关于5G小基站

展涛

根据3GPP（第三代移动通信标准）的规范标准，无线基站可以分为4类，分别是宏基站、微基站、皮基站和飞基站，业内普遍将除宏基站外的微基站、皮基站和飞基站统称为小基站。

随着5G网络的持续建设，5G业务场景开始从室外转向室内，市场也更倾向在室内场景中使用小基站。

实际上，小基站并不是5G时代的专属，早在4G时代就已有相关部署。不过，由于4G时代宏基站可以承载70%以上的流量，小基站的使用量不多。在4G基站向5G基站的过渡中，受到国家相关网络建设限制，小基站成为必要补充，尤为需要强调的是室内网络建设方面。目前，中国5G网络布局形成了“宏基站基础、小基站补充”的局面。小基站可以填补由于土地空间不足、预算不够带来的空白。

与消费级不同，小基站芯片需要高程度的成熟性和高可靠性。行业内相关人士认为，从4G小基站到5G小基站，需要亟待突破是核心主控芯片，特别是高算力、低功耗的集成数字芯片作为专用主控芯片。无独有偶，一些行业人士也曾分析，如果把一个5G小基站拆解，其中最为昂贵的是一颗价格高达600美金左右的FPGA主控通用芯片，超过了小基站上其他芯片的金额总和。

许多大厂从4G基站芯片方案开始，已经占据了绝大市场，这种强势的市场地位也延续到了5G基站中。目前，5G小基站芯片仍被国际大厂垄断，博通退出该市场之后，英特尔、恩智浦、高通成为三大玩家。

英特尔为5G小基站设计的平台中，RRU（远端射频单元）基于英特尔Arria10 FPGA，Arria10 FPGA和SoC串行收发器提供宽带、低延时、低功耗的选择，可以支持开发高速通信系统，非常适合无线基站。英特尔目前基于Flex RAN的端到端解决方案，已经被绝大多数5G小基站广泛采用。

国内5G小基站架构通常为分布式的BBU+交换机+RRU三级，其中以华为Lampsite、中兴Qcell的为代表的有源室分系统成为5G室内主流，而两者的小基站芯片均使用ASIC，且并未公开。

英特尔、恩智浦、高通三大巨头分别采用FPGA、Arm多核架构和ASIC芯片，而国内则看重ASIC和RISC-V架构。ASIC定制化强，且功耗更低，性能更强，成为国内主要玩家的首选架构。而RISC-V架构因其开源的特性，成为国内玩家的“新宠”。

自主可控是国内小基站芯片的重要发展方向。实现了从“核”到“芯”自主可控。为了适应移动基站快速演进的趋势，以及市场对小基站低成本的要求，UCP4008采用了灵活先进的软件无线电架构，内部也集成了NPU内核，单芯片即可实现整个基站L1、L2和L3的处理，运行效率高，且硬件成本低。集成了数字基带核和NPU协议栈核，单芯片可以实现整个基站L1，L2和L3的运行。

国内外5G小基站市场在疫情后的这几年将进入规模部署阶段，设备商和运营商普遍面临着越来越大的标准快速演进和成本控制等诸多现实压力。

千亿市场规模，5G小基站“狂飙”！

2022年是5G小基站商用的重要一年，三大运营商纷纷开启了5G小基站常态化测试和集采，标志小基站已经具备商用条件。进入2023年，截止3月底，中国累计建成5G基站总数达264万个，基本实现了县城以上地区的5G连续覆盖，5G室外覆盖已告一段落，在加强室内覆盖方面，与宏基站互补的5G小基站建设加速推进。

中国联通研究院无线技术研究中心总监李福昌日前对媒体表示：“预计未来几年将迎来小基站集中部署阶段，随着经济社会数字化转型的深入，5G渗透到生活方方面面，小基站将迎来更大的发展机遇。”

