小型蜂窩解析——速度和數(shù)量問題

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(duì)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(hào)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(shì)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(hào)。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(hào)功率會(huì)產(chǎn)生大約3dB的損耗。換句話說，基站機(jī)箱發(fā)出的信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)相比，在光纖鏈路中傳送低功率信號(hào)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(huì)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(chǎng)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(chǎng)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(shì)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(duì)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。