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浅析Small Cell 助力LTE网络
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发表于 2016-07-19 23:09:30  只看楼主 

摘要

随着智能终端和移动网络的发展,移动数据流量爆发式增长,尽管移动通信技术演进到4G,传输速率得到了成倍的提升,但仍然无法与用户需求增速相比,同时4G时代可用频率资源日益减少,需要利用高频段在密集城区布网,但频段越高宏蜂窝基站对室内穿透能力就越弱,而且基站密度也需大幅提升,在室内场所建设新站的局限性越来越大,4G时代正式来临,小基站(Small Cell)经过了多年的技术发展,基站建设模式多样,部署灵活快捷,能有效应对日益激增的网络流量,提高宏基站边缘覆盖区域的用户上网速率,为用户带来最佳的移动宽带体验。

 

1.什么是Small Cell

Small Cell是低功率的无线接入节点,其特点在于:小型化、低发射功率、可控性好、智能化和组网灵活,从发射功率看,典型发射功率在100mW5W之间;从重量看,普遍重量在210kg之间;从组网方式看,支持包括DSL/光纤/WLAN及蜂窝技术在内的多种技术的回传,可直接接入固定网络或移动核心网。

 

Small Cell源于最初为家庭场景所设计的Femtocell,在3G发展中期,运营商苦于室内数据流量大,而宏蜂窝往往难以覆盖,因此借鉴了WLAN的网络架构,引入了Femtocell,分流宏蜂窝流量压力,并解决室内覆盖难的问题。针对家庭市场的Femotocell并未取得市场的认可,由于其在家庭中使用,安装和运维又属于运营商,而且与WLAN应用场景非常接近,因此没有形成真正的大规模应用。

 

不过,只能终端和移动互联网的发展,移动数据流量爆发式增长,尽管移动通信技术演进到4G,传输速率得到了成倍的提升,但仍然无法与用户需求增速相比,同时4G时代可用频率资源日益减少,需要利用高频段在密集城区布网,但频段越高宏蜂窝基站对室内的穿透能力就越弱,而且基站密度也需大幅提升,在室内场所建设新站的局限性越来越大。因此运营商迫切需要既能分流宏蜂窝流量又布网简单易行的解决方案。现在Femtocell不再局限于家庭市场,应用场景更为广泛,并且与picocellmicrocell等统称为Small Cell,在4G网络建设方面起到日益重要的作用。

 

2.SmallCell现状

201210Spring承诺2014年部署Small Cell95万个,成为规模发展的重大标志。2013年初全球新部署的小基站数量超过了新增宏站数量,标志2013年小基站进入快速发展元年。

 

我国电信行业对Small Cell的应用也在探索中,中国联通基于Femto“3G驿站利用固网宽带做回传已商用。以及中国移动在上海、广东浙江等省市进行TDFemto试点,开展了TD-LTE&TDFemtos双模技术研究,苏州验证小基站室内提升容量,改善用户感知和营收增长有效,提出集成Small CellWLAN移动接入Nanocell及其系统方案。

 

3.SmallCell覆盖与容量能力

一般来说,宏站通信符合Hata模型,信号强度主要和距离相关,能够实现大面积面状覆盖,适合于作为主力覆盖,是LTE网络的骨骼。

小基站覆盖受地形影响大,基本上属于视距覆盖,覆盖面积小,适用于点状或现状场景,适合作为宏站覆盖的补充或改善手段。

 

小站的覆盖范围不固定,覆盖效果差异较大,因此较难确定准确的典型容量。一般来说,小基站一般覆盖范围较小,业务吸收能力弱于宏站,但同时小基站在其有效覆盖范围内构件的无线环境优于宏站,因此一般其空口能力比宏站强。

 

4.SmallCell应用环境

1)在城市宏站覆盖盲区,形成LTE全面覆盖。因LTE初期会尽量利用已有的站址,而现有的站址设计主要为2G/3G覆盖设计,LTE系统可能会存在覆盖盲区。但由于站址已经很密,继续加密非常困难。Small Cell由于体积小、组网灵活、且天线内置,适合用于城市地区的补盲,尤其是在宏蜂窝不便部署的区域,如具名住宅小区、旅游景区,Small Cell更加可行。

