迎接5G高频信号新挑战 小基站角色更吃重

小型基地台的概念并不新，且产业对其重视程度，也已行之有年，但到目前为止，小型基地台并不如想象中蓬勃发展。不过由于5G讯号特性，势必得靠小型基地台来组成异质网络，从5G一开始的应用场景，到频谱规画、以及RF组件开发等，皆可寻觅到其身影，因此在迈向IMT-2020的目标中，小型基地台的起伏发展，将是值得持续聚焦的一大重点。

由3GPP发布的5G技术发展使用情境，可区分为提供更高带宽的eMBB，专为大规模物联网应用而发展的mMTC，以及能满足各种实时通讯需求，且可靠度更高的URLLC。由于三种应用场景锁定的情境皆不相同，未来电信商的营运模式与发展的产业生态链，势必也将有所不同。

构筑5G蓝图　eMBB/mMTC/URLLC各司其职

资策会智通所主任马进国（图1）表示，目前5G New Radio大部分订的标准，着重在eMBB，URLLC今年将会订得更为完整，而mMTC则会逐步靠NB-IoT、LTE对接过来，因此标准会订得比较慢一些。

图1　资策会智通所主任马进国表示，小型基地台将会是发展eMBB的重要设备。

马进国进一步表示，eMBB除了在6GHz以下的频谱发展相关技术，也会发展在6GHz以上的频谱。而小型基地台（Small Cell）将会是发展eMBB的重要设备，由于目前6GHz以下的频谱，大多是以大型基地台发展的传统网络模式为主，而较以6GHz以上频谱的毫米波技术，便须要小型基地台来把速度冲得更快。而eMBB主要的应用会是在大流量的行动宽带业务。

除了eMBB，URLLC则将会着重发展在6GHz以下的频段上，主要应用会是无人车，因其反应必须很快，才能有效避免意外事故的发生。此外，另一项重要应用场域则是在智慧工厂，由于大量的机器都内建传感器，从传感器、后端网络、下指令，再传送回机器本身的这些过程，若以现有的网络传输，将出现很明显的延迟，可能引发工安事故。有鉴于此，URLLC将网络等待时间的目标压低到1毫秒以下。

而mMTC也将会发展在6GHz以下的频段，其将会应用在大规模物联网上，目前较可见的发展是NB-IoT。

以往普遍的Wi-Fi、Zigbee、蓝牙等，较属于家庭用的小范围技术，回传线路（Backhaul）主要都是靠LTE，最近随着大范围覆盖的NB-IoT、LoRa等技术标准的出炉，可望让物联网的发展更为广泛。

高频5G讯号跑不远　小基站角色更吃重

在4G网络环境中，小型基地台主要扮演的是补强网络涵盖死角的角色，主要的网络涵盖还是由大型基地台负责。但由于5G通讯所使用的频段更高，穿透力与涵盖范围将比4G更差，因此小型基地台势必将在5G网络建置中扮演更重要的角色。

台湾资通产业标准协会（TAICS）秘书长暨工研院资通所副所长周胜邻指出，无论是大型基地台还是小型基地台，一个区域里基地台越多，该行动网络的系统容量也就越大。一个大基站涵盖的半径，可以从500公尺∼2公里，但容量却是固定的，因此范围布得越广，单一用户可以分享到的容量就越小，容易造成拥塞。如果能透过小型基地台组网，便可把不同用户分散到这些基站去，进而让容量增加。

未来5G小基站的观念，会是在大型基地台底下，再布建好几个小型基地台（图2）。周胜邻举例，以台北市东区的面积来说，一座大型基地台的讯号涵盖范围已经足够，但考虑到当地人潮拥挤、行动网络的流量也高，因此网络容量必须更大，才能满足用户需求。在SOGO等人潮聚集的地区再布建几个小基地台，便可有效提高网络容量。

图2　超高密度异质网络

数据源：TAICS， 台湾5G白皮书

周胜邻进一步分析，但如此一来，大小基地台必须能彼此协调，否则反而会互相干扰。这对基地台规画（Cell Planning）来说，是新的挑战。目前大小基地台共存，仍存在讯号干扰的问题。除此之外，小基站彼此如果布得太密，也会有干扰的问题。因此，增加小型基地台所能扩增的网络容量，还是有其极限。以目前的技术来看，利用小型基地台，最多可把网络容量增加2∼5倍。

以中国移动为例，目前该公司是采用大小基地台异频运作的方式来降低干扰问题。因为频率不同的关系，该方式能成功避免大小基地台相互干扰。不过，此作法可能难以应用在台湾，因台湾电信商的数量较多，每家厂商的频谱资源都很有限，单一电信业者很难有如此多的频率可以使用。

彻底解决基地台干扰　UDN还得加把劲

工研院新世代通讯技术与应用推广部经理刘家隆表示，5G UDN的研发目标，便是要在UDN环境下，解决基地台间干扰增加的问题，使小型基地台布建密度增加十倍时，带宽流量可同时接近时被增长。

UDN提出把破坏性干扰，转成建设性合成波的MIMO技术。从单一小型基地台导入整个UDN网络，透过MIMO与跨基地台之间的紧密协调，来消除干扰，此过程称为Network MIMO。Network MIMO这种跨基地台合作技术，现已被视为是5G的重要技术之一。

Nokia解决方案营销部台港澳业务销售总监郑志中进一步指出，由于目前部分电信营运商是用比较传统的方式在运行小型基地台，没有仔细规画，而无法掌握干扰状况。当大量部署小型基地台时，所有的基地台都必须有自我组织网络（Self OrganizaTIon Network， SON）的能力，才能有效调整、控制讯号的大小，以大幅避免干扰的状况发生。

郑志中分析，如今干扰状况的产生，有可能是电信营运商没有考虑到整体状况，就直接进行部署，以致于无法顺利扩充讯号涵盖量。同频虽然在先天上有不少缺陷，但现已有许多技术可以在后天进行改善。