面向未来,Nanocell将成室内覆盖主流

4G 时代,运营商更加关注室内深度覆盖和容量提升,而室内场景十分复杂,以建设进度、投资效益、网络质量、用户体验为衡量标准的竞争要素,是各大运营商需要关注的重点。

我国2013年发放了TD-LTE牌照,2015年发放了LTE FDD牌照,经过几期的建设,在LTE覆盖区域内,整体上LTE网络的广度覆盖已经实现,但是还存在深度覆盖的问题,尤其是室内覆盖盲点较多。另外随着移动互联网的发展,目前以宏站为主的建设模式很难满足未来的容量需求。Small Cell采用“小覆盖、大容量”的异构网结构,更适合于LTE的深度覆盖,以满足热点区域的容量需求。Small Cell的广泛部署可以有效提升LTE网络的覆盖性能和容量性能。随着Small Cell产品的不断成熟商用,运营商可以更方便、更快捷地实现LTE异构网部署,为LTE精品网络建设提供多样化的建设手段。

毫无疑问,今年是国内4G规模商用的元年。三大电信运营商都进行了大规模的LTE网络建设,其中速度最快的中国移动甚至已经部署了接近50万个TD-LTE基站,基本完成了全国主要城市与交通干线的覆盖。

C114讯 前不久,工信部通信发展司副司长祝军在2013年前三季度工业通信业发展情况报告会上表示, 4G牌照将按原计划于今年年内发放。随着发牌期限的临近,产业链各个环节都在为LTE商用做最后冲刺。在网络侧,大唐移动作为最早投入TDD技术和标准研究的设备厂商之一,为形成适合我国4G发展情况的网络建设方案做了大量研究和开发,有效应对网络无缝覆盖、运营商资源利用率以及网络性能优化等挑战。

当前国内三大运营商已建成了众多的LTE室分系统,以保证优质的室内覆盖和重组的室内容量。虽然FDD-LTE室分系统和TD-LTE室分系统在基站设备、系统性能、部署频段、系统间干扰影响、共建方式等方面存在一些不同,但大唐移动在多年的室分建设过程中发现,FDD-LTE和TD-LTE在建设方面还是存在大量可以相互借鉴乃至共享的内容:如基本覆盖性能、大部分网络指标要求、基本建设场景、工程实施等方面。对于已经部署TD-LTE室内的建筑内,引入FDD-LTE 不仅可以进一步增强容量;对于暂未部署TD-LTE室内的建筑,则可以覆盖和容量兼顾,同时部署TDD和FDD室分。

Small Cell用于室内覆盖优势明显

在完成广域覆盖之后,网络容量、热点和室内覆盖又成为了摆在运营商LTE网络面前的难题。因为,根据业内机构的统计,有超过90%的业务是发生在室内的。但LTE的工作频段较高,在覆盖和穿透方面较弱,单纯使用室外宏站的方式无法解决室内覆盖的需求,而围绕着室内深度覆盖也成为业界关注的焦点。

LTE全系统精细化覆盖——运营商投资效益的基本保障

一、当前LTE对室内分布系统的需求和频段资源

Small Cell是低功率控制节点的总称,其概念由Femto Cell演进而来。Femto Forum于2007年6月在伦敦成立,随着Femto Forum的不断发展和壮大,以及Femto Cell技术的不断完善和成熟,2012年2月,Femto Forum正式更名为Small Cell Forum。2013年2月,Small Cell Forum发布了第一个版本Release 1,目前Release 4版本也已经发布。

当然,不仅仅是在LTE时代,就算是在2G和3G时代,室内覆盖也一直是老大难问题。那么,在移动数据业务唱主角的LTE时代,室内覆盖将面临哪些新的挑战?业界又有哪些创新的解决之道?未来又将呈现怎样的发展趋势呢?对此,大唐移动移动通信事业部副总经理王震在接受采访时为我们进行了解读。

针对国内4G网络建设,工信部部长苗圩曾表示:“4G是通信业发展的趋势,但在推进过程中还存在一些问题。基站建设和终端产品研发是制约国内4G发展的最大短板。”然而终端的制约随着芯片产业的不断成熟会逐渐消除;另一方面,基站建设即网络覆盖问题,则会牵一发动全身。网络信号覆盖的强弱将直接影响到用户的使用体验,也决定着客户是否会对运营商的巨额投资买单。

目前中国移动、电信和联通使用频段如下:

