張勍　盛煜　馮毅　李福昌

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)類型的多樣化和大流量業(yè)務(wù)的普及提高了用戶對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求，單獨(dú)使用宏基站建網(wǎng)已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)多樣化的需求，因此，微基站的引入成為必然，為了對(duì)室外LTE微基站應(yīng)用方案進(jìn)行探討，在介紹了兩類室外型LTE微基站的主要特點(diǎn)后，重點(diǎn)分析了微基站在室外場(chǎng)景中的頻率選擇問(wèn)題、站型選擇問(wèn)題，并提出了在道路場(chǎng)景、廣場(chǎng)公園場(chǎng)景兩類典型室外微基站應(yīng)用場(chǎng)景的具體部署方法，最后給出了為提高部署微基站靈活性可采用的三種傳輸方案。

微基站 室外場(chǎng)景 同頻干擾 傳輸方案

1 引言

業(yè)務(wù)類型的豐富多樣和移動(dòng)網(wǎng)速率的大幅提升，使得移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)得到迅速地推廣，而智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)設(shè)備的普及使用，也促進(jìn)了視頻、移動(dòng)云等大流量業(yè)務(wù)的持續(xù)增長(zhǎng)，導(dǎo)致移動(dòng)數(shù)據(jù)流量正在大幅抬升[1-2]。此外，用戶對(duì)通話、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等服務(wù)質(zhì)量的要求越來(lái)越高，因而網(wǎng)絡(luò)對(duì)承載能力需求也越來(lái)越大。然而，一方面，由于城市建設(shè)多樣化和復(fù)雜度的增加，局部區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋不足問(wèn)題逐漸突出；另一方面，室外宏站站址資源愈發(fā)緊張，運(yùn)營(yíng)商的頻譜資源亦十分有限[3-5]，簡(jiǎn)單對(duì)宏站使用小區(qū)分裂、多載波配置等方式進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容無(wú)法適應(yīng)所有場(chǎng)景的需求。因此，使用集成化更高、體積更小、建網(wǎng)更迅速的微基站設(shè)備已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)[6-10]。尤其在室外場(chǎng)景[11]中，由于運(yùn)營(yíng)商低頻資源極為匱乏，LTE宏網(wǎng)絡(luò)的覆蓋深度無(wú)法匹配城市建設(shè)日新月異的發(fā)展，在部分宏站站址密度較高的區(qū)域內(nèi)部仍存在小面積的覆蓋空洞，而局部性的用戶流量熱點(diǎn)更為運(yùn)營(yíng)商平衡2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源分配提出極大的挑戰(zhàn)，因此，在LTE宏網(wǎng)絡(luò)中部署低功率的微基站，通過(guò)高低組網(wǎng)和網(wǎng)間協(xié)同，優(yōu)化用戶體驗(yàn)成為必然選擇，本文接下來(lái)將對(duì)室外LTE微基站應(yīng)用方案進(jìn)行探討。

2 室外型微基站分類和特點(diǎn)

根據(jù)3GPP對(duì)微基站的定義，微基站是指單通道發(fā)射功率低于38 dBm的微型基站系統(tǒng)。室外型微基站則泛指一般部署于室外的微基站?？紤]到覆蓋能力的需求和穿透損耗問(wèn)題，室外型微基站的單通道發(fā)射功率一般大于1 W，而絕大多數(shù)已商用的室外型微基站產(chǎn)品單通道發(fā)射功率一般最小為5 W。同時(shí)，由于全球范圍的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量的要求也越來(lái)越高，部分運(yùn)營(yíng)商對(duì)微基站產(chǎn)品提出了載波聚合或多載波配置的需求，為了保障多頻微基站覆蓋能力不下降，目前，部分室外型微基站產(chǎn)品的單通道發(fā)射功率也達(dá)到了10 W甚至更高。

