摘要

隨著智能終端和移動網(wǎng)絡的發(fā)展，移動數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長，盡管移動通信技術演進到4G，傳輸速率得到了成倍的提升，但仍然無法與用戶需求增速相比，同時4G時代可用頻率資源日益減少，需要利用高頻段在密集城區(qū)布網(wǎng)，但頻段越高宏蜂窩基站對室內(nèi)穿透能力就越弱，而且基站密度也需大幅提升，在室內(nèi)場所建設新站的局限性越來越大，4G時代正式來臨，小基站（Small Cell）經(jīng)過了多年的技術發(fā)展，基站建設模式多樣，部署靈活快捷，能有效應對日益激增的網(wǎng)絡流量，提高宏基站邊緣覆蓋區(qū)域的用戶上網(wǎng)速率，為用戶帶來最佳的移動寬帶體驗。

1.什么是Small Cell

Small Cell是低功率的無線接入節(jié)點，其特點在于：小型化、低發(fā)射功率、可控性好、智能化和組網(wǎng)靈活，從發(fā)射功率看，典型發(fā)射功率在100mW到5W之間；從重量看，普遍重量在2到10kg之間；從組網(wǎng)方式看，支持包括DSL/光纖/WLAN及蜂窩技術在內(nèi)的多種技術的回傳，可直接接入固定網(wǎng)絡或移動核心網(wǎng)。

Small Cell源于最初為家庭場景所設計的Femtocell，在3G發(fā)展中期，運營商苦于室內(nèi)數(shù)據(jù)流量大，而宏蜂窩往往難以覆蓋，因此借鑒了WLAN的網(wǎng)絡架構，引入了Femtocell，分流宏蜂窩流量壓力，并解決室內(nèi)覆蓋難的問題。針對家庭市場的Femotocell并未取得市場的認可，由于其在家庭中使用，安裝和運維又屬于運營商，而且與WLAN應用場景非常接近，因此沒有形成真正的大規(guī)模應用。

不過，只能終端和移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長，盡管移動通信技術演進到4G，傳輸速率得到了成倍的提升，但仍然無法與用戶需求增速相比，同時4G時代可用頻率資源日益減少，需要利用高頻段在密集城區(qū)布網(wǎng)，但頻段越高宏蜂窩基站對室內(nèi)的穿透能力就越弱，而且基站密度也需大幅提升，在室內(nèi)場所建設新站的局限性越來越大。因此運營商迫切需要既能分流宏蜂窩流量又布網(wǎng)簡單易行的解決方案�，F(xiàn)在Femtocell不再局限于家庭市場，應用場景更為廣泛，并且與picocell、microcell等統(tǒng)稱為Small Cell，在4G網(wǎng)絡建設方面起到日益重要的作用。

2.SmallCell現(xiàn)狀

2012年10月Spring承諾2014年部署Small Cell95萬個，成為規(guī)模發(fā)展的重大標志。2013年初全球新部署的小基站數(shù)量超過了新增宏站數(shù)量，標志2013年小基站進入快速發(fā)展元年。

我國電信行業(yè)對Small Cell的應用也在探索中，中國聯(lián)通基于Femto的“3G驛站”利用固網(wǎng)寬帶做回傳已商用。以及中國移動在上海、廣東浙江等省市進行TDFemto試點，開展了TD-LTE&TDFemtos雙模技術研究，蘇州驗證小基站室內(nèi)提升容量，改善用戶感知和營收增長有效，提出集成Small Cell及WLAN移動接入Nanocell及其系統(tǒng)方案。

3.SmallCell覆蓋與容量能力

一般來說，宏站通信符合Hata模型，信號強度主要和距離相關，能夠實現(xiàn)大面積面狀覆蓋，適合于作為主力覆蓋，是LTE網(wǎng)絡的骨骼。

小基站覆蓋受地形影響大，基本上屬于視距覆蓋，覆蓋面積小，適用于點狀或現(xiàn)狀場景，適合作為宏站覆蓋的補充或改善手段。

小站的覆蓋范圍不固定，覆蓋效果差異較大，因此較難確定準確的典型容量。一般來說，小基站一般覆蓋范圍較小，業(yè)務吸收能力弱于宏站，但同時小基站在其有效覆蓋范圍內(nèi)構件的無線環(huán)境優(yōu)于宏站，因此一般其空口能力比宏站強。

4.SmallCell應用環(huán)境

（1）在城市宏站覆蓋盲區(qū)，形成LTE全面覆蓋。因LTE初期會盡量利用已有的站址，而現(xiàn)有的站址設計主要為2G/3G覆蓋設計，LTE系統(tǒng)可能會存在覆蓋盲區(qū)。但由于站址已經(jīng)很密，繼續(xù)加密非常困難。Small Cell由于體積小、組網(wǎng)靈活、且天線內(nèi)置，適合用于城市地區(qū)的補盲，尤其是在宏蜂窩不便部署的區(qū)域，如具名住宅小區(qū)、旅游景區(qū)，Small Cell更加可行。