目前各主流设备厂商都十分重视Small Cell产品的研发,均推出了商用级别的Small Cell产品。

老大难:传统室分系统难以为继

大唐移动作为国内优秀的设备及综合解决方案供应商,一切从建网需求出发,创新性推出了涵盖多种远端低功率节点(包括微基站、MINI RRU、小基站等)及配套解决方案的LTE全系统精细化覆盖解决方案,在广覆盖基础网络的同时加强网络精细化覆盖,重点提升室内和热点区域的业务容量,从覆盖、容量、干扰消除等方面,全方位解决移动通信网的部署瓶颈。

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在室内覆盖场景下,相比于传统的室分系统,Small Cell的优势主要表现在以下几个方面:在覆盖性能方面,由于靠近目标覆盖区部署,覆盖效果较好;在系统性能方面,支持MIMO,可以提供更高的峰值速率;在容量能力方面,单信源覆盖面积小,可以得到更大的容量;在工程难度方面,射频点少,走线短,主要是网线布放,工程难度较小。

随着LTE网络的快速发展,中国已经进入业务体验、应用为王的时代; LTE时代90%的数据流量发生在室内。因此,做好室内网络覆盖并满足用户诉求,是运营商构建以客户体验为中心的网络运营的基础。

大唐移动MINI RRU产品在形态上趋向小型化,集成美化罩与美化天线于一身,外形紧凑美观,使工程安装和伪装更加方便;在功能上更加丰富灵活,可支持LTE MIMO多天线技术,可配置两个TDD-LTE单通道,支持D频段40MHz TDD-LTE带宽,能有效解决因D频段频率高、传播损耗大、越区干扰低等原因造成的小范围的补盲补热问题;此外,大唐移动MINI RRU产品继承了BBU RRU的分布式组织网结构,具有BBU RRU架构的技术优势,可通过增加板卡来提供更大的系统容量,支持基带资源的集中分配,支持小区合并、CMoP、ICIC等协同和干扰消除技术,因此,与普通双通道RRU相比,在成本上也具有一定的优势。

但由于Small Cell是单点部署,因此在覆盖效果的均匀程度上与传统的室分系统相比还存在不足,另外由于Small Cell并没有大规模商用部署,因此在网络建设成本上也高于传统的室分系统。

“的确,运营商很早就意识到了这一点,”王震说,“从2G时代开始,就非常重视室内分布系统的建设。但在LTE时代,很多传统的组网思路已经很难满足实际的用户需求。”

凭借部署灵活、安装便捷的优势,大唐移动MINI RRU产品可针对多种存在弱覆盖、高干扰问题的热点场景提供有效的解决方案。在密集城区,由于建筑遮挡干扰严重,因此楼宇之间、背街拐角等位置的无线信号难以形成良好覆盖,存在大量盲区。这些盲区即可通过街道站、楼顶小天线等方式安装MINI RRU进行补盲;在城市中的部分高层写字楼中,由于采用钢混结构,信号穿透损耗大,室分信号在很多外围房间内较弱,同时高层室内又易受到远端宏站的信号干扰,容易产生室内干扰大,无主覆盖的问题。针对这种场景,可采用MINI RRU加美化天线方案,在写字楼周边通过地面街道站、灯箱站加定向天线向上仰打,配合周边其他建筑楼顶美化天线定向天线向下俯打的方式进行室外定向覆盖,解决写字楼室内覆盖容量和质量问题;此外,体积小巧、美观隐蔽、又方便安装的MINI RRU也可作为大型室内、室外热点覆盖的最佳解决方案。多数大型室内、室外热点区域施工条件受限,无法安装体积重量较大的普通双通道RRU,因此室外宏站远远不能满足容量和覆盖需求。而相比于一体化站或Femto站,在这种高密度,小范围覆盖场景下,MINI RRU产品却可以发挥CMoP、小区合并等技术优势,确保更好的用户体验。

由于Small Cell具有覆盖、容量、工程建设等方面的优势,受到了各主流运营商的青睐,包括中国移动、中国电信、中国联通、AT&T、和记3等都加入了Small Cell商用的阵营之中。

最原始的室内覆盖方式,通过室外宏基站将信号直接“打入”室内的方法在LTE时代已经难以为继,LTE更多的在高频段部署使得玻璃、砖墙、水泥等障碍物对宏基站信号造成的衰减影响更为严重;如果依靠室外宏基站做室内覆盖将大大增加宏站数量和建网成本,同时也难以保证用户获得良好体验。

大唐移动LTE精细化覆盖解决方案,可作为单一宏覆盖网络及传统室分系统的有效补充,对私人住宅、办公室、商城等建筑物密集的城市环境进行补盲补热、加强网络深度覆盖及定向精确覆盖。同时,该方案也可用来为某些小业务量特殊场景进行低成本网络部署,如:地下室、停车场等;为运营商充分发挥频率优势,实现网络多层次、多维度精细化覆盖提供有力技术支撑。

