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摘要:無線通信系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展，各制式出現(xiàn)融合的趨勢(shì)。同時(shí)運(yùn)營(yíng)商降低采購和運(yùn)營(yíng)成本的需求，使得支持多種制式、平滑演進(jìn)的“軟基站”成為無線基站演進(jìn)的方向。文章對(duì)無線通信系統(tǒng)軟基站的相關(guān)技術(shù)背景進(jìn)行了介紹，并對(duì)實(shí)際軟基站的架構(gòu)設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)模塊構(gòu)成及關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了提綱挈領(lǐng)地分析。文章指出未來軟基站將繼續(xù)向集成度更高、基帶資源調(diào)配更靈活、傳輸方式更豐富、成本更低、節(jié)能更環(huán)保幾個(gè)方向發(fā)展。
關(guān)鍵字:無線通信；軟基站；多模基站
英文摘要:With the rapid development of wireless communication systems, different standards have begun to be merged. Operators place stringent requirements on reducing OPEX and CAPEX, and as a result, soft base stations supporting multiple standards have become preferred. This paper introduces the background of soft base stations, then analyzes architecture design, system modules, and key technologies. It suggests the future development of soft base stations will tend towards more integrated, flexible deployment of resource baseband; abundant transmission, lower cost, and energy efficiency.
英文關(guān)鍵字:wireless communications; soft base station; multimode base station
短短的十余年內(nèi)，移動(dòng)通訊發(fā)展出2G/3G/4G三代制式及10余種標(biāo)準(zhǔn)體制。同時(shí)，多種制式的網(wǎng)絡(luò)將長(zhǎng)期共存。長(zhǎng)期以來，各設(shè)備商都采用一種制式對(duì)應(yīng)一種基站的設(shè)計(jì)模式，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商投資巨大、運(yùn)維困難。例如，僅中國(guó)移動(dòng)基站建設(shè)一項(xiàng)投資規(guī)模即達(dá)數(shù)千億元。
運(yùn)營(yíng)商需要基站同時(shí)支持2G/3G并后續(xù)向4G平滑升級(jí)來保護(hù)設(shè)備投資，并需要各種制式的基站表現(xiàn)為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)以降低總體運(yùn)營(yíng)成本。當(dāng)今移動(dòng)通信市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，實(shí)現(xiàn)高性能的多模軟基站對(duì)在全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出具有決定性的意義；但由于各制式間相差巨大，它的實(shí)現(xiàn)面臨大量實(shí)現(xiàn)難題而一直停留在紙面。中興通訊通過多年的研究與開發(fā)，全球首家推出了多模軟基站，并通過大量的創(chuàng)新技術(shù)，在無線整體性能上實(shí)現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先。文章將對(duì)軟基站，主要是基帶單元的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行介紹。
1 業(yè)界的努力
移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)正加快向ALL IP的演進(jìn)，第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)、3GPP2、電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織相繼提出了基于ALL IP的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。NodeB在4G的演進(jìn)中，架構(gòu)演變?yōu)楸馄交�，不再有傳統(tǒng)的接入側(cè)的協(xié)議匯聚終結(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)而接入開放的傳輸網(wǎng)絡(luò)。隨著多制式共存、網(wǎng)絡(luò)融合的發(fā)展，在無線網(wǎng)絡(luò)控制器/基站控制器(RNC/BSC)出現(xiàn)了Iur-g接口定義[1-2] ，NodeB和RNC之間、NodeB內(nèi)部通訊也都走向了標(biāo)準(zhǔn)化和開放化。Abis接口、Iub接口和基帶射頻接口也從各個(gè)廠家的私有定義，逐步轉(zhuǎn)變到開放標(biāo)準(zhǔn)。
無線接入側(cè)的IP化、IT化也已形成一種趨勢(shì)。IT業(yè)界的思想和技術(shù)在通訊設(shè)備上大量應(yīng)用，如分布式數(shù)據(jù)庫、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P2P)技術(shù)、虛擬化、云計(jì)算等。這些技術(shù)以往主要針對(duì)大型服務(wù)器或互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、交互、處理，使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載更均衡。
