摘要

隨著智能終端和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長，盡管移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)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(shí)4G時(shí)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(duì)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(shè)新站的局限性越來越大，4G時(shí)代正式來臨，小基站（Small Cell）經(jīng)過了多年的技術(shù)發(fā)展，基站建設(shè)模式多樣，部署靈活快捷，能有效應(yīng)對(duì)日益激增的網(wǎng)絡(luò)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(dòng)寬帶體驗(yàn)。

1.什么是Small Cell

Small Cell是低功率的無線接入節(jié)點(diǎn)，其特點(diǎn)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(shù)在內(nèi)的多種技術(shù)的回傳，可直接接入固定網(wǎng)絡(luò)或移動(dòng)核心網(wǎng)。

Small Cell源于最初為家庭場景所設(shè)計(jì)的Femtocell，在3G發(fā)展中期，運(yùn)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(luò)架構(gòu)，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(duì)家庭市場的Femotocell并未取得市場的認(rèn)可，由于其在家庭中使用，安裝和運(yùn)維又屬于運(yùn)營商，而且與WLAN應(yīng)用場景非常接近，因此沒有形成真正的大規(guī)模應(yīng)用。

不過，只能終端和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量爆發(fā)式增長，盡管移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)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(shí)4G時(shí)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(duì)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(shè)新站的局限性越來越大。因此運(yùn)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(yīng)用場景更為廣泛，并且與picocell、microcell等統(tǒng)稱為Small Cell，在4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(gè)，成為規(guī)模發(fā)展的重大標(biāo)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(biāo)志2013年小基站進(jìn)入快速發(fā)展元年。

我國電信行業(yè)對(duì)Small Cell的應(yīng)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(dòng)在上海、廣東浙江等省市進(jìn)行TDFemto試點(diǎn)，開展了TD-LTE&TDFemtos雙模技術(shù)研究，蘇州驗(yàn)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(dòng)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(hào)強(qiáng)度主要和距離相關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積面狀覆蓋，適合于作為主力覆蓋，是LTE網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)狀或現(xiàn)狀場景，適合作為宏站覆蓋的補(bǔ)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(zhǔn)確的典型容量。一般來說，小基站一般覆蓋范圍較小，業(yè)務(wù)吸收能力弱于宏站，但同時(shí)小基站在其有效覆蓋范圍內(nèi)構(gòu)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(qiáng)。

4.SmallCell應(yīng)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(huì)盡量利用已有的站址，而現(xiàn)有的站址設(shè)計(jì)主要為2G/3G覆蓋設(shè)計(jì)，LTE系統(tǒng)可能會(huì)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(bǔ)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(wù)區(qū)及重點(diǎn)熱點(diǎn)區(qū)域，如機(jī)場候機(jī)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(yàn)直接影響用戶對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評(píng)價(jià)，所以這些區(qū)域在LTE初期就會(huì)被重點(diǎn)考慮。這些區(qū)域宏站難以提供好的信號(hào)覆蓋和性能體驗(yàn)，而室內(nèi)分布系統(tǒng)升級(jí)到LTE MIMO的成本較高。這時(shí)Small Cell是較好的替代方案，Small Cell可用于增強(qiáng)室內(nèi)深層次覆蓋以及室外末梢弱覆蓋區(qū)域的信號(hào)強(qiáng)度。

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

網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中期，隨著業(yè)務(wù)增長，Small Cell可以逐步增加，或?qū)崿F(xiàn)區(qū)域的連續(xù)覆蓋，與宏網(wǎng)組成完整的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。為給更多的室內(nèi)用戶持續(xù)提供更佳的用戶體驗(yàn)，此時(shí)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(shí)延的特點(diǎn)，在LTE網(wǎng)絡(luò)中引入SmallCell可以大大提升網(wǎng)絡(luò)容量，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋，為用戶提供更好的使用體驗(yàn)。Small Cell為LTE帶來的改變主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)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(shí)現(xiàn)與天線的一體化安裝，節(jié)省站點(diǎn)成本，縮短施工周期，并實(shí)現(xiàn)精確覆蓋，可用于街道站、居民區(qū)深度覆蓋，補(bǔ)盲補(bǔ)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(jì)，移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)，室內(nèi)業(yè)務(wù)占比接近70%，提升室內(nèi)覆蓋的效果是運(yùn)營商留住用戶的關(guān)鍵。

