1.2 Small Cell产生背景
1.2.1 当前网络部署面临的挑战
智能终端的发展让人们能够享受到便利的移动互联网服务，对移动宽带互联网起到了巨大的推动作用。智能手机最早出现于2007年，初期只能支持一些低速的数据业务，比如网页浏览、音乐和普通的视频播放等。经过近几年的不断发展，智能手机在性能上得到了极大的提升，如今已经能够支持高清视频播放以及丰富多彩的App等业务。移动互联网的发展给人们的日常生活带来便利，比如商务人士能通过移动终端便捷地处理业务；消费者可以随时随地购买自己所喜欢的物品；医疗以及教育机构也能够通过移动互联网开展各项业务，移动互联网已经与人们的日常生活紧密相连。移动互联网的发展使得数据业务流量急剧增长，相关资料显示，近年来，移动数据传输量呈现108%的复合年增长率，传统的宏基站覆盖方式遇到了前所未有的挑战，主要可以归纳为以下几个方面。
1．深度覆盖需求强烈
移动互联网的一个主要特点是发生在室内的业务量占总业务量的比例非常高。根据调查显示[1]，大约有60%的话音业务和90%以上的数据业务发生在室内。所以室内覆盖是数据业务发展的重要保障，良好的室内信号质量能够有效吸收大量的数据业务，并且有助于吸引用户，为运营商带来丰厚的利润。因此，室内覆盖对各大通信运营商来说就显得非常重要，成为通信运营商在市场竞争中保持领先的关键因素。
2．移动数据业务质量要求高
相对于传统的话音业务而言，数据业务不仅要求极高的数据速率，还要求极低的分组丢失率和时延，才能满足人们日益增长的高质量多媒体业务的需求。为了能够满足这些多媒体业务的指标需求，无线信号必须能达到较高的信噪比水平。
3．电波传播损耗大
随着无线通信技术的不断发展，号称黄金频段的低频资源已经被各种通信系统使用殆尽。这使得当前LTE商用网络主要工作在1.8 GHz以及2.6 GHz的高频，5G系统的工作频段更要用到3.5 GHz甚至30 GHz以上的毫米波频段。相对于低频段而言，高频段信号的传播损耗大、穿透性差，容易造成室内覆盖的深度不足，在住宅小区、商务写字楼等热点地区出现弱覆盖区或覆盖盲区，无法满足用户对数据业务的需求。
4．新增基站困难
为了克服建筑物穿透损耗的影响，使室外信号在到达室内后仍然达到一定的信号强度要求，就需要增加基站的数量，使基站贴近建筑物，从而减小信号在室外传播过程中的损耗。但是新增基站存在站点难以获取、建设周期长、缺乏传输资源等工程建设问题，并且基站数量的增加会带来网络建设成本以及运营成本的增加，同时容易引起基站之间的干扰，增加网络优化的难度。
1.2.2 改善网络覆盖的手段
1．分布式天线系统
分布式天线系统是一种传统的改善建筑物内无线信号质量的方案，其原理是利用分布式天线将无线信号均匀地分布在室内，从而达到理想的室内信号覆盖效果。建设分布式天线系统需要在建筑物内安装天线以及信源，天线的安装位置往往会受到物业等因素的限制，难以深入到房间，并且大型的建筑物会存在房间的纵深较深、隔断较多的情况，造成离天线较远的区域形成弱覆盖区。另外，LTE系统采用了MIMO技术来提高系统的容量，MIMO技术需要双通道的室内分布系统才能发挥性能，这涉及对原有室内分布系统的双通道改造，进一步增加了施工的难度。
2．中继器（直放站）
中继器是通过在信源与信宿之间引入中继节点，从而增强信源对小区边缘以及信号较差区域的覆盖，进而拓展信号的覆盖范围。中继器可以分为两类：放大转发（AF，Amplify and Forward）中继和解码转发（DF，Decode and Forward）中继。AF中继仅仅将收到的信号进行放大后转发出去，DF中继对收到的信号进行解码并重新编码后转发。AF中继在放大有用信号的同时，会同比放大噪声信号，因此，造成噪声的逐级叠加，而DF中继不会造成噪声的叠加，能够提供更好的性能。中继可用于现有蜂窝系统中的多种场合，如小区边缘、隧道与地铁等无线信号无法有效覆盖的区域。
3．泄漏电缆
泄漏电缆是一种沿同轴电缆外导体纵向、按照一定的间隔和形状开槽而成的特制电缆，电磁能量可以通过同轴电缆进行传输，在一定范围内产生均匀的信号场强，具有通信可靠性高、接收电平稳定的特点。但泄漏电缆的传输损耗较大，要求输入能量强度较高的信号，因此，泄漏电缆的应用范围有限，只能用于隧道、地铁或走廊等又窄又长的内部环境。此外，在安装时，并不是总能找到合适的地方去安装泄漏电缆，即使有合适的位置，敷设电缆还不能紧挨墙壁进行安装，必须在电缆和墙壁之间留有一定的空间，留作安装一些空间自适应器，这会给工程实施造成一定的困难。
4．Small Cell
Small Cell设备的发射功率低、体积小、工作在授权频段，能够提供十几米到百米内的信号覆盖，能够为用户提供语音与数据业务，适用于家庭、办公场所以及热点地区的覆盖场景，具有以下优点。
● 改善室内信号质量。由于Small Cell的覆盖范围较小，可以贴近用户部署，能够避免建筑物穿透损耗的影响，有效提升弱覆盖区域的信号强度。
● 提升系统容量。建筑物的穿透损耗给室内外基站之间提供了一定的隔离度，减少了室内信号向室外泄漏的情况，因此，能够提升信号的信噪比水平，提升系统的容量。
● 节能。由于Small Cell的路径损耗小，因此，无论是基站还是终端的发射功率都较低，有助于降低能耗。另外，当人们离开家后，可以将Small Cell关闭，进一步降低网络的运营成本，实现绿色通信。
各种覆盖增强技术的对比如表1.1所示[2]。通过对比看出，小基站具有工程造价便宜、施工难度低、覆盖效果好的优点。这使得Small Cell成为改善网络覆盖的主要手段，并得到了广泛的应用。
表1.1 各种覆盖增强技术的对比
