探討TD分布式基站技術(shù)
分布式基站結(jié)構(gòu)的核心概念就是把傳統(tǒng)宏基站基帶處理單元(BBU)和射頻處理單元(RRU)分離,二者通過(guò)光纖相連。在網(wǎng)絡(luò)部署時(shí),將基帶處理單元與核心網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備集中在機(jī)房?jī)?nèi),通過(guò)光纖與規(guī)劃站點(diǎn)上部署的射頻拉遠(yuǎn)單元進(jìn)行連接,完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋,從而降低建設(shè)維護(hù)成本、提高效率。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/260985.htm一、 分布式基站對(duì)運(yùn)營(yíng)商的意義
隨著語(yǔ)音業(yè)務(wù)容量的增加和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的開(kāi)展,為了提供更大的語(yǔ)音容量和更高的數(shù)據(jù)帶寬,大部分傳統(tǒng)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商面臨著在已有2G網(wǎng)絡(luò)上如何建設(shè)3G網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題。
已有2G網(wǎng)絡(luò)的基站設(shè)備一般不具備直接升級(jí)支持3G業(yè)務(wù)的能力,因此,建設(shè)3G網(wǎng)絡(luò)需要額外增加新的基站設(shè)備。如何為這些增加的基站設(shè)備選擇站址并找到合適的安裝空間,就是運(yùn)營(yíng)商面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。對(duì)完全沒(méi)有站址資源的新興運(yùn)營(yíng)商而言,由于要進(jìn)行全新的站址規(guī)劃和選擇,這個(gè)問(wèn)題則更加突出。
據(jù)調(diào)查,大部分運(yùn)營(yíng)商都面臨著站址選擇困難和機(jī)房空間緊張的問(wèn)題。無(wú)論是與其他移動(dòng)通信系統(tǒng)共站還是新建,在城市里符合要求的可用機(jī)房?jī)?chǔ)備都非常有限。如何盡量節(jié)省安裝空間,靈活地適應(yīng)各種不同的安裝場(chǎng)景,是對(duì)3G基站設(shè)備提出的重要需求。同時(shí),環(huán)保意識(shí)逐漸深入人心,人們對(duì)電磁輻射的問(wèn)題越來(lái)越重視,尋找天面的工作也越來(lái)越困難。
因此,如何降低機(jī)房和天面要求,減少配套投資將是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中各界關(guān)注的焦點(diǎn)。根據(jù)中國(guó)移動(dòng)TD-SCDMA一期建網(wǎng)的基站數(shù)目和每平方公里基站數(shù)來(lái)推算,TD 要實(shí)現(xiàn)良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,其基站總數(shù)將超過(guò)2G基站數(shù)。不僅數(shù)量龐大,還由于共站址等方面的約束,3G站址的選擇和獲取難度之大超出想象。有關(guān)資料顯示,中國(guó)移動(dòng)在其TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中80%采用了分布式基站,在很大程度上化解了這一尖銳矛盾。
從業(yè)務(wù)發(fā)展形式上看,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)將是3G的特征業(yè)務(wù),而且數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用的帶寬是話(huà)音業(yè)務(wù)的幾十甚至上百倍。3G為終端用戶(hù)提供了許多新的業(yè)務(wù),包括視頻電話(huà)、視頻流、游戲、MMS、E-mail、Web等,相比室外用戶(hù)而言,室內(nèi)靜止用戶(hù)更有可能使用3G豐富多彩的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),這些新業(yè)務(wù)更容易在室內(nèi)應(yīng)用,因此室內(nèi)熱點(diǎn)地區(qū)需要的系統(tǒng)容量可能是室外的上百倍。這就要求覆蓋方案更加靈活多樣,以適應(yīng)3G業(yè)務(wù)的發(fā)展。對(duì)新興業(yè)務(wù),由于發(fā)射功率大、網(wǎng)絡(luò)密度大,運(yùn)營(yíng)商利用分布式基站可以為對(duì)帶寬需求較大的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供更好的硬件平臺(tái)。隨著中國(guó)3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展期,運(yùn)營(yíng)商對(duì)其網(wǎng)絡(luò)快速、靈活、低成本部署的要求,也使得移動(dòng)分布式基站作為一種新的基站模式逐漸成為建網(wǎng)的趨勢(shì)和主流。
