Small Cell（小型基地台）之所以會出現，基本上是沿續了先前的Femtocell（毫微微型蜂巢式基地台）的架構，而衍生出的泛用型基地台的統稱，歸納產業界各方的說法來看，撇除一般我們所熟知的大型基地台（Macrocell）外，其餘所有的中小型基地台，產業界皆一律稱之為Small Cell。也因此，除了我們常聽到的Femtocell外，Microcell（微型基地台）與Picocell（特微型基地台）都可被稱為Small Cell的一種，而這些基地台因為容納人數與傳輸距離的不同，而各自擁有不同的定位存在，所以單就Small Cell來看，就硬體規格上並沒有特定的標準存在，再加上既有傳統的大型基地台的存在與新進的Small Cell的加入，訊號彼此又會互相干擾，也造成Small Cell的發展到目前為止仍然處在「雷聲大，雨點小」的階段。

室內加上Wi-Fi 為Small Cell必備條件

我們都知道，在傳統大型基地台在室內訊號傳遞能力有限，而Small Cell會被安裝室內的情況下，它所扮演的角色，恰好可以在室內彌補大型基地台的不足，讓使用者在使用行動網路的情況下，無需面臨網路延遲的問題。依據愛立信（Ericsson）消費者實驗室的研究，使用者在室內的網路行為相當多元，從收發信件到觀看影片都會出現，所以至少需要10Mbps的傳輸速度，才有辦法滿足使用者不同的網路行為需求。

圖一 : 一般使用者使用高速率行動網路的環境，大多是以室內為主，因為這類行為通常是觀看線上影音或是閱讀長篇文章居多。（Source：blog.mozilla.org）

廣泛來看，涵蓋的人數與傳輸距離的不同，主要也是因應了不同實際的環境需求，以Femtocell為例，它就會定位一般的室內住宅為主，傳輸距離不長、人數也約莫是四至八人左右，但來到一般辦公室環境或是更大的室內公共空間，Femtocell恐怕就不勝負荷，必須改成Microcell或是Picocell為宜。此外，智慧型手機、平板電腦的普及，這些可由消費者所攜帶的電子產品同時具備進行行動網路與Wi-Fi的連線功能，有了Wi-Fi的加入，多少可以減輕行動網路的壅塞情況。所以市場也吹起了希望Small Cell可以導入Wi-Fi的呼聲。

Small Cell挑戰之一 訊號干擾問題嚴重

ADI（亞德諾半導體）資深應用工程師簡百鍾談到，其實Small Cell的相關討論有相當長的一段時間，早在2008年左右，ADI就已經推出第一款收發器元件，到了2012年，沿續先前的產品架構，推出了第二代產品AD936X。但事實上，觀察全球Small Cell市場並不如預期中的熱絡，主要的原因在於不同等級的基地台出現範圍重覆覆蓋的情況下，要由誰負責進行傳輸？訊號彼此間的干擾的問題，到目前為止業界也沒有普遍的共識。

除此之外，高通創銳訊業務開發副總裁Nick Karter表示，Small Cell也可能支援以下一個或多個通訊協定： Wi-Fi、UMTS、CDMA2000以及 LTE。隨著不同的電波頻段選擇，也會影響傳輸範圍以及速度，因此很難去為Small Cell定義一個固定的傳輸範圍或速度。就高通的觀察，目前業界的確有整合Wi-Fi以及Small Cell的需求。整合Wi-Fi功能將能更有效率地利用已授權及未授權的頻譜資源，能支援多種不同類型以及傳輸介面的裝置，提供智慧連線管理來增進用戶體驗以及服務品質(Quality of Severice)，並能有效分擔不同無線技術所需要硬體成本。從硬體層面來看，挑戰大多與降低Wi-Fi與LTE彼此間交互干擾的參考設計有關。

圖二 : Small Cell同時導入LTE與Wi-Fi技術，再加上與大型基地台又會有範圍重覆覆蓋的情況，訊號干擾的問題要解決，其實不甚容易。（Source：community.ubnt.com）

Xilinx（賽靈思）資深產品行銷經理黃維信分析，在現今幾乎所有的智慧型手機都同時擁有蜂巢式和Wi-Fi科技的優勢下，透過Small Cell與Wi-Fi功能的整合，能進一步強化覆蓋率、容量和用戶的使用者體驗。然而，為了讓整合後的功能運作更加順利，還是必須克服一些技術挑戰。從無線系統設計的觀點而言，挑戰包括了Small Cell和Wi-Fi的存取點整合成本（多頻/寬頻無線電、共用回傳）、潛在的RF（射頻）共存、干擾管理、系統卸載與不卸載時的流量管理等。

