小型蜂窩解析——速度和數量問(wèn)題

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。