目前建設(shè)3G網(wǎng)絡(luò)還有一個(gè)制式選擇的問(wèn)題,目前國(guó)際主流的3G制式有3種(CDMA2000/WCDMA/TD-SCDMA),每一種3G制式又有不同的階段版本(如:CDMA2000的EV-DO Rel.0/Rev.A/Rev.B)。對(duì)3G的制式,大部分運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)有了明確的選擇,但對(duì)于3G向未來(lái)4G(UMB/LTE/WIMAX)的演進(jìn)路線(xiàn)以及演進(jìn)的中間版本(如EV-DO Rev.B),仍處于觀(guān)望之中。在這種情況下,運(yùn)營(yíng)商投資建設(shè)3G網(wǎng)絡(luò)就需要考慮這個(gè)網(wǎng)絡(luò)將來(lái)如何演進(jìn)的問(wèn)題,希望一旦確定后續(xù)的4G路線(xiàn),能夠以最小的代價(jià)把3G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為4G網(wǎng)絡(luò),而不用完全重新建設(shè)。這就要求現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)的基站設(shè)備具備升級(jí)支持運(yùn)營(yíng)商選定的4G制式的能力,從而可以更好地保護(hù)運(yùn)營(yíng)商在現(xiàn)有3G網(wǎng)絡(luò)上的投資。LTE屬于后3G的發(fā)展演進(jìn)方向,其成熟還需要一定的時(shí)間。在考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)向LTE演進(jìn)時(shí),對(duì)BBU/RRU的要求主要側(cè)重于對(duì)運(yùn)營(yíng)商硬件投資的保護(hù),盡可能的做到平臺(tái)共享。目前業(yè)界的主流方式是通過(guò)SDR(軟件無(wú)線(xiàn)電)技術(shù)及通用硬件平臺(tái),以在現(xiàn)有2G/3G設(shè)備上安裝LTE軟件模塊的方式,平滑演進(jìn)到LTE。采用分布式基站技術(shù)將有利于運(yùn)營(yíng)商在移動(dòng)通信技術(shù)演進(jìn)過(guò)程中充分保護(hù)已有投資。
二、TD分布式基站的概念、內(nèi)容
分布式基站把傳統(tǒng)的宏基站設(shè)備按照功能劃分為兩個(gè)功能模塊,其中把基站的基帶、主控、傳輸、時(shí)鐘等功能集成在一個(gè)稱(chēng)為基帶單元BBU (Base Band Unit)的模塊上,基帶單元體積小、安裝位置非常靈活;把收發(fā)信機(jī)、功放等中射頻集成在另外一個(gè)稱(chēng)為遠(yuǎn)端射頻模塊上,射頻單元RRU (Remote Radio Unit)安裝在天線(xiàn)端。射頻單元與基帶單元之間通過(guò)光纖連接,形成全新的分布式基站解決方案。
以TD-SCDMA為例,傳統(tǒng)方式的基站在Node B和智能天線(xiàn)間需用多根電纜連接。電纜成本很高,傳輸損耗大、距離短,且電纜本身笨重,特別是在樓宇內(nèi)部,施工困難,如圖1所示。分布式基站方案是一種無(wú)機(jī)房或機(jī)房位置不理想的情況下,經(jīng)濟(jì)快速的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案,受到全球設(shè)備商巨頭愛(ài)立信、諾基亞的效仿,獲得全球著名移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商Vodafone、Orange等的規(guī)模應(yīng)用。分布式基站最早出現(xiàn)在3G的另外兩種制式——WCDMA和CDMA2000中,但是真正將其發(fā)揚(yáng)光大的卻是TD。由于TD基站采用智能天線(xiàn)技術(shù),對(duì)路徑的功率衰減更敏感,所以TD基站非常適合分布式架構(gòu),TD分布式基站的構(gòu)成如圖2所示。
在分布式基站的構(gòu)成中,BBU是一種基帶處理設(shè)備,主要完成Uu接口的基帶處理功能(編碼、復(fù)用、調(diào)制和擴(kuò)頻等)、RNC的Iub接口功能、信令處理、本地和遠(yuǎn)程操作維護(hù)功能,以及Node B系統(tǒng)的工作狀態(tài)監(jiān)控和告警信息上報(bào)功能。其中所有基帶功能單元作為一個(gè)基帶池,通過(guò)配置,每個(gè)基帶處理模塊可以處理不同載扇的數(shù)據(jù)。在容量需求較大的地區(qū),只通過(guò)在BBU增加基帶板即可實(shí)現(xiàn)容量的增加。這樣,一方面可以降低成本,另一方面可以為組網(wǎng)提供充分的靈活性,解決3G網(wǎng)絡(luò)容量差異大的問(wèn)題。