室外型微基站從集成度角度分為兩種類型，即一體化微基站和一體化微RRU。

一體化微基站是將基帶、射頻、天線全部集成為一體的微基站，一般具備外接天線接口，從而在需要時(shí)提高覆蓋能力或限定覆蓋范圍，設(shè)備體積根據(jù)多頻、多模能力和額定功率差異而有所不同，一般在6 L到12 L之間。供電方式以交流為主，也有部分產(chǎn)品為了降低接電難度，使用遠(yuǎn)端交流供電和近端PoE供電結(jié)合的方式?？紤]到微基站覆蓋范圍一般遠(yuǎn)小于宏基站，接入用戶數(shù)有限，同時(shí)也為了控制設(shè)備體積，單個(gè)微基站的基帶能力一般遠(yuǎn)小于單個(gè)宏基站BBU。該類設(shè)備傳輸需求和同步需求與一般宏基站類似，傳輸方式上可使用無(wú)線回傳方式提高應(yīng)用靈活性。

一體化微RRU是將射頻和天線集成為一體的微基站，基帶部分需與其他基站共用。與一體化微基站類似，一體化微RRU一般具備外接天線接口，設(shè)備體積通常明顯小于同等額定功率的一體化微基站，大多在5 L到6 L左右，通常使用交流供電方式。由于需要與其他基站共用基帶能力，一方面，其傳輸需求與一般的宏基站RRU類似，設(shè)備與基帶之間使用直連光纖傳輸，帶寬要求較高；另一方面，在應(yīng)用上可以與共用基帶的其他宏基站RRU或一體化微RRU小區(qū)合并，從而減少站間同頻干擾[12-13]。

3 微基站典型室外應(yīng)用方案

3.1 微基站室外應(yīng)用總體方案

微基站典型室外應(yīng)用場(chǎng)景包括商業(yè)街、道路、廣場(chǎng)、公園等。在這些場(chǎng)景中，微基站主要用于為宏基站提供快速有效的補(bǔ)充，通常用于解決以下三類問(wèn)題：

（1）宏站站址密度過(guò)高但仍存在覆蓋不足或小型覆蓋空洞；

（2）宏站站址由于外形美觀度、民眾接受度、懸掛點(diǎn)承重、傳輸要求等原因難以獲??；

（3）宏站容量不足且用戶分布相對(duì)集中。

解決不同問(wèn)題時(shí)，微基站的頻率使用策略也有所不同。當(dāng)微基站用于覆蓋補(bǔ)盲補(bǔ)弱時(shí)，可以利用與宏站同頻的微基站，通過(guò)與宏站高低組網(wǎng)提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量；當(dāng)微基站用于對(duì)用戶聚集區(qū)域吸熱時(shí)，則可綜合考慮目標(biāo)區(qū)域宏站覆蓋質(zhì)量和運(yùn)營(yíng)商頻譜資源情況，當(dāng)頻譜資源充裕時(shí)優(yōu)先使用與宏站異頻的微基站，提高吸熱能力、減少對(duì)覆蓋質(zhì)量的影響，當(dāng)頻譜資源緊張時(shí)，對(duì)宏站覆蓋質(zhì)量較差的區(qū)域也可考慮使用與宏站同頻的微基站，而對(duì)宏站覆蓋質(zhì)量較好的區(qū)域則盡量避免使用同頻微站。

在微基站設(shè)備類型選擇上，需要綜合考慮傳輸條件、站間協(xié)同需求和建設(shè)成本三個(gè)方面：

（1）在傳輸條件角度上，當(dāng)場(chǎng)景不具備有線傳輸條件時(shí)，可以選擇一體化微基站并使用無(wú)線回傳方式靈活解決部署困難。

（2）在站間協(xié)同角度上，又存在干擾控制和資源融合兩種類型：

1）干擾控制方面，若使用宏微同頻組網(wǎng)方案或使用多個(gè)同頻微站連續(xù)部署，將不可避免地存在宏微間、微微間的同頻干擾問(wèn)題。解決同頻干擾的手段通常包含功率調(diào)整、天線調(diào)整等網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，和小區(qū)合并、CoMP、eICIC等新技術(shù)[14-15]。其中，小區(qū)合并技術(shù)既對(duì)終端能力沒(méi)有額外要求，又能直接消除同頻干擾，特別適用于對(duì)容量要求不高的場(chǎng)景。然而，由于小區(qū)合并技術(shù)和CoMP技術(shù)都對(duì)小區(qū)間傳輸帶寬和時(shí)延有一定要求，因此若采用一體化微RRU，前述的幾種干擾控制手段均可使用；若采用一體化微基站，則需要更多依賴網(wǎng)優(yōu)方法，可支持eICIC技術(shù)的使用，但對(duì)CoMP技術(shù)的支持能力有限，并且無(wú)法使用小區(qū)合并技術(shù)。