中国移动研究院无线与终端技术研究所副所长李男表示，随着5G网络基础覆盖的逐步完成，运营商后续将向细分场景网络建设聚焦。5G的频谱资源频段普遍偏高，从室外穿透室内的能力较弱，同时考虑到数据业务80%的流量发生在室内，特别是未来随着AR/VR、云游戏、高清视频等对传输和时延要求极高的业务不断发展，未来3年5G小基站需求持续提升。

“从技术的角度，5G小基站作为3GPP标准中异构网络的载体，与宏站网络互补，尤其是面向室内场景的5G深度覆盖与容量覆盖需求。由于目标覆盖区域的空间差异性，就导致了5G小基站需要更加轻便、灵活、容量可控、部署IT化等特性。”

5G小基站有四大特征。一、小基站可以增强室内深度覆盖。与4G相比，5G网络频率较高，对室内深度覆盖提出挑战。一方面高频谱存在高穿透损耗，仅利用室外宏基站难以满足室内深度覆盖需求。另一方面存量DAS无源器件对高频段频谱的支持也存在一定缺陷，不仅难以利旧，也很难通过二次多路改造来满足5G大容量需求。因此，需要通过小基站去解决传统室分建设问题；二、小基站可以加快5G网络部署，降低建设成本；三、小基站能够提供连续的一致性5G体验。对于5G网络中非连续的高热区域以及弱覆盖区域，需要充分发挥小基站的大容量易部署的优点，协同宏网络互补形成异构网络，提升用户体验；四、小基站能够赋能多样化行业应用。小基站信号发射覆盖半径较小，适合小范围精确覆盖，作为宏基站的有效补充。

小基站是5G商用网络的重要组成部分，在规模化网络建设后，可以低成本按需补充大网覆盖和容量的不足。此外，小基站也是行业网市场端到端解决方案的关键入口，市场潜力巨大。此外，云计算厂商以“5G+边缘计算力”模式推进边缘节点的建设，也将拉动小基站的需求。

室内场景环境复杂，业务量分布不均衡，导致覆盖需求多样化。5G小基站的出现为运营商根据应用场景的业务需求选择最高性价比的方案提供了有力抓手，目前，运营商在室分建设主要采用三种解决方案，纯覆盖场景优先采用利旧传统DAS室分方案，体验场景优先采用5G扩展型皮基站，超大容量场景优先采用5G分布式皮基站方案。

5G小基站具有定制化、灵活性高等特点，易于与垂直行业深度融合，可以满足中小型行业应用的碎片化需求。胡应添表示，基于网络安全的考量，需要有国产化方案的系列化5G小基站产品，满足更多行业的安全建网的需求。

数字前端DFE芯片。收发信机Transceiver，奕斯伟和地芯科技相继推出了可商用的产品。

小基站撑起大格局。小基站为5G网络“补盲”“补热”。

5G室内覆盖部署具有四方面特点。

首先，5G室内业务占比高且多样化。在业务承载方面，室内应用多样化给网络带来更高的要求。

其次，5G频段高导致室内覆盖难度大。在频段上，5G普遍运行在中频和高频，高损耗导致5G信号穿透墙体更加困难，室内更加依赖室分覆盖；同时，室内传播环境差异带来覆盖技术和成本的差异。

再次，5G设备成本激增，室分建设规模和投资成本提升。相比于4G室分设备，5G室分设备在工作频段、载波带宽、通道数量和发射功率等方面均有大幅提升，因此在5G室分建设初期，设备成本将大幅增长。5G室分建设规模大、建设成本高，后期运维成本高，预计5G室分投资将会达到千亿级别。

最后，存量室分场景实施难度加大。目前，全网室分系统保有量超过百万。其中，81%以上为1T1R无源室分，难以发挥5G大带宽高速率优势；绝大部分存量室分系统只能支持2.5GHz频段，不能很好地支持5G新频段；同时，绝大部分场景已有三大运营商进入，室内位置和空间资源有限，落地实施难。