 

2)商务区及重点热点区域,如机场候机厅等大型交通枢纽。由于初期的LTE用户集中在数据卡和高端用户,这些区域的使用体验直接影响用户对LTE网络质量评价,所以这些区域在LTE初期就会被重点考虑。这些区域宏站难以提供好的信号覆盖和性能体验,而室内分布系统升级到LTE MIMO的成本较高。这时Small Cell是较好的替代方案,Small Cell可用于增强室内深层次覆盖以及室外末梢弱覆盖区域的信号强度。

 

3)对于郊区和偏远地区的孤岛覆盖,相对于成本较高的宏站点,Small Cell也是性价比更高的解决方案。一个2*5WSmall Cell在这种无高楼以及低业务量的场景下,最远可覆盖达2公里。

 

网络运营中期,随着业务增长,Small Cell可以逐步增加,或实现区域的连续覆盖,与宏网组成完整的异构网络。为给更多的室内用户持续提供更佳的用户体验,此时可以考虑室内型Small Cell部署,以代替室内分布系统。

 

5.SmallCellLTE带来的改变

LTE具有大带宽、高速率、低时延的特点,在LTE网络中引入SmallCell可以大大提升网络容量,优化网络覆盖,为用户提供更好的使用体验。Small CellLTE带来的改变主要体现在如下几个方面。

 

(1)      立体覆盖优化

宏站一般位于楼顶和铁塔等高处,波束覆盖范围大,但因受到建筑物,树木的影响,覆盖效果不均匀,存在大量的盲区。Small Cell体积小易安装,可实现与天线的一体化安装,节省站点成本,缩短施工周期,并实现精确覆盖,可用于街道站、居民区深度覆盖,补盲补热等场景。可以灵活的安装在建筑物外墙表面,在不影响市容的情况下与宏站形成一体化立体覆盖。

 

(2)      高容量室内覆盖

据统计,移动宽带网络的主要业务发生在室内,室内业务占比接近70%,提升室内覆盖的效果是运营商留住用户的关键。

 

宏站信号穿透建筑物进入室内会有10dB左右的穿透耗损,室内语音覆盖减弱,而数据业务覆盖的衰弱更加明显。现有的室内覆盖DAS系统只支持单天线,无法支付LTEMIMO多天线技术,其容量受到很大的限制,若要做DAS双向改造,需要增加一套线路,协调物业困难,进场费高昂,工程量巨大,室内分布系统的建设和运行维护都面临诸多限制。而且现有楼宇一般都有多家运营商的DAS系统,增加管线的空间不大,即使可行,也会影响楼宇的内墙面美观,物业和业主都未必同意。在室内覆盖中引入Small Cell产品,因此支持MIMO,可以大大提升室内覆盖的容量。Small Cell可以直接部署在办公区内或安装在走廊,通过内置或外接天线对室内区域进行覆盖,传输可使用大楼内的五类线或运营商的DSL或光纤网络,方便灵活。

 

(3)      网络整体容量提升

Small Cell引入宏网之后,通过多网元之间的协同和管理,引入有效的干扰管理算法和协同机制,在领域、时域、空域3个维度上有效协同,可获得网络整体容量的显著提升。在已经有了比较良好宏站覆盖的前提下,通过部署Small Cell来提供更大的容量和吞吐速率。补热引入可以有效吸收宏站小区中热点区域的业务,减小宏站的业务负荷,增加宏微联合覆盖的小区的整体容量。

 

(4)      节能

对于终端,由于接收到Small Cell的信号强度远大于宏站的信号强度,手机可以用相对低的耗电量保持服务,其待机时间大大增加。结合DRX技术,可以进一步降低终端的功耗。

 

