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MBB时代如何破解通信基站站点建设难题

2015-02-04 09:52:58      来源:中国信息通信研究院规划设计研究所       作者:曹磊 潘峰

通信通信基站通信行业

【摘要】蜂窝移动通信已经发展到第四代(4G),对于运营商而言同时建设着2G、3G及4G三张网络,基站和天线的数量越来越多。

  MBB快速发展,站点建设面临极大挑战

  当前移动通讯正极大的改变着人们的生活方式,不管是视频聊天、电子购物,还是交通出行等,无线网络都在随时随地为用户提供便利。蜂窝移动通信已经发展到第四代(4G),对于运营商而言同时建设着2G、3G及4G三张网络,基站和天线的数量越来越多,原有的站点空间面临着挑战,无法承载数量众多的基站设备。举个例子,欧洲当前主流频谱有800M/900M/1800M/2100M/2600M,未来可能还有LTE700M,3.5G等其他频谱,按照传统的建网模式,必然需要大量的基站设备和天线,使得站点施工无比复杂,甚至无可用空间进行加站。与此同时,随着城市现代化改造的进行,城市原有的站点每年都在不断流失,新的站点获取也越来越困难,以北京、上海为例每年站址流失都超过10%,无法获取站址建设基站就意味着无法提供更好的覆盖和更大的容量给终端用户,用户体验将受到挑战。如何能够减少站点复杂度,节省站点空间资源,并提供更广的覆盖和更大的容量,是通信基站发展不得不面对的难题,也是MBB时代下保障容量和体验的关键。

  回顾基站发展历程,通信基站形态需要再次创新

  回顾移动通信的发展历史,基站的形态在不断创新发展。其中,作为无线网络覆盖和容量的主要解决手段,室外宏基站主要经历了两个阶段的变化。

  第一阶段是传统宏基站阶段,所有基带和射频单元都必须放在机房中,通过馈线连接到发射塔的天线端。这种形态的基站不仅占地空间大,租金费用高,站址获取也越来越困难,施工周期也非常长,建站非常不便,而且由于过长的馈线带来的较大损耗,会损失掉大量有效功率,使得覆盖范围变小。

  第二阶段是分布式基站阶段,以射频拉远为特征,基带单元(BBU)与射频单元(RRU)分开安装,RRU不再限于安装在机房内,可节省室内机房空间。同时RRU靠近天线端安装,大大降低馈线带来的功率损耗。分布式基站从2004年后开始逐渐引入,目前分布式基站已经成为各大运营商建网的主流方式。

  从当前现有的基站形态看,天线和基站是独立设计安装,通过馈线连接传输射频信号。在2G和3G时代,主流频谱为3频(900M/1800M/2100M),每扇区只需要3个RRU和2面天线,到了4G以及未来5G时代频谱数量进一步增加(比如700M/800M/2300M/2600M,甚至3.5GHz等高频),站点上RRU的数量将非常庞大,同时天线数量也会相应增加,将射频上移到天线端会极大减少站点RRU模块的数量。同时,大规模天线阵列技术(Massive MIMO)发展方兴未艾,利用有限的频谱提供更大的带宽及更快的速率,是业界公认的提高容量的最有效手段。要支持Massive MIMO必然要求有更多的发射和接收通道(比如4T4R、8T8R、16T16R等),如果采用RRU+天线组网方式,需要进行大量的馈线连接,站点安装空间和施工复杂度都是无法接受的。

  综上所述,当前基站形态逐渐变得无法满足MBB时代下多频多模的建网要求,以及未来海量连接下Massive MIMO技术对基站提出的诉求,有必要在当前基站形态进行再次演进,将射频技术与天线技术进行融合,一体化设计安装,更高的集成度简化站点复杂度。

  创新AAS技术助力运营商破解MBB时代站点建设难题

  有源天线系统(Active Antenna System)是一种全新地将射频TRX通道和天线发射单元融合的无线基站形态。按照当前分布式基站RRU与天线分离的组网方式,AAS可以理解为将RRU的功能进行上移,与天线进行一体化设计。这种形态的基站有2大优点:第一是有效减少站点基站设备数量,原有安装天线的空间同时集成了射频功能,不再需要单独安装RRU基站,这在多频多模(比如5频3模)的站点组网场景可以明显减少设备数量,有效降低站点租金,并且带来30%的安装工时节省;第二是可以完美支持Massive MIMO技术,对于大量的发射接收通道不再需要用馈线连接射频单元和天线,而是在数字域进行运算直接驱动天线的阵子,可以支持4*4等高阶MIMO,提供数倍网络容量。

  图1:AAS基站

  AAS已逐渐成为市场主流基站形态

  全球主流设备厂商爱立信、华为、诺基亚等,在多年前就开始研究AAS相关技术,已经相继推出AAS商用产品。比如爱立信的AIR(Antenna Integrated Radio)系列基站、华为AAU(Active Antenna Unit)系列基站等就是基于AAS技术,将射频与天线一体化设计的新形态基站,在全球多个运营商网络进行商用服务。

  全球多家主流运营商对AAS给予了认可。沃达丰集团表示AAS是简化站点的必由之路,认为AAS不仅仅可以有效简化站点复杂性,同时可以快速提升热点区域的小区容量。沙特Mobily表示AAS覆盖效果好,部署像天线一样简单,其智能天线波束赋型特性还能解决内外区域用户分布不均、带宽需求不均等问题,提升用户体验。

  截至目前,部分运营商已经大规模部署了AAS基站,例如美国T-Mobile、秘鲁Nextel、加拿大Telus等运营商已规模部署AAS基站,沃达丰在西班牙、埃及、土耳其、意大利、英国、南非等多个子网启动AAS基站部署。

  随着AAS基站在国内外的大规模应用,AAS技术代表未来基站发展方向的趋势越发明显。AAS基站相比于传统的宏基站和分布式基站,具有更加灵活的配置和部署方式,这使得AAS基站有更加广泛的应用场景,将解决移动互联网和物联网带来的流量压力,也为5G处理海量数据和连接提供了有效的技术手段。

  作者简介:

  潘峰,高级工程师,信息工程专业硕士,现任中国信息通信研究院规划设计研究所副总工程师 ,有近14年电信业研究经验,主要从事无线网规划、无线网测评优化、无线新技术和产业发展方面的重大问题研究。

  曹磊,北京邮电大学博士,通信与信息系统专业,现任中国信息通信研究院规划与设计研究所高级工程师,主要从事无线和移动通信及移动互联网等咨询、规划和设计研究。


  作者:曹磊 潘峰

(责任编辑:大树)
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李全欣2015-02-04 10:01

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