（2）商務區(qū)及重點熱點區(qū)域，如機場候機廳等大型交通樞紐。由于初期的LTE用戶集中在數(shù)據(jù)卡和高端用戶，這些區(qū)域的使用體驗直接影響用戶對LTE網(wǎng)絡質量評價，所以這些區(qū)域在LTE初期就會被重點考慮。這些區(qū)域宏站難以提供好的信號覆蓋和性能體驗，而室內(nèi)分布系統(tǒng)升級到LTE MIMO的成本較高。這時Small Cell是較好的替代方案，Small Cell可用于增強室內(nèi)深層次覆蓋以及室外末梢弱覆蓋區(qū)域的信號強度。

（3）對于郊區(qū)和偏遠地區(qū)的孤島覆蓋，相對于成本較高的宏站點，Small Cell也是性價比更高的解決方案。一個2*5W的Small Cell在這種無高樓以及低業(yè)務量的場景下，最遠可覆蓋達2公里。

網(wǎng)絡運營中期，隨著業(yè)務增長，Small Cell可以逐步增加，或實現(xiàn)區(qū)域的連續(xù)覆蓋，與宏網(wǎng)組成完整的異構網(wǎng)絡。為給更多的室內(nèi)用戶持續(xù)提供更佳的用戶體驗，此時可以考慮室內(nèi)型Small Cell部署，以代替室內(nèi)分布系統(tǒng)。

5.SmallCell為LTE帶來的改變

LTE具有大帶寬、高速率、低時延的特點，在LTE網(wǎng)絡中引入SmallCell可以大大提升網(wǎng)絡容量，優(yōu)化網(wǎng)絡覆蓋，為用戶提供更好的使用體驗。Small Cell為LTE帶來的改變主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

（1）      立體覆蓋優(yōu)化

宏站一般位于樓頂和鐵塔等高處，波束覆蓋范圍大，但因受到建筑物，樹木的影響，覆蓋效果不均勻，存在大量的盲區(qū)。Small Cell體積小易安裝，可實現(xiàn)與天線的一體化安裝，節(jié)省站點成本，縮短施工周期，并實現(xiàn)精確覆蓋，可用于街道站、居民區(qū)深度覆蓋，補盲補熱等場景�？梢造`活的安裝在建筑物外墻表面，在不影響市容的情況下與宏站形成一體化立體覆蓋。

（2）      高容量室內(nèi)覆蓋

據(jù)統(tǒng)計，移動寬帶網(wǎng)絡的主要業(yè)務發(fā)生在室內(nèi)，室內(nèi)業(yè)務占比接近70%，提升室內(nèi)覆蓋的效果是運營商留住用戶的關鍵。

宏站信號穿透建筑物進入室內(nèi)會有10dB左右的穿透耗損，室內(nèi)語音覆蓋減弱，而數(shù)據(jù)業(yè)務覆蓋的衰弱更加明顯�，F(xiàn)有的室內(nèi)覆蓋DAS系統(tǒng)只支持單天線，無法支付LTE的MIMO多天線技術，其容量受到很大的限制，若要做DAS雙向改造，需要增加一套線路，協(xié)調(diào)物業(yè)困難，進場費高昂，工程量巨大，室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設和運行維護都面臨諸多限制。而且現(xiàn)有樓宇一般都有多家運營商的DAS系統(tǒng)，增加管線的空間不大，即使可行，也會影響樓宇的內(nèi)墻面美觀，物業(yè)和業(yè)主都未必同意。在室內(nèi)覆蓋中引入Small Cell產(chǎn)品，因此支持MIMO，可以大大提升室內(nèi)覆蓋的容量。Small Cell可以直接部署在辦公區(qū)內(nèi)或安裝在走廊，通過內(nèi)置或外接天線對室內(nèi)區(qū)域進行覆蓋，傳輸可使用大樓內(nèi)的五類線或運營商的DSL或光纖網(wǎng)絡，方便靈活。

（3）      網(wǎng)絡整體容量提升

Small Cell引入宏網(wǎng)之后，通過多網(wǎng)元之間的協(xié)同和管理，引入有效的干擾管理算法和協(xié)同機制，在領域、時域、空域3個維度上有效協(xié)同，可獲得網(wǎng)絡整體容量的顯著提升。在已經(jīng)有了比較良好宏站覆蓋的前提下，通過部署Small Cell來提供更大的容量和吞吐速率。補熱引入可以有效吸收宏站小區(qū)中熱點區(qū)域的業(yè)務，減小宏站的業(yè)務負荷，增加宏微聯(lián)合覆蓋的小區(qū)的整體容量。

（4）      節(jié)能

對于終端，由于接收到Small Cell的信號強度遠大于宏站的信號強度，手機可以用相對低的耗電量保持服務，其待機時間大大增加。結合DRX技術，可以進一步降低終端的功耗。