開放式基站架構(gòu)聯(lián)盟(OBSAI) [3]由多個(gè)廠商共同構(gòu)建，目標(biāo)是搭建一個(gè)開放的基站架構(gòu)。OBSAI架構(gòu)基本上能夠描述基站架構(gòu)的一般形態(tài)，但是從實(shí)現(xiàn)角度看，其結(jié)構(gòu)不夠小型化、架構(gòu)不夠緊湊、先進(jìn)性不足，也沒有被設(shè)備商實(shí)際采用。OBSAI RP03接口[4]（基帶射頻接口）雖然面向各種制式提供了較高的靈活性，并向更高的速率演進(jìn)，但是因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)復(fù)雜、承載效率較低（有效帶寬只有84%）、物理實(shí)現(xiàn)不夠經(jīng)濟(jì)等原因，只在少量廠家被應(yīng)用。
微型通信計(jì)算架構(gòu)(MicroTCA)[5-6]是由國(guó)際PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造組織(PICMG)協(xié)會(huì)制定的開放式計(jì)算架構(gòu)。MicroTCA重點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)技術(shù)，定義了包括結(jié)構(gòu)尺寸、電源架構(gòu)、機(jī)框管理、交換平面等一系列的實(shí)現(xiàn)方案。MicroTCA架構(gòu)能夠被用于高性能嵌入式計(jì)算、通信、物理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，但是標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜，工程實(shí)現(xiàn)存在困難，并且在通信領(lǐng)域的應(yīng)用中，其架構(gòu)從配置成本、適用性方面還需改進(jìn)。中興通訊的軟基站系統(tǒng)基于MicroTCA標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行了許多改進(jìn)和關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)實(shí)現(xiàn)。
通用公共射頻接口(CPRI)[7]是針對(duì)基帶射頻接口定義的規(guī)范，各設(shè)備廠家基本上都使用了CPRI規(guī)范。在CPRI的基礎(chǔ)上，運(yùn)營(yíng)商組成的下一代移動(dòng)通信網(wǎng)(NGMN)定義了開放基帶射頻接口(OBRI)，對(duì)幀格式等進(jìn)行了進(jìn)一步的定義，并努力向軟件接口統(tǒng)一。
除了以上一些開放標(biāo)準(zhǔn)之外，還有中國(guó)移動(dòng)為TD制定的Ir接口等其他一些規(guī)范，進(jìn)行設(shè)備接口的標(biāo)準(zhǔn)化工作。
上述標(biāo)準(zhǔn)向統(tǒng)一架構(gòu)做出了一些努力，但距離實(shí)現(xiàn)多模共存的軟基站還有相當(dāng)大的距離。近年來，半導(dǎo)體技術(shù)、軟件技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，使軟基站能夠從紙面走向現(xiàn)實(shí)。現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)和數(shù)字信號(hào)處理(DSP)技術(shù)的發(fā)展使“軟基帶”逐漸可行；處理器技術(shù)使處理能力不會(huì)再嚴(yán)重制約架構(gòu)定義；總線串聯(lián)/解串器技術(shù)能在有限的連接下提供很高的帶寬，并能簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)；軟件中開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議大量應(yīng)用，加速了多制式在架構(gòu)上和接口上的融合；云計(jì)算等分布式技術(shù)理論的應(yīng)用為軟件可配置化提供了方向。
2 軟基站的整體構(gòu)架
支持多種制式、平滑演進(jìn)的軟基站，要從宏觀上對(duì)各種產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行高度的抽象和總結(jié)，將其公共部分提取出來，設(shè)計(jì)高度統(tǒng)一的架構(gòu)。無線基站的組成如圖1所示。
從整個(gè)基站的角度看，室內(nèi)基帶處理單元(BBU)、射頻單元(RU)要能夠兼容多種制式業(yè)務(wù)，同時(shí)將Iub（Abis）、Ir兩個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)化，屏蔽產(chǎn)品形態(tài)和制式的差異，才能滿足軟基站的要求。Iub接口已經(jīng)逐步標(biāo)準(zhǔn)化，信道化E1等方式逐步被IP化所取代，使得2G、3G基站能夠在Iub/Abis口上走向統(tǒng)一。Ir接口有CPRI、OBSAI等標(biāo)準(zhǔn)可循，宏觀上可以統(tǒng)一。技術(shù)問題主要存在于針對(duì)各制式及應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)上。
從BBU內(nèi)部來看，可以將功能劃分成如圖2所示的四大部分：
通過對(duì)功能模塊的分解抽象，我們把BBU的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)分解成3個(gè)平面：公共資源平面、業(yè)務(wù)交換平面、I/Q交換平面。如圖3所示。
以上兩種劃分方式，實(shí)際上是不精確的，各部分之間的邊界也可能模糊，但是便于對(duì)架構(gòu)進(jìn)行研究。
從功能模塊劃分來看，傳輸可以被各制式共享，可以認(rèn)為和制式無關(guān)；主控、時(shí)鐘、電源部分也可認(rèn)為和制式無關(guān)（時(shí)鐘和制式相關(guān)）；基帶處理、射頻接口部分，和制式相關(guān)。軟基站的實(shí)現(xiàn)，必須將和制式相關(guān)的部分分解到更細(xì)的顆粒，在更細(xì)的顆粒上盡量做到無制式區(qū)別；對(duì)于無法消除制式特性的部分，需要進(jìn)行封裝，外特性屏蔽制式區(qū)別。
