六专家畅谈5G小基站发展

六专家畅谈5G小基站发展
2020年05月27日 21:00 人民邮电报

随着5G商用网络的加快部署,5G小基站建设正迎来新的商机。5G小基站可以满足大部分5G业务的室内场景需求,发挥对宏基站的“吸热”和“补盲”作用,未来3年在市场需求的驱动下,将实现大规模爆发。5月22日,在《人民邮电》报“风向Talks”5G小基站线上沙龙上,中国电信研究院5G研发中心高级研究员刘洋、中国移动通信有限公司研究院无线与终端技术研究所主任研究员王大鹏、中国铁塔技术部无线技术总监邹勇、中兴通讯股份有限公司高级方案总监沈洋、高通中国小基站业务负责人谭李、上海诺基亚贝尔高级无线解决方案专家张田分享了他们对5G小基站发展的看法。

中国电信研究院5G研发中心高级研究员刘洋:5G无线网络的开放成为小基站新方向

刘洋介绍说,预计5G的三大场景(包括eMBB、URLLC、mMTC)类型将有70%以上的业务需求来自室内。在5G时代垂直行业业务需求兴起以后,除了一些比如无人驾驶一定要在室外进行的应用场景,其他类似工业互联网、远程教育、远程医疗的场景,大部分都来自室内。这些业务场景对5G的室内业务需求提出了一些比较高的要求,主要是体现在网络能力方面,包括传输速率、时延。用4G的室内覆盖方案难以满足5G的室内覆盖需求,一方面是对于3.5GHz频段的部署,会使得室外打室内的可能性降低;另一方面也是因为3.5GHz频段的部署,无源室分可能无法直接满足5G部署和5G业务的需求。在这样的背景下,有源小基站或将成为5G时代的刚需。

刘洋认为,5G时代,基于无线网络开放的方向,成为小基站的新技术方向。主要有两个原因,一是成本的压力,5G室内覆盖的需求比较高,运营商需要改变当今的网络建设方式,无线网络开放的方向成为大家的一个可选方案。二是驱动力,即开放网络能实现一些增值价值,例如,有助于实现边缘计算等功能。

现在主要是两个组织在讨论5G网络开放,一个是O-RAN,另一个是TIP。我们主要讨论O-RAN。O-RAN由全球主要运营商建立,目的是明确定义需求并帮助构建生态系统,以实现开放网络目标。开放网络不仅包括开放性,还包括网络的智能化。在O-RAN里面强调解耦,包括软硬件解耦和BBU与RRU之间的解耦。TIP是由Facebook发起的一个组织,OpenRAN是TIP的一个工作组,重点在于接入网开放。OpenRAN强调基于通用硬件的白盒设备,其发布出来的很多部署信息大部分是面向4G网络。

刘洋表示,中国电信在2018年正式加入O-RAN,成为董事会成员。2019年O-RAN 开始提出建立开放测试与集成中心OTIC。在2019年11月,三家运营商联合国内很多公司成立了中国区OTIC,目的是在O-RAN制定规范的同时,同步推动O-RAN产品的测试和成熟。目前中国的OTIC主要针对的还是小基站,划分了4个子系统,包括基带软件、数字硬件平台、基带硬件辅助、扩展单元与远端单元,相应的技术要求/子系统测试规范正在制定中。

中国移动研究院无线与终端技术研究所主任研究员王大鹏:5G室内覆盖面临“三高一弱”挑战

中国移动通信有限公司研究院无线与终端技术研究所主任研究员王大鹏表示,5G时代频段进一步升高,空间穿透损耗增大,且业务总量和种类增加,为5G室内覆盖带来了更多的机会和挑战。

王大鹏提出,在4G时代,网络业务有70%~80%的场景发生在室内,而在4G网络发展初期,室分站点仅承担了室内业务量的30%左右,大部分的业务主要靠室外站点来支撑。由于中国移动的4G网络主要建设在1.9GHz频段,深度覆盖能力相比2G的900MHz频段下降明显,同时室内的容量需求不断增长,因此在4G时代,中国移动就在不断探索室内覆盖技术,截至目前,中国移动室内站承载的业务量比例已经逐渐上升到50%左右。

4G时代的室分系统在初期是以无源室分为主,部署快捷、成本低,但也存在容量低、无法管控的问题。为了克服无源室分的缺点,在2014年前后,中国移动引入室内光纤分布系统,即一个小功率的分布式多模多频段光纤数字直放站,其能够支持MIMO、多模多频、灵活组网和完善的监控功能,但不具备扩容能力。因此,随着室内业务需求的增加,在4G发展中期,中国移动首次引入分布式皮站,其容量高但成本偏高,市场规模增长相对缓慢。而在4G发展后期,中国移动又引入了扩展型和一体化皮站,其容量和成本中等,但是由于引入较晚,未能形成大规模应用。