6.Small Cell部署的挑戰(zhàn)

Small Cell最大的挑戰(zhàn)來自于與宏蜂窩網(wǎng)絡的協(xié)同。由于SmallCell部署的隨機性和密集性，造成了網(wǎng)絡規(guī)則和優(yōu)化存在的一定困難，與宏蜂窩進行同頻組網(wǎng)時，Small Cell的部署位置和覆蓋范圍受限，只可部署在盲點和小區(qū)邊緣。和宏站重疊部署時，需要一些抗干擾功能支持，需與宏站協(xié)同優(yōu)化，難度較大。而異頻組網(wǎng)下的Small Cell，因無干擾問題，可不受位置限制，易于規(guī)劃，可以高密度部署，可增加微基站的覆蓋范圍，Small Cell可以獨立組網(wǎng)和優(yōu)化。異頻部署Small Cell能夠最大化地分流宏網(wǎng)數(shù)據(jù)流量，有效改善投資回報。目前美國FCC正在探討將3.5GHz專門用于Small Cell。此外，3GPP已從2007年開始在LTE中引入SON（自組織網(wǎng)絡）技術，使用智能識別、智能調(diào)度等技術將解決宏基站與Small Cell協(xié)同工作的難題。

Small Cell面臨的另一個問題在于回傳方案。普通的LTE基站主要采用PTN回傳，需要專門的傳輸設備和單獨環(huán)境。而Small Cell比宏蜂窩基站數(shù)量大大增加，網(wǎng)絡的設計必須考慮支持更多的端點，網(wǎng)絡維護和管理必須具備可擴展性；Small Cell的部署位置更加多樣化，可分布在體院館內(nèi)、建筑物中、公共線桿上、大街上的裝飾燈柱上等，這種多樣化的部署地點對回傳網(wǎng)絡帶來新的挑戰(zhàn)。運營商需要靈活多樣的接入方式進行連接，諸如光纖，銅線和各種微波技術，以及滿足各點的業(yè)務需求，并保證低成本。目前運營商正在探索多種回程方案，如利用GPON或TDD頻譜，如Vodafone采用2.6GHz TDD頻譜為西班牙巴塞羅那的微蜂窩網(wǎng)絡提供無線回傳，解決熱點區(qū)域數(shù)據(jù)流量擁塞問題。

7.結束語：Small Cell助力LTE網(wǎng)絡

隨著4G網(wǎng)絡在全球的部署加速，運營商對于Small Cell也日益關注，同時移動寬帶對數(shù)據(jù)吞吐率也提出了更高的要求。如何滿足熱點區(qū)域的容量和數(shù)據(jù)速率需求將是未來移動寬帶網(wǎng)絡發(fā)展的關鍵問題。為了滿足未來容量增長的需求，改變及優(yōu)化網(wǎng)絡結構，構件多頻段，多制式、多形態(tài)的分層立體HetNet（異構網(wǎng)絡），成為未來網(wǎng)絡發(fā)展的必由之路。Small Cell具有小型化、低功率、部署靈活等特點，可以有效滿足有關覆蓋與容量的新需求，彌補宏站深度覆蓋不足，Small Cell的部署是構建LTE異構網(wǎng)的關鍵。

在LTE網(wǎng)絡中引入Small Cell，可以有效延伸網(wǎng)絡的覆蓋范圍和提升網(wǎng)絡容量性能。Small Cell可以作為LTE宏站的有效補充，在部署時，應該做好宏基站與Small Cell的協(xié)作，通過宏微協(xié)作，通過宏微協(xié)同提升LTE網(wǎng)絡的室內(nèi)外覆蓋水平。

在立體覆蓋方面，目前國內(nèi)LTE網(wǎng)絡建設仍然以宏站為主要建設形式，而宏站一般位于樓頂和鐵塔等高處，波束覆蓋范圍大，但因受到建筑物、樹木的影響，覆蓋不均勻，存在盲區(qū)和弱覆蓋的情況。而Small Cell設備體積小，易安裝，且一些產(chǎn)品已經(jīng)和天線集成在一起，進一步降低了對站址的要求，可在不影響市容的情況下與宏站形成一體化立體覆蓋。

對于深度覆蓋而言，目前LTE多工作于2G頻段，而國內(nèi)TD-LTE的主要頻段集中在2.6G。高頻段組網(wǎng)必然帶來室內(nèi)深度覆蓋不足，而大規(guī)模建設室內(nèi)分布系統(tǒng)，一方面對投資要求較高；另一方面在很多場景中由于業(yè)主的原因，很難進行室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設。在這種背景下，在室內(nèi)覆蓋中引入Small Cell，可以支持MIMO，能夠極大的提升室內(nèi)覆蓋的容量和質量。

Small Cell在我國也將跟隨全球發(fā)展趨勢，逐漸在網(wǎng)絡基站數(shù)量和容量方面成為LTE網(wǎng)的主導力量。