随着未来5G业务的黏性增强，室内小范围点状补盲场景可以采用5G一体化毫瓦级小基站以及小型数字直放站设备实现灵活部署。

中国信通院5G应用创新中心副主任杜加懂指出，5G发展已经步入下半场，推进应用发展成为各方关注重点。5G开启了to C和to B两个赛道，两者网络覆盖模式不大相同。相对而言，to B对室内室外连续覆盖要求较高，以保证行业企业业务的连续性，同时，室内信号需要根据企业业务部署情况进行定点、实时补盲、优化和增强。为此，“宏站+小站”协同成为5G to B的必然选择。

目前,典型的5G小基站设计方案包括三种，一是X86+FPGA方案，以Intel为主要代表的厂商，其方案成熟，未来将向FlexRan、云化、容器化演进。二是ARM+DSP方案，以NXP为主要代表的厂商，其产品具备低成本和低功耗的优势。三是ASIC芯片方案，以高通为代表的厂商，其产品具备灵活、可虚拟化、可扩展的特性。

中国移动希望与产业界合作伙伴携手，共同拓展5G小基站行业应用，推进无线云网向算力化演进，打造云网算业一体化服务新态势，赋能5G高效服务行业应用。

5月23日“2023年5G小基站行业应用发展论坛”日前在北京举办。

5G频段越来越高，这就导致宏基站信号传输面临更大的链路损耗问题，使室内信号覆盖严重不足。而小基站正是破解5G网络痛点的“利器”。小基站具有灵活性、高带宽、低时延、节约成本、主动管理等优势。

目前，三大运营商已经开启了5G小基站的自研或者招标。中国电信开展了自研采购5G小基站，并在2022年就进行了5G扩展型小基站的集中采购，今年3月开启了5G扩展型小基站的代工采购招标，包括6000套5G小基站。中国移动在2022年也完成了5G小基站招标，2.6G 2T2R的单模和双模扩展皮基站共招标2万站。中国联通在2021年开展了7个省分公司的外场试点验证，2022年3—6月完成了第一阶段功能和性能测试，2022年完成了近20个厂家60余款产品的常态化的测试工作。

到今年7月底，中国已建成开通5G基站近200万个。然而，不少人有这样的感受：室外5G信号稳定，到了室内偶尔会出现时断时续的情况。专家指出，这是室内信号深度覆盖能力不足导致的。　随着在线教育、远程医疗、远程办公等应用快速发展，5G室内场景增多。在覆盖行业更广、应用走深向实的当下，如何解决室内信号不稳定的问题？具备小体积、低成本、高性能、低功耗、易部署等特性的5G小基站成为建设重点之一。

什么是5G小基站？

“5G小基站的单通道发射功率较小，通常为毫瓦级。远端单元的体积尺寸一般在2L左右。”中国联通网络部无线网管理室总监范斌介绍说，5G小基站之“小”体现在两方面：

体积小——根据3GPP（第三代合作伙伴计划）标准，无线基站可分为四大类，分别是宏基站、微基站、皮基站和飞基站。相对于宏基站来说，后三者体积较小，通常合称为“小基站”。由于体积小、重量轻，支持多种回传组网方式，安装的灵活性更高，能够实现对重点场景进行网络覆盖的补充。

覆盖范围小——覆盖范围与体积相关。宏基站体积最大，信号的覆盖范围最大，主要解决室外的远距离连续覆盖。微基站覆盖范围50-200米，应用于宏基站部署受限的市区或农村；皮基站覆盖范围20-50米，应用于室内公共场所，如交通枢纽、购物中心、展馆等；飞基站覆盖范围10-20米，通常适用于家庭或企业环境。

小基站并非5G时代产物。在3G、4G时代，随着室内场景对网络需求的增加，小基站开始出现。进入5G时代，人们对无线通信的传输速度提出了更高要求。而小基站能够在室内安装，实现弱信号和盲区内的定点深度覆盖，包括人流密集或数据流量传输需求大的区域。此外，小基站还能帮助宏基站分担流量负荷，与边缘计算等技术相结合，以满足垂直行业应用碎片化需求。