2）資源融合方面，若采用多載波的方式，宏基站和微基站異頻部署形成獨(dú)立的小區(qū)，兩種類型的微基站在使用上差異不大；若采用宏微間載波聚合等方式提高區(qū)域下行或上行峰值速率，由于涉及對(duì)小區(qū)間傳輸能力的要求，因此一體化微RRU產(chǎn)品支持度更高。

（3）在建設(shè)成本角度上，一體化微RRU若具備與宏基站共用基帶的條件，則也將可與宏基站共享同步和傳輸通道，因此可以節(jié)省部分設(shè)備采購(gòu)成本。

3.2 道路場(chǎng)景應(yīng)用方案

道路場(chǎng)景既包含一般城市行車道路，又包含商業(yè)街道、步行街等。

地理特點(diǎn)上，一般城市行車道路或兩側(cè)或一側(cè)有成排樓宇，商業(yè)街道和步行街則一般兩側(cè)店鋪連片。業(yè)務(wù)特點(diǎn)上，一般城市行車道路除部分經(jīng)常性擁堵路段外，人流一般較低，人員移動(dòng)性較高，以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主，存在一定的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；商業(yè)街道、步行街等人流相對(duì)密集，人員移動(dòng)性相對(duì)較低，主要以步行移動(dòng)為主，少數(shù)人員處于靜止?fàn)顟B(tài)，同時(shí)具備語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，對(duì)于部分商鋪業(yè)務(wù)延伸到室外的場(chǎng)景，例如室外咖啡館、室外大排檔等，也可能存在較高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求，夜間、周末和節(jié)假日的話務(wù)需求較高。

道路場(chǎng)景中，可利用微站對(duì)局部道路覆蓋補(bǔ)盲補(bǔ)弱，或吸收局部擁堵路段、步行街等用戶集中區(qū)域的熱點(diǎn)業(yè)務(wù)量。該場(chǎng)景中，經(jīng)過(guò)在多種配置下的外場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證配置方案如表1所示。

微基站覆蓋能力如圖1所示，單個(gè)單通道發(fā)射功率為5 W的微站典型的覆蓋能力在80 m到350 m之間，實(shí)際覆蓋能力則與微站配置、目標(biāo)覆蓋區(qū)域同頻宏站覆蓋質(zhì)量和地理環(huán)境對(duì)信號(hào)的遮擋情況有關(guān)。

因此，微基站的應(yīng)用需在功率配置、站址選擇和天線使用幾個(gè)方面分別考慮：

（1）功率配置上，微站非連續(xù)覆蓋時(shí)，可以按需靈活配置微站功率，即在避免出現(xiàn)大量用戶聚集在宏微切換帶的前提下，微站的功率配置能夠滿足補(bǔ)盲補(bǔ)弱的覆蓋需求或充分吸收熱點(diǎn)用戶即可；微站連續(xù)覆蓋時(shí)，為便于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，各微站功率配置可考慮盡量一致。此外，微站用于解決擁堵路段的覆蓋或容量需求時(shí)，微站功率配置應(yīng)考慮一定的車體損耗余量。

（2）站址選擇上，路燈桿、監(jiān)控桿等市政桿或低層屋頂都是道路場(chǎng)景中微基站部署的常用站址，站高一般配置為5 m到10 m，對(duì)于道路較長(zhǎng)的情況也可適當(dāng)增加站高。在掛墻安裝方式時(shí)，為了便于調(diào)整微站的傾角和方向角，可以使用安裝件，使微基站與墻壁間隔一定距離。當(dāng)選用街邊公共設(shè)施作為站址時(shí)，若公交站、大型車輛?？奎c(diǎn)等不是直接覆蓋目標(biāo)，則選址時(shí)可考慮避開(kāi)該類區(qū)域，以避免信號(hào)被大型車輛遮擋而造成網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不穩(wěn)定。

