面向綠色無線通信的基站體系結(jié)構(gòu)

(2)高速接口及傳輸技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

協(xié)作處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)更高頻譜效率的關(guān)鍵。為了支持協(xié)作式多點(diǎn)處理技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)和上行/下行信道信息都需要在多個(gè)基站之間共享。基站之間的接口必須支持高帶寬低時(shí)延的傳輸以及保證實(shí)時(shí)的協(xié)作處理。目前，基站間采用X2接口的處理時(shí)延在20 ms左右，如此大的共享信息傳輸時(shí)延會(huì)影響聯(lián)合處理的增益，并帶來較大的處理開銷。因此，基于軟件無線電架構(gòu)的基站單元必須在保證時(shí)延和開銷的情況下設(shè)計(jì)更為有效的信息共享方案，以滿足實(shí)時(shí)協(xié)作處理的需求。

(3)多標(biāo)準(zhǔn)、可擴(kuò)展的公共算法庫的開發(fā)

當(dāng)前TD-SCDMA、CDMA2000、GSM、WCDMA、LTE等多種通信制式共存，且世界上大多數(shù)的主流運(yùn)營(yíng)商都同時(shí)擁有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。多頻段、多制式網(wǎng)絡(luò)的并行運(yùn)營(yíng)致使設(shè)備、機(jī)房及配套設(shè)施難以共享，不僅嚴(yán)重浪費(fèi)基礎(chǔ)設(shè)施資源，也給網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)帶來很大困難，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本和能源消耗更是居高不下。因此，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商需要尋找有效的途徑來控制整體擁有成本(TCO)和降低能耗，以實(shí)現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的綠色運(yùn)營(yíng)。多模基站成為降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本最有效最直接的方式。在基于高性能GPP的新型基站系統(tǒng)中，需要針對(duì)不同的通信協(xié)議設(shè)計(jì)不同的算法庫，并能支持不同標(biāo)準(zhǔn)間的靈活切換，支持諸如GSM/TD-SCDMA/LTE等通信協(xié)議以及MU-MIMO、CoMP等新型關(guān)鍵技術(shù)。

2.3 基于高性能GPP的LTE系統(tǒng)

本文依據(jù)3GPP 36系列規(guī)定的LTE標(biāo)準(zhǔn)[8]，實(shí)現(xiàn)了3GPP LTE上下行鏈路。鏈路具體參數(shù)如表1所示。

該系統(tǒng)采用含4個(gè)處理核、主頻為3.2 GHz、支持雙線程的商用CPU作為數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)的核心。系統(tǒng)載波頻率為2.3 GHz，載波帶寬為20 MHz，采用LTE規(guī)定的OFDM調(diào)制。基于高性能GPP的LTE演示系統(tǒng)如圖4所示。圖右側(cè)PC為發(fā)端，中間的PC為收端，左側(cè)PC主要完成信號(hào)分析功能。

在該演示系統(tǒng)中，采用的是1發(fā)1收的天線，實(shí)現(xiàn)的上行峰值速率為43 Mb/s，并進(jìn)行了高清視頻(HDTV)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)傳輸。

我們認(rèn)為，隨著通用處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，基于高性能通用處理器的SDR系統(tǒng)可以滿足未來無線通信中對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的要求以及無線新技術(shù)的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，本文基于高性能GPP的LTE系統(tǒng)的未來研究將集中于對(duì)MIMO、CoMP等新技術(shù)的實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用。

3 未來的研究課題

3.1 動(dòng)態(tài)資源分配和協(xié)作式無線處理

蜂窩系統(tǒng)中小區(qū)的用戶數(shù)量以及用戶的信道增益都是動(dòng)態(tài)變化的。蜂窩系統(tǒng)的業(yè)務(wù)已從單一的語音業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為了支持不同的業(yè)務(wù)類型，對(duì)用戶的資源分配必須更為靈活?；颈仨毟鶕?jù)當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)和用戶的需求，動(dòng)態(tài)地決定信道分配、數(shù)據(jù)速率和發(fā)送功率[9]。而基于OFDM的蜂窩小區(qū)間是干擾受限的，不能簡(jiǎn)單地依靠增加發(fā)射功率來提高邊緣用戶的性能，因此，需設(shè)計(jì)有效的多小區(qū)聯(lián)合資源分配和協(xié)作式多點(diǎn)傳輸技術(shù)來解決上述問題。

3.2 集中式基帶處理池

集中式基帶處理池是基于軟件無線電技術(shù)的基站架構(gòu)的主要研究?jī)?nèi)容。該架構(gòu)下，無線網(wǎng)絡(luò)將基帶處理單元(BBU)和遠(yuǎn)端射頻單元(RRU)分離，并將多個(gè)BBU集中起來，形成一個(gè)集中式的基帶處理池，用于覆蓋不同區(qū)域的RRU信號(hào)的基帶處理。傳統(tǒng)的RRU的信號(hào)只能傳輸?shù)狡鋵?duì)應(yīng)的BBU中，不同的BBU并不能接收其他RRU的信號(hào)。不同BBU的處理負(fù)荷不均衡極大地降低了基帶處理資源的利用率。因此，集中式基帶池需要解決的是：提供一個(gè)大容量低時(shí)延的交換器實(shí)現(xiàn)不同BBU數(shù)據(jù)的交互，以實(shí)現(xiàn)基帶處理資源的動(dòng)態(tài)使用，進(jìn)而提高設(shè)備利用率，降低電能損耗。

3.3 基于實(shí)時(shí)云的虛擬基站系統(tǒng)

集中式的基帶處理池建立在高性能通用處理器上，通過軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)處理。該架構(gòu)為實(shí)時(shí)性的數(shù)字信號(hào)云處理提供了演進(jìn)基礎(chǔ)。

一定范圍內(nèi)的基于軟件無線電的新型基站通過高帶寬低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，形成一個(gè)巨大的云計(jì)算基帶處理池。與傳統(tǒng)的云計(jì)算不同，該虛擬基站所進(jìn)行的基帶處理任務(wù)是實(shí)時(shí)的，在滿足處理時(shí)延的要求下，動(dòng)態(tài)地分配處理負(fù)荷，并實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)下的多標(biāo)準(zhǔn)覆蓋。

4 結(jié)束語

目前，“綠色”成為人們?cè)絹碓疥P(guān)注的焦點(diǎn)，綠色節(jié)能已成為當(dāng)今世界的主題話題之一。無線通信界勢(shì)必也要向綠色的方向不斷演進(jìn)?；鞠到y(tǒng)作為無線通信系統(tǒng)中最大的能耗來源，必須對(duì)當(dāng)前的基站體系架構(gòu)進(jìn)行有效的改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)向綠色通信的演進(jìn)。

本文所介紹的基于軟件無線電技術(shù)的新型基站架構(gòu)，能夠有效地降低基站機(jī)房的數(shù)量，并能合理的利用基帶的處理資源，提高基站設(shè)備的利用率。

由于軟件無線電技術(shù)靈活可擴(kuò)展的特點(diǎn)，使得基站系統(tǒng)在維護(hù)和升級(jí)時(shí)變得更為靈活方便，從而極大地降低維護(hù)和升級(jí)成本。我們希望，新的基站架構(gòu)可以為基站系統(tǒng)的綠色演進(jìn)提供一個(gè)方向，更好地促進(jìn)無線通信向更低能耗更高能效的綠色方向發(fā)展。