8月4日，中国移动公示了2022年至2023年扩展型皮站设备的集采结果，这是5G商用以来最大规模的小基站集采。此次集采预估采购规模约为2万站，其中单模扩展型皮站7500站、双模扩展型皮站12500站。

为啥要建小基站？　　①解决高频段部署带来的新挑战——

随着5G频段越来越高，宏基站信号传输面临更大的链路损耗问题，室内信号覆盖不足。一边是5G更高的频段导致室外宏站信号难以抵达室内，一边是越来越多的业务和流量需求发生在室内。单纯增加宏基站覆盖，成本难以承受。面对如此“两难”的境地，小基站成为破解5G网络痛点的“利器”，为实现5G深度覆盖提供了新的解决方案。

②为5G信号“补盲”“补热”——

宏基站易受到建筑物、树木等影响，覆盖效果不均匀，且随着信号频率的提升，4G/5G信号穿透能力会减弱，从而出现弱覆盖区域或盲点，影响用户体验。而在热点区域，如商场、机场、酒店、医院等人群密集、流量需求远高于普通地域的区域，宏基站往往难以提供足够的流量，小基站此时可以发挥很好的补充作用。此外，由于宏基站选址需要考虑的因素较多，协调建网成本较高，面临传统设备安装位置受限、铺设传输困难、天面资源紧张等问题，尤其是在人群密集区，更不易获取站址。因此，很难通过密集部署宏基站解决室内和热点区域的覆盖和容量问题。

③带来更大的市场发展空间——　　5G大带宽、低时延、高速率的特性正在赋能各行各业。小基站快速定制、灵活部署、高网络容量、低成本的优势使其可以更好满足各行各业的多元网络需求，如智慧工厂、远程医疗、移动车联网等等，其深度覆盖将为各行各业带来新的发展空间。

除了室内区域外，小基站还在两类场景内具备优势。一是室外非连续覆盖的热点区域，如景区、步行街、居民区、道路等；二是垂直行业应用场景，如矿山矿井、产业园区、生产制造、仓储物流等。

用户可选择UC1040内置数字预失真(DPD)功能,也可以选择具有DPD功能的收发信机芯片。

不过，5G普及应用仍然存在室内信号深度覆盖能力不足的问题，即室外5G信号稳定，室内偶尔会出现时断时续的情况。

5G时代算力需求增加了20倍，面对这种需求，芯片领域做大的挑战，就是增加算力的同时减少功耗的增加。

在5G时代，基站工作频段在升高，基站覆盖面积减小，室内覆盖比较困难，但用户流量使用80%都在室内，因此小基站进行“补盲”的需求就出现了。

如今宏基站单价大约在16万元左右。5G基站需求如果按照4G的两倍，1000万个来计算，5G基站采购总投入将达到1.6万亿。

从功耗的角度来看，单台宏基站按照3500W功率来算，1000万个基站，一年的电费大概要1500亿元，而三大运营商2020年总利润仅有1400亿元。

小基站其实就是一个很好的解决方案，网络传输速率相当，但功耗可能只有几十瓦，对于运营商成本的降低是很有帮助的。

小基站加速5G覆盖“最后一公里”。

话说在上古时代，基站是一体化的，并未有两大核心的区分，内部各模块相互交织在一起，混沌不清。

相比于D-RAN的建设，C-RAN的建设做得更到位，除了RRU拉远配置之外，电信运营商把BBU全部都集中放置在中心机房（Central Office，CO），最大的好处是形成BBU池塘（关于BBU池塘，我们曾经讨论过，大家可以在以前的讨论中查到），降低机房建设数量从而缩减建设成本。另外，拉远之后的RRU搭配天线，还能安装在离移动终端用户更近的位置；距离近了，发射功率随之降低，低的发射功率意味着用户终端电池寿命的延长和无线接入网络功耗的降低。也就是说：移动终端（主要是手机）会更省电，待机时间会延长，同时电信运营商那边也更节约能耗和成本。

为什么说 5G 离不开小基站?