6.Small Cell部署的挑战

Small Cell最大的挑战来自于与宏蜂窝网络的协同。由于SmallCell部署的随机性和密集性,造成了网络规则和优化存在的一定困难,与宏蜂窝进行同频组网时,Small Cell的部署位置和覆盖范围受限,只可部署在盲点和小区边缘。和宏站重叠部署时,需要一些抗干扰功能支持,需与宏站协同优化,难度较大。而异频组网下的Small Cell,因无干扰问题,可不受位置限制,易于规划,可以高密度部署,可增加微基站的覆盖范围,Small Cell可以独立组网和优化。异频部署Small Cell能够最大化地分流宏网数据流量,有效改善投资回报。目前美国FCC正在探讨将3.5GHz专门用于Small Cell。此外,3GPP已从2007年开始在LTE中引入SON(自组织网络)技术,使用智能识别、智能调度等技术将解决宏基站与Small Cell协同工作的难题。

 

Small Cell面临的另一个问题在于回传方案。普通的LTE基站主要采用PTN回传,需要专门的传输设备和单独环境。而Small Cell比宏蜂窝基站数量大大增加,网络的设计必须考虑支持更多的端点,网络维护和管理必须具备可扩展性;Small Cell的部署位置更加多样化,可分布在体院馆内、建筑物中、公共线杆上、大街上的装饰灯柱上等,这种多样化的部署地点对回传网络带来新的挑战。运营商需要灵活多样的接入方式进行连接,诸如光纤,铜线和各种微波技术,以及满足各点的业务需求,并保证低成本。目前运营商正在探索多种回程方案,如利用GPONTDD频谱,如Vodafone采用2.6GHz TDD频谱为西班牙巴塞罗那的微蜂窝网络提供无线回传,解决热点区域数据流量拥塞问题。

 

7.结束语:Small Cell助力LTE网络

随着4G网络在全球的部署加速,运营商对于Small Cell也日益关注,同时移动宽带对数据吞吐率也提出了更高的要求。如何满足热点区域的容量和数据速率需求将是未来移动宽带网络发展的关键问题。为了满足未来容量增长的需求,改变及优化网络结构,构件多频段,多制式、多形态的分层立体HetNet(异构网络),成为未来网络发展的必由之路。Small Cell具有小型化、低功率、部署灵活等特点,可以有效满足有关覆盖与容量的新需求,弥补宏站深度覆盖不足,Small Cell的部署是构建LTE异构网的关键。

 

LTE网络中引入Small Cell,可以有效延伸网络的覆盖范围和提升网络容量性能。Small Cell可以作为LTE宏站的有效补充,在部署时,应该做好宏基站与Small Cell的协作,通过宏微协作,通过宏微协同提升LTE网络的室内外覆盖水平。

 

在立体覆盖方面,目前国内LTE网络建设仍然以宏站为主要建设形式,而宏站一般位于楼顶和铁塔等高处,波束覆盖范围大,但因受到建筑物、树木的影响,覆盖不均匀,存在盲区和弱覆盖的情况。而Small Cell设备体积小,易安装,且一些产品已经和天线集成在一起,进一步降低了对站址的要求,可在不影响市容的情况下与宏站形成一体化立体覆盖。

 

对于深度覆盖而言,目前LTE多工作于2G频段,而国内TD-LTE的主要频段集中在2.6G。高频段组网必然带来室内深度覆盖不足,而大规模建设室内分布系统,一方面对投资要求较高;另一方面在很多场景中由于业主的原因,很难进行室内分布系统的建设。在这种背景下,在室内覆盖中引入Small Cell,可以支持MIMO,能够极大的提升室内覆盖的容量和质量。

 

Small Cell在我国也将跟随全球发展趋势,逐渐在网络基站数量和容量方面成为LTE网的主导力量。


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    • Xiazhanyi 威望 +10 个
      · 感谢分享! 详细.. 发表与:2016-7-19 23:15:08
     
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    发表于 2016-07-20 07:37:00 
    技术问题,回答得专家指数,快速升级
    qcell, lampsite,各厂家新品不断。

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    发表于 2016-07-20 17:45:04 
    分享不错,谢谢了!

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    发表于 2016-07-29 14:41:46 
    PadRRU、一体化微站、Femto(Nanocell)、picoRRU、Relay

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