(jiǎn)便性，小型蜂窩回程網(wǎng)絡(luò )的安裝與維護成本，以及小型蜂窩集群連同宏蜂窩網(wǎng)絡(luò )的總體性能，預計將是影響未來(lái)幾年小型蜂窩推廣與使用量的部分主要因素。 |