（3）天線使用上，考慮到隱蔽部署、安裝快速等優(yōu)點(diǎn)，該場(chǎng)景中微基站內(nèi)置天線一般可以滿足部署需求。方向角方面，考慮到微基站發(fā)射功率優(yōu)先，一般令微基站天線主瓣方向朝向目標(biāo)覆蓋區(qū)域，同時(shí)盡量避免與鄰近同頻宏站方向角正對(duì)，以減少宏微之間的同頻干擾。

3.3 廣場(chǎng)公園場(chǎng)景應(yīng)用方案

廣場(chǎng)公園場(chǎng)景既包含城市休閑廣場(chǎng)、商業(yè)廣場(chǎng)、CBD廣場(chǎng)，也包含綠化公園、室外游樂(lè)園等。

地理特點(diǎn)上，城市廣場(chǎng)、公園和室外游樂(lè)園周邊一般無(wú)高樓環(huán)繞遮擋，而商業(yè)廣場(chǎng)一般處于高樓中間。業(yè)務(wù)特點(diǎn)上，城市廣場(chǎng)、公園和室外游樂(lè)園區(qū)域一般周末、節(jié)假日人員較多，人員移動(dòng)性較低，以步行速度移動(dòng)為主，有一定的靜止用戶，特定時(shí)段局部區(qū)域存在超高密度靜止人員分布，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求較高；而CBD廣場(chǎng)區(qū)域一般工作日人員較多，人員移動(dòng)性較低，多為步行速度移動(dòng)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主，存在一定數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求；商業(yè)廣場(chǎng)則根據(jù)所處地產(chǎn)環(huán)境不同，或與城市廣場(chǎng)、公園類似，或在工作日和節(jié)假日雖有一定的人流波動(dòng)、但整體人流密度始終保持較高水平。

廣場(chǎng)公園場(chǎng)景中，可利用微站對(duì)小型廣場(chǎng)覆蓋補(bǔ)盲補(bǔ)弱，或吸收大型及小型廣場(chǎng)中的局部用戶集中區(qū)域的熱點(diǎn)業(yè)務(wù)量。該類場(chǎng)景中，通常已經(jīng)存在一定程度的宏站覆蓋，若部署與宏站同頻的微站，微站的覆蓋能力通常有所收縮。典型的，單個(gè)單通道發(fā)射功率為5 W的微站典型的覆蓋能力在80 m到250 m之間，站高、同頻宏站覆蓋質(zhì)量、是否有樹(shù)木遮擋、站址位于廣場(chǎng)中心還是一側(cè)等因素都將直接影響微基站實(shí)際覆蓋能力。微基站的吸熱能力則與用戶分布、微基站目標(biāo)部署區(qū)域宏基站網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、宏微是否同頻部署密切相關(guān)，值得注意的是，即使宏微同頻部署、微基站目標(biāo)覆蓋區(qū)域的宏站RSRP較高，微基站的部署仍能夠提升區(qū)域整體容量。如圖2所示，微基站部署區(qū)域宏站平均RSRP約為-85 dBm，宏微同頻部署、用戶均勻分布時(shí)，部署微站后不同區(qū)域用戶速率均有一定程度提升。

站址方面，當(dāng)微基站部署在廣場(chǎng)公園中心時(shí)優(yōu)選桿類站址，利于微基站信號(hào)傳播，提高覆蓋能力；當(dāng)微基站部署在廣場(chǎng)公園邊緣時(shí)，則優(yōu)選屋頂、外墻類站址，有利于控制微基站覆蓋范圍，減弱微站對(duì)廣場(chǎng)公園外的非目標(biāo)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量影響。此外，對(duì)于部分商業(yè)廣場(chǎng)和商業(yè)街緊密相連的情況，在商業(yè)廣場(chǎng)邊緣也可選擇桿類站址兼顧街道、廣場(chǎng)覆蓋。由于該類場(chǎng)景對(duì)覆蓋面積的要求通常高于道路場(chǎng)景，因此站高也可略高于道路場(chǎng)景，但也由于該類場(chǎng)景一般遮擋較少，信號(hào)極容易擴(kuò)散至非目標(biāo)區(qū)域，因此站高也不宜超過(guò)15 m。