早在2013年年末,世界各地就已经有46家运营商开通和部署了小基站服务,涵盖了23个国家和地区。其中家庭级Femtocell已有770万台,企业级系统已有10.8万台,另外在市区Small Cell网络中,有9.6万台室内型和3630台室外型设备,同时完成了50个郊区Small Cell商用网的部署。

后来的分布式天线系统则主要是面向语音业务覆盖进行设计的,且网络结构复杂、施工难度大、无法平滑升级支持LTE多天线技术,难以满足LTE网络对于容量的巨大需求。

LTE载波聚合技术——提高频谱资源利用率的有效方法

从上述统计数据来看,Small Cell在全球范围内已经开始规模商用,主要应用于解决室内覆盖问题。随着国内LTE网络建设的不断推进,覆盖重点由室外转为室内,Small Cell在LTE网络建设中将发挥更大的作用。

从组网的角度来看,传统室分系统也面临着很多问题:首先,传统室分要进行耦合器、功分器、合路器等安装;需要进行专项供电、GPS安装、IR部署、馈线安装等各项工作;其次,传统室分基站开通复杂,要开通各种有源器件;最后,传统室分维护、优化难度大,需要进行人工获取邻区信息,邻区参数和切换参数需手工配置,网络动态调整需人工优化和配置等。

众所周知,频谱是运营商最宝贵的资源,LTE网络发展更是离不开频谱的合理利用。为解决LTE 1800MHz、2600MHz以及800MHz、700MHz等多频段共存带来的跨频组网难题,业界提出了载波聚合技术来实现多频谱系统的协同工作。在我国,大唐移动投入了大量的资源,协同中国移动及其他设备厂商,共同推动载波聚合技术的发展。

Small Cell广部署是实现异构网络的关键

“由于无源器件多、故障点多,缺少精细化监控,用户投诉定位难,建设和维护各项成本非常高。”王震说。

载波聚合技术是LTE-Advanced标准中的代表性技术,通过将多个LTE成员载波聚合起来形成更大的带宽,使得上下行峰值速率及边缘速率达到成倍提高,并实现小区容量的成倍提升。该技术可以给频谱资源较丰富的TDD运营商带来更强的TD-LTE网络传输能力,为TD-LTE用户提供更优的业务体验。在已经比较成熟的TD-LTE系统设备中,提前引入TD-LTE-Advanced载波聚合技术是中国移动和大唐移动共同倡导的技术发展思路,以大唐移动所承建的数千计TD-LTE基站为例,仅需进行软件功能的升级和开启,即可支持载波聚合功能,并且不影响TD-LTE网络中已有终端接入。

随着智能终端的普及,丰富的业务驱动着移动宽带业务的蓬勃发展,网络流量呈爆发式增长。据市场咨询机构估计,就热点地区而言,2016年的总流量将超过2012年的30倍以上。同时移动宽带对数据吞吐率也提出了更高的要求。因此,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。

新方案:没有包治百病的灵药

早在2012年上半年,大唐移动就已实现设备的载波聚合功能,商用产品支持在D频段(2570~2620MHz)以及E频段(2320~2370MHz)内两个20MHz载波共40MHz带宽的合并。该功能先后经历了中国移动研究院实验室以及南京TD-LTE现网外场验证等多次验证,测试结果显示,载波聚合功能完备,多站间切换顺畅,切换成功率100%;聚合两个20MHz载波时,峰值下行速率可达到223Mbps。2013年9月,大唐移动率先完成了工信部MTnet实验室TD-LTE-Advanced功能室内测试,成为业界第一家完成TM9多天线技术测试验证的设备厂商。结合载波聚合技术及多天线增强技术TM9下行四流发送,大唐移动实现了跨频段五载波(1F 4D五个20MHz)1.25Gbps超高下载速率,这无疑将会为频谱资源较丰富的TDD运营商带来更强的TD-LTE网络传输能力。

为了满足未来容量增长的需求,改变及优化网络结构,构建多频段、多制式、多形态的分层立体HetNet,成为未来网络发展的必由之路。

正是看到了传统室内覆盖解决方案存在的问题,大唐移动提出了基于Nanocell技术的NEOsite解决方案。

电信业是国家的战略性产业,对于通信技术和标准创新走向的掌控将直接关系到一国的综合实力和持续发展能力。在过去的几年中,TD-SCDMA作为我国自主研发的第三代移动通信技术标准成功实现商用,不但实现了我国在全球电信标准领域的百年突破,更成为了我国在自主创新领域的重要实践和典范,为我国向科技强国、创新强国迈进积累了宝贵财富。