考量成本問題 類比元件走整合風

就系統設計層面上，簡百鍾直言，由於Small Cell不若傳統的基地台系統，因此在功耗與整體成本上，都要盡可能的壓低，才有利於整體系統的設計。在過去，RF收發器會與基頻處理器加以整合，來壓低系統整體成本以進一步提升設計速度，但這種作法的問題就在於RF收發器本身，以類比與混合訊號為基礎，基頻處理器則是專為處理數位訊號為主，在現有的製程技術上，雖然可以加以整合，但在系統表現卻有待加強，與其如此，倒不如將兩者加以分開，將RF收發器元件本身，施以最大程度的類比元件的整合，基頻處理器則就針對先進製程不斷提升其性能，雙方以既有的技術架構下進行發展，會是相對有利的作法。

簡百鍾透露，以ADI第二代的RF收發器為例，它就整合了LNA（低雜訊放大器）、PGA（可程式放大器）、ADC（類比數位訊號轉換器）、DAC（數位類比訊號轉換器）與Mixer（混波器），可以說是類比元件的集大成。也因此，整個系統的設計，僅需處理器、電源管理IC、RF收發器、PA（功率放大器）、石英震盪器與記憶體元件就能完成整個系統設計。他表示，短期內，RF收發器已經無法整合其他元件，就能從功耗降低與尺寸微縮上下手。

圖三 : Small Cell的系統設計，在類比方面已經極盡可能被加以整合，剩下的，就是在功耗與尺寸表現再繼續努力。（Source：ADI）

不過，簡百鍾也不諱言，客戶對於Small Cell的系統設計除了成本與功耗要盡可能降低外，不同客戶對Small Cell的設計需求也相當多元，某種程度上也造成了晶片業者們的困擾。所以在產品線方面也必須提供不同等規格的產品供客戶選擇。此外，由於Small Cell的系統設計看似簡單，不過就ADI的角度來看，不論是從類比電路或是電源管理方面，都有不低的門檻需要跨越，像是電源管理元件本身，必須同時提供不同的電壓與電流給處理器、RF收發器與記憶體元件等，讓整體系統得以運作，這也有著相當的複雜度。因此Small Cell的晶片供應商仍然會是外商的天下。

基地台的不變宿命：系統升級

值得注意的是，傳統的大型基地台一直以來都會有網路升級的問題，同樣的問題也會出現在Small Cell上。黃維信談到，LTE-A（LTE - Advanced）是LTE發展的下一個重要階段，期望透過如載波聚合、高階MIMO（Multi Input Multi Output）、協調式多點傳輸收送（CoMP）和最佳化的HetNets蜂巢間干擾協調機制（ICIC）等先進的空中介面功能，以提供更高的數據傳輸率達1Gbps。另一方面，802.11ac則是802.11n的延伸，藉由融合更寬的RF頻寬、多重MIMO空間串流、通道匯整技術和高階QAM等相似概念，同樣也能提供達1Gbps的水準。在實際環境中，LTE Small Cell將整合Wi-Fi功能，能支援LTE-A與802.11ac的就地升級能力將會是電信業者能否提高整體網路效能的關鍵；更重要的是要能控制資本支出（CAPEX）與營運成本（OPEX）。

黃維信所提出的成本控制的說法，其實與簡百鍾不謀而合，儘管進入門檻不低，成本仍然是所有系統業者所在意的重點，從傳統的ASIC（特殊應用積體電路）架構上來看，由於晶片與軟體層，在設計初期就已經完全被寫死的情況下，若要進行系統升級，除非採用模組化方式進行主機板的抽換，否則要讓系統全面更換才能達到升級之效，但這種作法就必須付出高昂的系統成本。所以早在Femtocell時代，TI（德州儀器）就曾提出系統靈活化的概念，以期在最低成本與最少時間的情況下，來進行系統的更新或是升級，更甚者，可以讓系統能達到差異化之效。

圖四 : 不論是何種類型的基地台，系統的軟硬體升級一直都是電信設備與營運商最為頭痛的問題。（Source：www.cambridgeconsultants.com）

而能讓系統能在最短時間內進行升級，在硬體條件許可的情況下，採用FPGA（現場可編程邏輯閘陣列）是相對容易的作法。

黃維信進一步談到，為了滿足Small Cell的特定設計要求，Small Cell系統工程師可以利用FPGA的功能，與各式Small Cell設計的關鍵零組件接合。設計師也可以採用FPGA晶片來執行像是數位上行轉換(DUC)、數位下行轉換(DDC)、峰波因數抑制(CFR)與數位預失真(DPD)等數位無線前端功能。此外，基頻處理與加速功能也可以由FPGA來執行，以達到幫助分載與釋放ASSP上的資源，讓ASSP執行其他功能。這些特色皆能提供工程師在發展具備成本效益的Small Cell系統時所需的高度靈活性與差異化的能力。

結語

儘管Small Cell在行動通訊產業中擁有相當高的話題性，但廣泛來看，Small Cell同樣也面臨了傳統大型基地台的升級挑戰，再加上佈建成本也必須加以考量的情況下，Small Cell的系統設計似乎比想像中還更加困難，用「又要馬兒好，又要馬兒不吃草」來形容，可以說是相當貼切。但長期來看，市場仍然有相當大的需求動能，Small Cell的設計難題要突破應該不是太困難才是。