“在4G时代的技术积累和应用探索,也使中国移动在5G小基站发展上站在了较高的起点。”王大鹏表示,但5G室内覆盖依然面临“三高一弱”的挑战,“三高”指的是业务需求更高、部署频段更高、投资成本更高,“一弱”指产业成熟度偏弱。具体来看,业务需求更高:5G网络的速率、时延和可靠性相比4G大幅提升,但是用户需求也在不断攀升;部署频段更高:目前我国5G主要频段是2.6GHz、3.5GHz和4.9GHz,其中2.6GHz是中国移动的主要承载频段,4.9GHz是容量补充和特殊场景的覆盖频段,相比4G的1.9GHz频段频率更高,损耗更大,因此需要引入一些覆盖增强技术;投资成本更高:5G相比4G在室内的带宽、通道数、发射功率、部署密度等都会明显增加,导致成本大幅增加;产业成熟度偏弱:一方面是无源DAS的大功率信源RRU,其中PA和开关还不成熟,另一方面是有源小站也面临着基带方案不成熟问题,诸如容量、功耗还有成本都有待进一步优化。

面对这些挑战,中国移动计划从四个方面推动5G室分覆盖发展。首先是全局规划,精细室分建设。基于4G现网的情况和5G的业务特点,中国移动为三大应用场景提出了不同的规划要求。其次是匹配需求,优化组网方案。组网方案包括很多内容,这里主要是针对两个同频干扰的问题,一是2.6GHz室内外同时隙干扰,二是4.9GHz频段室内外交叉时隙干扰。再次是智能运营,提升室分价值。一是基于AaaS,即中国移动专门定义的天线即服务智能化运营,从传统上只是提供5G通信服务,拓展到导航、物联一体化服务,更好地满足用户需求,包括故障监控、弱覆盖分析、定位导航、物联采集、商业营销等。二是面向行业提供个性化解决方案。最后是开放强基,促进产业繁荣。

中国铁塔技术部无线技术总监邹勇:5G室内覆盖需进一步加大共享

中国铁塔技术部无线技术总监邹勇表示,未来5G将会呈现出宏站与微站协同、高站与低站搭配、室内与室外结合的立体组网形态。“我们在5G网络建设初期,是以宏站建设为主,搭建起网络覆盖的骨架,在中后期小基站和室分将是网络补盲和吸热的重要手段。”他认为完善5G室内场景的覆盖是非常重要的,室分建设的重要性在整个网络的建设上也更加突出。

邹勇指出,总体来说,5G室分建设主要面临三大挑战。一是建设规模大,三家运营商现在存量室分已经超过了100万套,未来都有升级5G的潜在需求,新建设的大型楼宇、地铁、高铁等也都有5G建设需求。二是建设成本高,存量场景完全不支持3.5GHz频段,只有一部分支持2.6GHz频段,无论是改造还是新建,成本都非常高,所以5G室分投资相比4G会有大幅提升,达到数千亿级别。5G室分更多是在已覆盖的2/3/4G存量场景改建,如果还是各自分别去建设,合适的天线安装位置、机房和走线空间等资源将面临不足,同时也容易带来入场成本高、入场难、实施难等问题。因此,5G室分更需要进一步加大统筹共享力度。

据邹勇介绍,5G室内场景的覆盖主要采用无源室分和有源微站两种手段。目前在2G/3G/4G网络中,90%以上室内覆盖都是采用无源室分技术,它的建设成本和后期运营的电费成本都很低。从中国铁塔的测试数据来看,2T2R的5G无源室分峰值速率能达到800Mbps以上的水平,是现在4G的5倍以上,完全能满足绝大部分普通楼宇以及隧道场景的容量和覆盖需求,如写字楼、办公楼、宾馆酒店、住宅小区以及高铁、地铁等隧道。有源微站性能更优,支持4T4R,可以满足更高的速率和容量需求,但是它的成本比较高,特别是在隔断比较多的场景造价急剧抬升,此外,微站的后期运行电费成本也不容忽视,所以它更适合在内部空旷的大型公共场所提供大容量服务,比如机场、高铁和地铁站厅、体育场馆、会展中心等。中国铁塔两种产品方案都在同步推进,力求给运营商提供多样化、性价比最优的解决方案,并且通过共享进一步降低运营商的成本。