射頻拉遠(yuǎn)單元(RRU)分為4個(gè)大模塊:中頻模塊、收發(fā)信機(jī)模塊、功放和濾波模塊。數(shù)字中頻模塊用于光傳輸?shù)恼{(diào)制解調(diào)、數(shù)字上下變頻、A/D轉(zhuǎn)換等;收發(fā)信機(jī)模塊完成中頻信號(hào)到射頻信號(hào)的變換;再經(jīng)過(guò)功放和濾波模塊,將射頻信號(hào)通過(guò)天線(xiàn)口發(fā)射出去。
BBU和RRU之間按照Ir接口協(xié)議通過(guò)光纖連接,完成基帶數(shù)據(jù)的傳輸。Ir接口協(xié)議支持星型連接、鏈形連接和環(huán)形連接等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),使BBU+RRU更能靈活地組網(wǎng)。Ir接口定義了層一和層二協(xié)議來(lái)支持用戶(hù)層的數(shù)據(jù)傳輸,BBU和RRU單元間同步等控制信息的發(fā)送和接收。
在TD-SCDMA分布式基站工作中,RRU上行鏈路將接收到的BBU的基帶信號(hào)進(jìn)行成形濾波、削峰、數(shù)字預(yù)失真等處理后變頻到中頻,然后通過(guò)模擬方式進(jìn)一步變頻到射頻,通過(guò)功放后發(fā)射;RRU的下行鏈路則將接收的終端信號(hào)經(jīng)過(guò)選頻放大后變頻到中頻和基帶,再通過(guò)光接口傳給BBU。通過(guò)使用削峰等數(shù)字信號(hào)處理技術(shù),大大提高了TD-SCDMA功放效率,可大幅度降低單機(jī)成本。同時(shí),由于RRU體積小,重量輕,可以在室外安裝,光纖可以直接鋪設(shè)到塔頂,由機(jī)房到天面的連接由1根光纜代替了原來(lái)的28根饋線(xiàn),施工更加簡(jiǎn)便、快捷;機(jī)房選取不受限制,機(jī)房可以位于大樓的底層;光纖的鋪設(shè)對(duì)機(jī)房及周邊環(huán)境的影響也更小。因此,分布式基站的應(yīng)用可以有效解決機(jī)房和天面選址困難以及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度大等問(wèn)題。
三、分布式基站的優(yōu)勢(shì)
相對(duì)于傳統(tǒng)宏基站,分布式基站具有下列明顯的優(yōu)勢(shì)。
第一是提高了站址資源的有效利用率,降低了建設(shè)維護(hù)成本。鑒于現(xiàn)在的基站選址非常困難,如果用RRU,需要的空間比較小, RRU就可以拉到任何的地方,因此它是一個(gè)因地制宜、靈活部署的調(diào)配的方案。分布式基站BBU和RRU分離,室內(nèi)的BBU設(shè)備只負(fù)責(zé)基帶信號(hào)處理,沒(méi)有射頻器件特別是功放模塊,因此具有體積小、重量輕、功耗低、易于安裝等特點(diǎn)。在目前移動(dòng)通信網(wǎng)建站選址越來(lái)越困難的狀況下,分布式基站“0”機(jī)房占用的特點(diǎn)相比于宏基站,可以達(dá)到節(jié)省機(jī)房空間、降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、加快網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度的目的。同時(shí),分布式基站采用高效率功放,減少了空調(diào)等其它配套設(shè)施的功耗,具有節(jié)能減排的特點(diǎn)。連接兩端的接口采用光纖,損耗小,也可大幅度降低電力消耗,在國(guó)家大力提倡節(jié)能減排的今天,這點(diǎn)顯得尤為珍貴。根據(jù)歐洲運(yùn)營(yíng)商的估算,如果全網(wǎng)都采用這種基站,可以節(jié)省成本超過(guò)30%。
第二是提高了基站的覆蓋能力、網(wǎng)絡(luò)升級(jí)方便。傳統(tǒng)宏基站的發(fā)射與接收都要使用饋線(xiàn),饋線(xiàn)會(huì)給信號(hào)帶來(lái)?yè)p耗,損耗的大小與饋線(xiàn)的型號(hào)和長(zhǎng)度有關(guān)。而 BBU和RRU之間使用光纖連接,幾乎沒(méi)有損耗,因此和宏基站相比分布式基站具有更高的接收靈敏度和天線(xiàn)端發(fā)射功率。在靈活地配置資源方面,由于分布式基站將繁瑣的維護(hù)工作簡(jiǎn)化到了基帶處理部分,一個(gè)基帶處理單元可以以不同的方式連接多個(gè)射頻拉遠(yuǎn)處理單元,實(shí)現(xiàn)RRU之間的資源調(diào)度和調(diào)配,既節(jié)省了成本,也提高了組網(wǎng)的效率,充分利用這個(gè)基站拉遠(yuǎn),可以統(tǒng)籌基站資源,針對(duì)上班、下班出現(xiàn)潮涌或者是潮落的現(xiàn)象進(jìn)行靈活的資源調(diào)配,實(shí)現(xiàn)了一個(gè)靈活的容量和覆蓋的轉(zhuǎn)換。采用分布式基站也滿(mǎn)足了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的IP化的需要。因?yàn)楝F(xiàn)在新型的移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn),其演化速度非???,高速的演進(jìn)必然帶來(lái)基站升級(jí)的問(wèn)題。分布式基站的模塊化設(shè)計(jì),功能豐富,而且系統(tǒng)擴(kuò)容升級(jí)比較方便,符合移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)面向未來(lái)的需要。
