5G通信技术解读：微小基站里的大作为

5G通信技术解读：微⼩基站⾥的⼤作为
从本质上看，⼩基站作为本地接⼊线路，能将宏⽆线⽹络上的数据流量⽆缝转移到微⽆线⽹络上。

当结合诸如宏蜂窝和Wi-Fi卸载（Wi-Fioffloading）等其他⽆线接⼊⽹络技术共同使⽤时，⼩蜂窝基站就能为终端⽤户带来更佳的移动和⽆线覆盖，同时帮助服务供应商更好地管理数据流量和频谱。

⼩基站以位置为核⼼分为三种类型：针对家庭应⽤的住宅型、针对⼩企业或零售业应⽤的企业/室内型以及针对公共场所⽤户的户外型。

这些应⽤都可在授权和未经授权的频谱中使⽤，城市内覆盖范围达数百⽶，⽽乡村的覆盖范围则达⼏公⾥。

以LTE宏蜂窝技术为例，在⽆需载波聚合的情况下，该技术可在20MHz下实现150-Mbps的下⾏链路。

⽽⼩蜂窝基站可利⽤相同的带宽实现同样的下⾏链路。

当然，宏蜂窝的平均⽤户数量为⼏百个，⽽⼩蜂窝基站的则通常少于100个，这就意味着⼩蜂窝在密度更⼤的区域内能为每个⽤户带来更⾼的吞吐能⼒。

通过在3G、4GLTE⽹络中部署低成本的⼩蜂窝基站，电信运营商能填补盲点，扩⼤拥挤区域的覆盖能⼒，为企业提供更优质的服务。

考虑到其低成本和紧凑设计的特点，⼩蜂窝基站⼏乎能在任何需要额外⽹络容量和覆盖范围的地点部署。

与3G、4G相⽐，5G的新兴技术主要是毫⽶波与波束成形。

此外，在载波聚合、多天线输⼊输出（MIMO，MultipleInputMultipleOutput）等4G技术上有了新的演进。

那么，其对集成电路设计带来了怎样的挑战呢？今天，我们就来预测⼀下5G挑战下，集成电路的新趋势——⼩基站。

在摩尔定律的发展最直接的变化就把巨⽆霸变成袖珍丸。

请看以下今天的基站长什么样：
你以为的基站Vs.基站实际的样⼦
很多⼈会问⼀个问题，右边那张图不是路灯么？这就是⼩基站！可以伪装在路灯、公交车站牌和任何不起眼⾓落的变⾊龙。

随着集成电路的发展，终端芯⽚的SoC渐渐⾛到了穷途末路，⽽基站芯⽚的SoC却正在澎湃发展。

由此，⼩基站在4G时期成为了对抗⼴场舞⼤妈抗议的重要技术⼿段。

问题来了，5G下，微基站会更有意义么？
⽬前，限制⼩基站的主要是天线尺⼨的⼤⼩。

⼀般要求天线的尺⼨与电磁波波长在同⼀个数量级，⽽电磁波波长就是光速除以频率。

3G/4G的载波波长在分⽶级，⼩基站的天线长度也差不多。

但是在5G下，载波波长变成了毫⽶级（这也是之所以叫'毫⽶波'的原因）。

所以天线可以做得更⼩，做得更多（实现波束成形和MassiveMIMO）。

⼩基站（SmallCell）的体积和称呼从MicroCell（微基站）、NanoCell（纳基站）、PicoCell（⽪基站）已经进化到FemtoCell（飞基站）。

它们的主要应⽤场景在⼈⼝密集区、覆盖⼤基站⽆法触及的末梢通信。

特别是完成号称100Mbps-1GMbps的5G通信。

⼩基站让你⼯作闲暇之余，在⼀分钟内下完⼀集⾼清《权利的游戏》成为了可能。

未来，可以预期的是其会像你家的路由器⼀样⼩，藏在CBD和⼤型ShoppingMall的⾓⾓落落。

⼩基站的实现，除了摩尔定律带来的⾼歌猛进外，还有很多智慧的硅⼯付出的⾟劳努⼒。

⽐如——⾮线性功放的数字预畸变（DigitalPre-distortionforNonlinearPoweramplifier）。

⼩基站不仅在规模上要远远⼩于⼤基站，在功耗上也是必然指数式下降，毕竟占的是220V 的市电。

随着集成电路的演进，虽然计算功耗不断降低，但射频发射机信号的发射功率没有太⼤变化，毕竟这是由协议灵敏度决定。

在⼤基站⾥，我们可以⽤⾮硅的⼯艺实现⾼线性度功放，反正功耗不Care。

但是在理想的⼩基站⾥，PA也是做成SoC的。

CMOS⼯艺的功放在线性⼯作范围的低效率闻名遐迩，在⼤功率的输出下功率即将饱和。

预期单纯地被限制在线性区
是“坐井观天”。

于是天才型硅⼯就提出从在数字域寻找⾮线性PA的反函数，然后输出⼀个⾮线性的数字控
制码。

两者叠加，就有了⼀个线性的⾼效率输出。

然后，这个问题的解法⼜再⼀次地普及到频域，当宽带功放在带内的传递函数有波动时，也在数字域寻找其波动的逆函数，给出带有频率选通特性的调制结果，然后⼀叠加，⼜能看到幅度⼀致的EMVmask了。

带有数字预畸变的发射系统
这⼀思想的核⼼，就是把不随摩尔定律变化的射频功耗等转化为跟着摩尔定律⾛的数字计算功耗，所谓Asmuchdigitalaspossible。

在各式各样的努⼒下，5G⼩基站变成了PokemonGo中⼩精灵般散落在⼈间。

于是新的问题就出现了，那么多⼩基站，万⼀被踩⼀脚挂了怎么办？况且其灵活性体现在其⾃由⽅便可配置上，如果动不动就要打电话给运营商派辆车过来，是否还合适呢？
答案显然是否定的。

最后，我们要来介绍⼩基站实现中的另⼀个机制——⾃组⽹
（SelfOrganizingNetwork，SON）。

为了更好、更⽅便地对具有灵活性的⼩基站群进⾏配置、优化和修复，⾃适应的组⽹技术将取代⼤基站中繁杂的介⼊成本。

有关调查指出，在5G应⽤场景中，50%以上的通信资源被1%的终端占⽤，⽽这1%往往在⼤城市的中⼼地带和商业区。

这些地区的实际通信场景复杂，需要可配置度⾼的⽹络。

更有甚者，这些区域的物联⽹也⽐较丰富。

在种种情况交叠下，SON可以被看作是5G通信与物联⽹通信的的桥梁，为这样的区域提供更有效的组⽹通信系统。

如果有服务导向的⾃组⽹成为可能，那么未来的⼩基站的实际运营权可能从移动运营商转移到部分转换器实体商家和其他⼩企业运营单位⼿中。

未来的“⽹管”不仅管着交换机、⽆线⽹，还要管都市移动通信。

由于社会和通信等⼀系列的原因，未来⼩基站会逐渐成为5G通信中不同于⼤基站的重要增长点，特别在城市CBD区域。

毫⽶波将导致⼩基站的伪装更加让⼈难以分辨，与此同时，各种数字化的校准⽅法也实现了⼤基站到⼩基站的低功耗转变。

同时，⾃组⽹技术可能令5G的商业模式出现重⼤变⾰。