异构网可以高效地满足网络覆盖和容量需求。Small Cell具有小型化、低功率的特点,部署灵活,可以有效满足覆盖与容量新需求,弥补宏站深度覆盖的不足。因此,Small Cell的部署是实现LTE异构网的关键。

据王震介绍,该方案是大唐移动HetNet网络整体架构中的关键组成部分,可以帮助运营商提升室内覆盖容量,应对大流量的挑战。方案主要包含NEOsite小基站系列产品、UGW1100融合网关和UMS6600综合网管系统。其中,NEOsite小基站系列产品是业内首款支持TD-SCDMA/TD-LTE双模单芯片架构的小基站产品,支持TD-SCDMA/TD-LTE/WLAN三种网络数据业务接入,可极大的降低建网成本。

如今,全球进入4G时代,TD-LTE作为TD-SCDMA的后续演进技术备受关注。加快建设TD-LTE网络,将有利于进一步巩固我国在TD-SCDMA时期培养起来的民族产业竞争力,真正实现战略性领域的自主可控。此外,TD-LTE网络的成功推广,也将意味着我国自主研发技术的成功,对我国实现从“中国制造”向“中国创造”转型具有重要意义。

在Small Cell应用于异构网建设的过程中,应重点考虑以下几个方面的问题:

产品支持即插即用,实现“零配置”,即只需连接网线,基站自行启动,完成组网的配置。NEOsite小基站支持包括GPS、1588 V2和空口同步在内的三种同步方案,启动过程中自动扫描周围的宏基站或其他小基站信号,获得周边邻小区信息,并通过数据分析,进行初始配置和自动优化。

大唐移动历经了十一五及十二五前期的艰苦奋斗,对推动TDD技术产业化做出了诸多贡献,将TD-SCDMA打造成为全球发展最快的3G国际标准,实现了移动通信产业技术和产业链的协同发展。在即将来临的4G时代,大唐移动将坚持正向系统创新发展模式,以引领国际通信标准、提升民族竞争实力为目标,加大创新投入,打造符合国情的TD-LTE 4G网络。 图片 2

——确定现网问题区域。并不是所有用户集中的区域都需要部署Small Cell,因此运营商需要利用现网数据对全网进行覆盖和容量分析,以确定在覆盖和容量方面需要提升的区域,在这些区域,根据实际情况,确定是否需要部署Small Cell。

——选择Small Cell的部署位置。由于在宏站视线距离之下部署会使Small Cell的覆盖范围受到宏站的极大压缩,并且会与宏站之间产生强烈的干扰,因此Small Cell部署时,应避免位于宏站视距之下。

——Small Cell的建设方式。在部署Small Cell时,仍然需要考虑传输、供电和天线等配套系统,Small Cell站址的获取难度虽然小于宏站,但是依然存在一些困难。Small Cell的站址选择可以选择公共基础设施、与城市景观融为一体等方式,回传方案可以根据场景选择有线、无线等多种方案。

——宏微协同干扰控制。在宏微同频组网中,Small Cell部署的位置、功率输出的大小、干扰协同等因素都将对深度覆盖效果影响很大。根据相关测试,在宏站近点增加Small Cell可进一步提高RSRP,但由于宏微之间的干扰,随着微站功率的提升SINR值下降,平均速率也会同时下降;在宏站中点增加Small Cell可进一步提高RSRP,随着微站功率的提升,平均SINR值有效提升,平均速率也显著提高;在宏站远点增加Small Cell可明显提高RSRP,随着微站功率的提升,平均SINR值大幅提升,平均速率改善明显。

因此在宏微同频组网中,要严格控制Small Cell与宏站的距离,建议在宏站的中点和远点部署Small Cell,同时采用扇区合并、ICIC等技术控制干扰。

Small Cell满足LTE立体和深度覆盖的需求

在LTE网络中引入Small Cell,可以有效扩大网络的覆盖范围和提升网络的容量,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,通过宏微协同,提升LTE网络的室内外覆盖水平。

——立体覆盖。目前我国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、树木等影响,覆盖效果不一,存在盲区和弱覆盖区域,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条件的要求,可用于街道站、居民区深度覆盖、补盲补热等场景,也可灵活地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的立体覆盖。

——深度覆盖。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的不足,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下由于业主的干预,很难进行室内分布系统的建设。在这一背景下,在室内覆盖中引入Small Cell,可以支持MIMO,能够极大地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。

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