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。

***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， ***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***，因***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。

5G带来多重考验　RF组件整合势在必行

然而，无论大小基地台，为因应5G高频、高容量特性，RF组件在整合度、系统功耗上的要求，相较4G LTE来得更高，因此组件供货商如何在这些更严格的要求下，保持成本竞争力，将进一步影响到5G商用化的进程。对组件供货商而言，如何进一步提高RF组件的整合度，使其在效能不打折的情况下降低功耗，将是一大挑战。

ADI通讯基础设施业务部中国区战略市场经理解勇（图3）表示，美国营运商Verizon和AT&T，计划在2017年把5G毫米波技术，应用在固定无线宽带接入网络上，从而提供家庭用户高速的网络连接方案。ADI作为主要的射频微波芯片供货商，多年来一致积极致力于微波和5G相关技术产品的研发和演进，提供整体讯号链解决方案。

图3　ADI通讯基础设施业务部中国区战略市场经理解勇表示，小型基地台在中国大陆的发展十分火热，应用场景日广

由于5G基地台采用大规模天线数组（Massive MIMO）技术，每个天线的发射功率并不大。相对于传统大型基地台来说，5G基地台对系统功耗、尺寸和成本更加敏感，所以对于RF收发器组件，要求其整合度更高，功耗更低以及成本更具竞争力。

解勇进一步表示，小型基地台是解决网络容量和室内覆盖难题的重要方式之一，和大型基地台一起组成分层网络，已是业界的共识和趋势。目前小型基地台在很多国家都有规模部署，在中国大陆的发展也十分火热，应用场景日广，主要产品形态以分布式射频头端（Radio Head）或光纤延远小型基地台，以及一体化的小型基地台为主。

解勇指出，目前产业面临的主要挑战是，在如何取得更高整合度和更低功耗的目标下，保持成本竞争力。因为新的制程及及新技术的研发持续投入是巨大的，5G的成熟和大规模商用还须要很长一段时间。在组件指针上，由于5G标准还在制定之中，现在还不是很明确，但是由于5G的频段包含微波和毫米波频段，在组件的指针设计难度上会更大。

此外，伴随各国陆续释出6GHz以下频谱，给行动宽带使用，同时在2016年7月份，美国FCC也开放了近11GHz可灵活运用于行动和固定无线宽带服务的高频段频谱，其中包括28GHz、37GHz、39GHz和一个新的64∼71GHz未授权频段。

对此，解勇表示，ADI在6GHz以下，与6GHz以上频谱的RF组件之发展策略是齐头并进，6GHz以下频段重点开发CMOS制程的基于软件定义无线电（SDR）架构的射频完全整合型收发器（Transceiver）方案，以及射频取样架构数据转换器；6GHz以上频段目前重点开发硅锗制程的高性能微波整合组件。

NCC改采免审验制度　小基站部署添动能

此外，近期美国与***政府，也各自发布对小型基地台发展有利的政策。合勤行动宽带事业中心资深经理廖清波（图4）表示，美国FCC释出的CBRS频段，将会是5G小型基地台发展的重要频段。目前行动通讯所使用的频谱多半是竞标而来，授权费用相当昂贵，因此整个电信产业基本上是以大型营运商为主体，但CBRS频段采用注册制，任何注册的业者皆可使用，因此将给中小型电信业者较大的发挥空间。而对这些规模较小的电信业者来说，相较于大型基地台，小型基地台自然是更经济实惠的选择。

图4 合勤行动宽带事业中心资深经理廖清波表示，CBRS频段将是5G小型基地台发展的重要频段。

除了美国之外，在2016年底，***NCC亦放宽了小型基地台的设置审验，改采免审验制度。未来在***建设小型基地台将不必再逐一申请建置许可。廖清波认为，过去NCC把小型基地台当成大型基地台来管理，申请的过程十分繁琐，管制放宽后，将对***的小型基地台发展有相当大帮助。

周胜邻则表示，此项放宽对电信营运商来讲是好事，因为这意味着，小型基地台的布建将会更加容易。

在4G时代，小型基地台被视为客户端设备（CPE），在整体布建的基站规画时，仅用来弥补大型基地台的不足，且衍生的干扰问题更让业者对其印象大打折扣。在未来的5G时代，产业若能克服这些问题，开创出异质网络的全新商业模式，将是小型基地台蓬勃发展的一大利基。