第三是基站建設(shè)工程實(shí)施便利。和宏基站相比,本地拉遠(yuǎn)的分布式基站用光纖傳輸基帶信號(hào)代替饋線(xiàn)傳輸射頻信號(hào)。以三扇區(qū)站為例,從機(jī)房到天面,鋪設(shè)3 根光纖的工程難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)的小于鋪設(shè)6根7/8英寸的饋線(xiàn)。尤其是在當(dāng)前,考慮到城市景觀(guān)等因素,越來(lái)越多的站點(diǎn)需要進(jìn)行隱蔽和偽裝,在這方面光纖較饋線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)就更為顯著。
第四是降低了廠(chǎng)家研發(fā)成本。由于分布式基站內(nèi)部Ir接口的標(biāo)準(zhǔn)化,將使得眾多第三方模塊廠(chǎng)家可以同基站的數(shù)字接口互聯(lián),不但可以降低研發(fā)成本,同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)廠(chǎng)家設(shè)備的互通互聯(lián),既提高了通用性和靈活性,也降低了運(yùn)營(yíng)商的采購(gòu)和組網(wǎng)成本。
四、目前制約TD分布式基站建設(shè)的問(wèn)題
盡管分布式基站已經(jīng)成為T(mén)D發(fā)展的一塊基石,但是由于其商用才剛剛開(kāi)始,后續(xù)需要解決的問(wèn)題還有很多。
第一,分布式基站在射頻單元故障時(shí)的維修、更換不如傳統(tǒng)基站方便,一般只能直接更換,且是在室外天線(xiàn)場(chǎng)地操作。
第二,跟RRU室外物理性能相關(guān),功放在工藝制造上的瓶頸影響功放的效率、從而給室外單元的散熱出了難題。
第三,RRU和基站基帶單元間傳輸中頻信號(hào)的光纖,目前廠(chǎng)家配備的多為裸光纖,纖芯數(shù)量無(wú)備用,且無(wú)加強(qiáng)芯,不具有抗壓抗拉能力,容易出現(xiàn)故障。特別是在室內(nèi)分布中,障礙處理較困難。
第四,最后關(guān)于RRU供電方式的靈活性,尤其對(duì)站址條件不良、資金緊張的情況可能直接采用交流供電方式,甚至基帶單元也支持交流供電。這個(gè)“理想” 解決方案的潛在問(wèn)題就是供電沒(méi)有可靠性保障措施,交流供電場(chǎng)合規(guī)范操作應(yīng)配置UPS。
五、結(jié)束語(yǔ)
隨著3G牌照的發(fā)放,中國(guó)移動(dòng)2009年三期招標(biāo)將投資588億元,新建TD-SCDMA基站約6萬(wàn)個(gè),此舉將使TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)基站總數(shù)超過(guò)8萬(wàn)個(gè),網(wǎng)絡(luò)將覆蓋238個(gè)地級(jí)城市的業(yè)務(wù)熱點(diǎn)區(qū),占全國(guó)地級(jí)城市數(shù)量的70%以上,其中東部地區(qū)的地市將實(shí)現(xiàn)全覆蓋。而TD-SCDMA分布式基站在施工和網(wǎng)絡(luò)部署上的種種優(yōu)勢(shì),必將為加快TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程、提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外一體化覆蓋起到巨大的推動(dòng)作用。
總體上講,通過(guò)近兩年的建設(shè)、探索,移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)積累了經(jīng)驗(yàn),取得了進(jìn)步。融合組網(wǎng)策略的實(shí)施,對(duì)TD分布式基站的研究,勢(shì)必將幫助我們進(jìn)一步建設(shè)好網(wǎng)絡(luò),任何一項(xiàng)通信技術(shù)的成熟都要經(jīng)歷一定的過(guò)程。我們一定要堅(jiān)定信心,全力爭(zhēng)取當(dāng)?shù)卣闹С?,繼續(xù)深入研究并實(shí)踐TD分布式基站的建設(shè),體現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的精神,促進(jìn)TD網(wǎng)絡(luò)又好又快發(fā)展。
評(píng)論