宏站信號(hào)穿透建筑物進(jìn)入室內(nèi)會(huì)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(wù)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(shù)，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(jìn)場費(fèi)高昂，工程量巨大，室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)都面臨諸多限制。而且現(xiàn)有樓宇一般都有多家運(yùn)營商的DAS系統(tǒng)，增加管線的空間不大，即使可行，也會(huì)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(duì)室內(nèi)區(qū)域進(jìn)行覆蓋，傳輸可使用大樓內(nèi)的五類線或運(yùn)營商的DSL或光纖網(wǎng)絡(luò)，方便靈活。

（3）      網(wǎng)絡(luò)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(jī)制，在領(lǐng)域、時(shí)域、空域3個(gè)維度上有效協(xié)同，可獲得網(wǎng)絡(luò)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(bǔ)熱引入可以有效吸收宏站小區(qū)中熱點(diǎn)區(qū)域的業(yè)務(wù)，減小宏站的業(yè)務(wù)負(fù)荷，增加宏微聯(lián)合覆蓋的小區(qū)的整體容量。

（4）      節(jié)能

對(duì)于終端，由于接收到Small Cell的信號(hào)強(qiáng)度遠(yuǎn)大于宏站的信號(hào)強(qiáng)度，手機(jī)可以用相對(duì)低的耗電量保持服務(wù)，其待機(jī)時(shí)間大大增加。結(jié)合DRX技術(shù)，可以進(jìn)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(luò)的協(xié)同。由于SmallCell部署的隨機(jī)性和密集性，造成了網(wǎng)絡(luò)規(guī)則和優(yōu)化存在的一定困難，與宏蜂窩進(jìn)行同頻組網(wǎng)時(shí)，Small Cell的部署位置和覆蓋范圍受限，只可部署在盲點(diǎn)和小區(qū)邊緣。和宏站重疊部署時(shí)，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(dú)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(bào)。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(luò)）技術(shù)，使用智能識(shí)別、智能調(diào)度等技術(shù)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(gè)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(shè)備和單獨(dú)環(huán)境。而Small Cell比宏蜂窩基站數(shù)量大大增加，網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)必須考慮支持更多的端點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理必須具備可擴(kuò)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(diǎn)對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)帶來新的挑戰(zhàn)。運(yùn)營商需要靈活多樣的接入方式進(jìn)行連接，諸如光纖，銅線和各種微波技術(shù)，以及滿足各點(diǎn)的業(yè)務(wù)需求，并保證低成本。目前運(yùn)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(luò)提供無線回傳，解決熱點(diǎn)區(qū)域數(shù)據(jù)流量擁塞問題。

7.結(jié)束語：Small Cell助力LTE網(wǎng)絡(luò)

隨著4G網(wǎng)絡(luò)在全球的部署加速，運(yùn)營商對(duì)于Small Cell也日益關(guān)注，同時(shí)移動(dòng)寬帶對(duì)數(shù)據(jù)吞吐率也提出了更高的要求。如何滿足熱點(diǎn)區(qū)域的容量和數(shù)據(jù)速率需求將是未來移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)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(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)件多頻段，多制式、多形態(tài)的分層立體HetNet（異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)），成為未來網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，可以有效滿足有關(guān)覆蓋與容量的新需求，彌補(bǔ)宏站深度覆蓋不足，Small Cell的部署是構(gòu)建LTE異構(gòu)網(wǎng)的關(guān)鍵。

在LTE網(wǎng)絡(luò)中引入Small Cell，可以有效延伸網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和提升網(wǎng)絡(luò)容量性能。Small Cell可以作為LTE宏站的有效補(bǔ)充，在部署時(shí)，應(yīng)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(luò)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(luò)建設(shè)仍然以宏站為主要建設(shè)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(shè)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(jìn)一步降低了對(duì)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(duì)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(shè)室內(nèi)分布系統(tǒng)，一方面對(duì)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(jìn)行室內(nèi)分布系統(tǒng)的建設(shè)。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(zhì)量。

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