天線方面，微基站部署位置不同，天線選擇上也有所差異。位于中心時(shí)，除了可使用本身的內(nèi)置天線外，還可以考慮使用垂直波瓣角較小的外置全向天線，以提高整體覆蓋能力；而位于邊緣時(shí)，根據(jù)天面條件可考慮優(yōu)先使用寬波束且前后比較大的外置天線，既提高覆蓋能力又減少天線后瓣對(duì)非目標(biāo)區(qū)域的干擾。對(duì)于使用單個(gè)微站部署的情況，若微站位于中心，使用內(nèi)置或外置的定向天線時(shí)盡量避免與宏站主瓣方向正對(duì)；若位于邊緣，則主要從覆蓋能力角度出發(fā)，盡量正對(duì)廣場(chǎng)公園中心。對(duì)于使用多個(gè)微站部署的情況，除協(xié)調(diào)微站與宏站間的方向角關(guān)系外，也許同時(shí)考慮微站間的方向角避免正對(duì)。

4 微基站傳輸方案研究

微基站部署位置的多樣性導(dǎo)致單一的傳輸接入技術(shù)不一定能經(jīng)濟(jì)地滿足所有的部署場(chǎng)景，因此，不同于宏基站，微基站的傳輸方案更為靈活，主要包括有線和無(wú)線傳輸兩類。

由于微基站的組網(wǎng)架構(gòu)與宏基站相同，都是通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)連接到核心站點(diǎn)，因此，實(shí)際部署中，宏基站和微基站的傳輸網(wǎng)絡(luò)是統(tǒng)一的，主要的傳輸差異在接入段。具體的，包括傳統(tǒng)有線傳輸方案、PON共享傳輸方案和無(wú)線傳輸方案三種。

（1）傳統(tǒng)有線傳輸方案

該方案中，微基站通過(guò)接入以太網(wǎng)或P2P光纖方式直接就近接入IPRAN網(wǎng)絡(luò)，這種方式與宏基站傳輸接入方式一致。傳輸示意圖如圖3所示：

（2）PON共享傳輸方案

該方案中，微基站利用已有的xPON網(wǎng)絡(luò)設(shè)施接入，在OLT端將基站業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)入到IPRAN網(wǎng)絡(luò)。傳輸示意圖如圖4所示。

微基站可通過(guò)xPON CBU設(shè)備連接到寬帶無(wú)源光接入網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)采用VLAN隔離方式對(duì)微基站回傳業(yè)務(wù)和寬帶業(yè)務(wù)進(jìn)行區(qū)分，并由OLT將LIGHT-Net微基站回傳數(shù)據(jù)通過(guò)IPRAN回傳。

（3）無(wú)線傳輸方案

該方案中，基帶單元通過(guò)IP微波技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)、Relay技術(shù)等手段將數(shù)據(jù)以無(wú)線方式回傳至某一傳輸節(jié)點(diǎn)后，繼而通過(guò)現(xiàn)有IPRAN網(wǎng)絡(luò)回傳至核心網(wǎng)。該方案需要在微基站側(cè)和某個(gè)適當(dāng)?shù)膫鬏敼?jié)點(diǎn)位置配置無(wú)線回傳終端設(shè)備，該傳輸節(jié)點(diǎn)可以為宏站。無(wú)線傳輸方案的示意圖如圖5所示：

5 結(jié)束語(yǔ)

本文從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程覆蓋、容量提升問(wèn)題出發(fā)，介紹了室外型微基站的定義和一體化微基站、一體化微RRU兩類微站的主要特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了微基站在室外場(chǎng)景中的頻率選擇問(wèn)題、站型選擇問(wèn)題，和在道路場(chǎng)景、廣場(chǎng)公園場(chǎng)景兩類典型場(chǎng)景中的具體部署方法，最后給出了為了提高部署微基站的靈活性而可采用的三種傳輸方案。

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