对于小基站产业链存在的主要挑战,邹勇表示,虽然目前几个大厂家都已经推出了多种5G微站的产品,但是从总体上来说,还是受芯片、功放这些关键器件的制约,第二梯队的厂家还没有形成,产业链的竞争还不够充分,这些因素造成目前5G微站产品价格较高,制约了规模应用。同时他也指出,5G微站产品研发难度确实很高,主要是由于5G带来了更高要求造成的:一是工作频段更多,比如双模产品需要在4G主流频段的基础上,增加5G中频段;二是工作带宽更宽,4G微站的IBW一般只有20~40MHz,但是5G微站的IBW需要达到100~300MHz,提升明显;三是发射功率更高,4G微站一般要求125mW/载波/通道,5G频率高,需要提高功率补偿损耗,一般要求250mW/载波/通道;四是通道数量更多,4G微站是2T2R,5G微站一般要求4T4R,通道数翻倍了。

邹勇表示,虽然小基站产业链目前还存在很多难题,但是产业链都在共同努力,特别是这两年我们国家在芯片、功放等关键元器件方面已经取得了长足的进步,相信很快就会涌现出一批有能力的厂家,来促进整个小基站产业的繁荣。

中兴高级方案总监沈洋:5G QCell将解决5G室内覆盖难题

中兴通讯股份有限公司高级方案总监沈洋认为,中兴5G QCell解决方案,将助运营商很好地解决5G时代室内覆盖面临的难题。

从各大统计报告包括中兴通讯内部的分析来看,大部分的移动数据业务发生在室内,而且随着3G/4G/5G的发展,这种趋势愈发明显。比如在3G时代,发生在室内的业务,统计下来可能占70%左右,在4G时代尤其是在后4G时代,有80%的业务发生在室内,预计5G时代,发生在室内的业务比例还会继续增加。

5G时代时,室内覆盖将面临一些难题,第一,3.5GHz带来更高的穿透损耗;第二,现有DAS系统的工作频段一般局限在800MHz~2.7GHz;第三,3.5GHz带来更高的馈线损耗。如何面对3.5 GHz带来的挑战呢?中兴通讯推出了5G QCell解决方案,可以很好地解决这些难题。

QCell具有三大特点:全场景覆盖、灵活部署、统一运维。

全场景覆盖,首先QCell的特点是多频多模,Qcell根据不同的需求可以定制不同的频段组合,目前最多能够支持4个频段,在不同的频段上根据场景需求可以支持多模。在5G频段的通道数上,QCell可支持4通道和2通道两种规格实现高低价值场景的搭配。在部署上,QCell多个收发通道可独立连接吸顶天线实现多点位部署,满足多隔断场景的经济性覆盖的需求。在共建共享上,QCell可以支持到200MHz甚至更高的300MHz频宽。

灵活部署方面,Qcell方案中的Pbridge可以提供两种接口,一个是10GHz的接口,一个是25GHz接口满足不同容量需求。对于连接线来说,QCell可以提供CAT6A的网线,也可以提供光电复合缆的线缆,分别能够支持100米和200米的传输距离。在安装上,QCell可以用内置天线,也可以用外置天线。

统一运维方面,QCell可以支持4G/5G混模工作,使用与宏站相同BBU, 运行统一的软件版本,在网管上做到了对QCell室内小站和宏站进行共管。

全场景、灵活和统一这些特点,都给运营商带来新的价值,也为5G时代小站的室内覆盖需求提供了很好的解决方案。

在QCell这个站型的推广上,中兴做到了大规模商用和全球发货。到目前为止,中兴通讯已经发货了20万套以上的5G QCell,也在国际获得了许多大奖。中兴已经部署了很多QCell的应用场景,比如北京万达广场、乌镇的互联网大会展馆、北京的CCTV大厦,广州白云机场,都是中兴的QCell部署的成功案例。

高通中国小基站业务负责人谭李:助力5G走进千家万户、千行百业

高通中国小基站业务负责人谭李表示,2019年是全球5G发展的元年,2020年则是5G的扩展年。目前,移动通信网络已经成为日常生活的一部分,但是还没有像水和电力那样取之不尽。而5G网络要做到像水和电力一样方便,密集部署小基站是必要手段。

目前,国内三家运营商已经完成2020年5G主设备集采,在全国进行5G建设,现阶段的重点仍然是城市的室外以及重点商业区域的覆盖,让消费者快速感受到5G的魅力。而在下一个阶段,让5G真正走进千家万户,触及社会生活的各个角落,小基站深度覆盖是不可缺失的部分。5G时代,VR/AR、超高清视频等室内场景将产生大量流量,小基站会在室内覆盖方面大放异彩。同时,在一些特殊场景,如智慧工厂、智能交通都有小基站的用武之地。

谭李表示,用户对高通公司在手机芯片和技术专利方面的贡献了解较多。但实际上,高通是一个专注解决无线通信系统难题的公司,而高通的小基站部门就是专注于研发无线网络解决方案的。

