4G时代small cell日趋重要

4G时代small cell日趋重要

一、small cell是Femtocell的延伸和扩展

Small Cell是低功率的无线接入节点，工作在授权或非授权的频谱，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100mW到5W之间;从重量看，普遍重量在2到10kg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;而且还具备自动邻区发现、自配置等SON功能。Small cell可以覆盖10米的室内空间或野外2公里的范围。

Small Cell源于最初为家庭场景设计的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。但针对家庭市场的Femtocell并未取得市场的认可，由于其在家庭中使用，安装、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，智能终端和移动互联网的发展，移动数据流量爆发式增长，据思科2014年发布的数据显示，预计到2018年全球移动数据流量的规模将达到15.9EB，比2013年增长将近11倍。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picocell、microcell等统称为small cell，在4G网络建设方面起到日益重要的作用。

二、small cell应用场景

部署LTE与3G所不同的是， 运营商需要尽可能早的部署small cell，而不必等宏站容量不够时才考虑。这样能减少宏网的庞大部署开销，并快速提高系统容量和用户体验，缩短LTE的成熟周期。

LTE网络运营初期可以首先部署small cell于如下场景：

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，如居民住宅小区，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*5W的small cell在这种无高楼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，与宏网组成完善的异构网络。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。

三、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Small Cell部署的随机性和密集性，造成了网络规划和优化存在一定困难，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能够最大化的分流宏网数据流量，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的环境。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，可分布在体育馆内、建筑物中、公共线杆上、大街上的装饰灯柱上等等，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GPON或TDD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。

四、small cell应用前景

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。根据咨询公司Infonetics Research的最新调查结果显示，80%的运营商计划在2014年使用small cell，而75%的运营商将使用这类基站提供更高的移动宽带吞吐量。

当前，全球主要运营商都已将小型基站作为4G网络部署的重要手段。韩国运营商SKT已经推出了全球第一个LTE小型基站。日本DoCoMo在2014年将建成2万多个基站，其中一半以上将是small cell基站。美国AT&T计划2014年年底或2015年初部署支持3G、4G和WiFi的多模small cell，未来还将部署LTE单模small cell基站。我国市场，中国移动也在大力推动TD-LTE小型基站的产品成熟，目前已处于规模试验的准备阶段，初期主要用于不具备宏蜂窝部署条件地区的补盲应用，以及楼宇穿透覆盖。全球主要设备制造商也都已将small cell作为重要的发展方向，阿朗、华为、爱立信均推出了small cell产品，其中阿朗推出的lightRadio MRO微基站是基于贝尔实验室研创的“灵云无线” 技术，融合了天线和射频单元，体积轻巧，安装便捷，已经应用于北美和国内运营商网络中。根据ABI公司预测，2014年LTE小型基站的销售量将达到12.7万，其市场份额从2014年到2016年还将会进一步迅速增长，2016年Small Cell收入将增至44.44亿美元，约占整个LTE市场的23.9%。总之，small cell在4G网络建设中的重要地位将日益突出。