从2012年开始,高通开始提供4G网络解决方案,广泛部署在全球各个国家。在国内,在三家运营商的现网上均有部署。5G时代,高通推出FSM 5G RAN平台,其核心芯片是FSM100xx,平台可以同时支持毫米波和Sub-6GHz频段,且既可以支持非独立组网(NSA)模式,也可以支持独立组网(SA)模式;在组成上,平台既可以支持低功耗、小体积、低成本的一体化基站,也可以支持扩展式、分布式基站,能够在宏站的补充区域进行部署,助力中国5G网络的深度覆盖。

作为平台的核心,FSM100xx芯片有三个独特价值。首先是高能效、低功耗。FSM100xx是一款ASIC芯片,其具备高制程的10nm工艺,单个物理层的ASIC芯片在满载运行下的典型功耗只有几瓦,功耗控制得很好;其次是稳定性强,在运行中,FSM100xx的稳定程度、成熟程度业界领先;最后支持毫米波频段,高通相信毫米波在未来几年,会逐渐应用,诸如将要举办的冬奥会等大型赛事场景。

5G时代,不再只聚焦人与人的连接,更多的将聚焦人与物、物与物的连接。目前,高通小型化的ASIC解决方案也在赋能垂直行业,实现5G专网、工业互联网建设。

“高通公司在5G领域做了很多工作,高通希望在中国与合作伙伴紧密合作,为整个产业不断提供先进的技术、先进的解决方案,让5G走进千家万户、千行百业。”谭李表示。

上海诺基亚贝尔高级无线解决方案专家张田:5G小基站助力新基建下的行业数字化转型

如何让小基站在5G时代发挥大功效,是需要各方思考的问题。上海诺基亚贝尔高级无线解决方案专家张田分享了其对小基站的发展方向和应用前景的分析。

张田认为,业务需求的扩展和部署成本的挑战促使了小基站需求量的增长。从挑战的角度来看,小基站对于未来5G的发展是非常好的解决方案和补充:首先,5G更高频段的使用造成了深度覆盖成本上的增加,这个问题目前业界主要还是通过小基站进行室外覆盖延伸和室内深度覆盖来解决的;其次,行业的数字化转型,还有公网和专网的协同问题也依赖于不同站型的解决方案,利用小基站进行部署对于不同带宽需求和时延要求更高的企业专网解决方案在灵活度、隔离性方面具有得天独厚的优势。

从机遇的角度来看,根据预测,到2024年,小基站在无线网络中整体的市场占比将达15%以上的体量,相比当前4G来说,足足增长了5%以上。从趋势的角度来看,4G小基站从2019年开始逐步呈体量减小的趋势,而5G小基站则连年以2位数的年复合增长率增加,因此5G小基站势必会是下一个市场热点。

对于5G公网覆盖,张田表示,小基站的应用和部署需要根据场景平衡投资和回报,4G可以给我们带来非常好的经验。在部署小基站时,尤其是对于室内深度覆盖,我们可以把整体场景划分成三大类:高容量高投入的场景、中等容量和适度投入场景、覆盖驱动和控制投入的场景。针对高容量高投入的场景,张田认为采用新型室分或者微RRU的站型比较合适,尤其是对于大型场馆、高校、交通枢纽和大型医院等;对中等容量的适度投入场景,由于人流量密度相对来说并不是很大,话务量或者业务需求也并不像前一种场景这么高,可以采用5G DAS的直接馈入的方式和分布式皮站、微站外接天线的方式,来降低每平米的综合造价,例如像酒店、写字楼、商场等;而对于覆盖驱动和控制投入场景,一般是指对于物业点的要求高或运营商进物业点相对来说较困难的场景,比如一些居民住宅、企业园区、城中村和商业街,可以部分沿用4G的建设方式,采用大功率的RRU或者微站在靠近建筑物的近点部署,达到室外覆盖室内浅层覆盖的要求。

张田还指出,小基站更适合进行行业专网的部署,采用混合组网模式的行业专网具备灵活性的同时也有助于控制成本。首先,专网专用设备、专用频率,采用物理隔离,互不影响。其次,不受限于公网配置,可综合考虑速率和时延指标要求,选择合适的帧结构配比。

同时他也表示,运营商将在5G行业专网部署中扮演越来越重要的角色。通过小基站部署的企业专网,在更多应用支持能力、网络可靠性、数据的安全性以及技术可扩展性等方面所具备的独特优势,可以极大的助力以制造业、物流/港口、能源为代表的垂直行业完成新基建下行业的数字化转型。“诺基亚贝尔也希望在整个小基站建设的大潮中,能够助力运营商及行业客户做好小基站﹢新基建的数字化转型。”

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详细报道请见:

《人民邮电》电子报全真版

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编辑:曹倩 李文博

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