探討TD分布式基站技術

分布式基站結構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，二者通過光纖相連。在網(wǎng)絡部署時，將基帶處理單元與核心網(wǎng)、無線網(wǎng)絡控制設備集中在機房內，通過光纖與規(guī)劃站點上部署的射頻拉遠單元進行連接，完成網(wǎng)絡覆蓋，從而降低建設維護成本、提高效率。

一、 分布式基站對運營商的意義

隨著語音業(yè)務容量的增加和高速數(shù)據(jù)業(yè)務的開展，為了提供更大的語音容量和更高的數(shù)據(jù)帶寬，大部分傳統(tǒng)移動通信運營商面臨著在已有2G網(wǎng)絡上如何建設3G網(wǎng)絡的問題。

已有2G網(wǎng)絡的基站設備一般不具備直接升級支持3G業(yè)務的能力，因此，建設3G網(wǎng)絡需要額外增加新的基站設備。如何為這些增加的基站設備選擇站址并找到合適的安裝空間，就是運營商面臨的一個重要問題。對完全沒有站址資源的新興運營商而言，由于要進行全新的站址規(guī)劃和選擇，這個問題則更加突出。

據(jù)調查，大部分運營商都面臨著站址選擇困難和機房空間緊張的問題。無論是與其他移動通信系統(tǒng)共站還是新建，在城市里符合要求的可用機房儲備都非常有限。如何盡量節(jié)省安裝空間，靈活地適應各種不同的安裝場景，是對3G基站設備提出的重要需求。同時，環(huán)保意識逐漸深入人心，人們對電磁輻射的問題越來越重視，尋找天面的工作也越來越困難。

因此，如何降低機房和天面要求，減少配套投資將是網(wǎng)絡建設中各界關注的焦點。根據(jù)中國移動TD-SCDMA一期建網(wǎng)的基站數(shù)目和每平方公里基站數(shù)來推算，TD 要實現(xiàn)良好的網(wǎng)絡覆蓋，其基站總數(shù)將超過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。有關資料顯示，中國移動在其TD-SCDMA網(wǎng)絡的建設中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)務發(fā)展形式上看，數(shù)據(jù)業(yè)務將是3G的特征業(yè)務，而且數(shù)據(jù)業(yè)務占用的帶寬是話音業(yè)務的幾十甚至上百倍。3G為終端用戶提供了許多新的業(yè)務，包括視頻電話、視頻流、游戲、MMS、E-mail、Web等，相比室外用戶而言，室內靜止用戶更有可能使用3G豐富多彩的數(shù)據(jù)業(yè)務，這些新業(yè)務更容易在室內應用，因此室內熱點地區(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3G業(yè)務的發(fā)展。對新興業(yè)務，由于發(fā)射功率大、網(wǎng)絡密度大，運營商利用分布式基站可以為對帶寬需求較大的數(shù)據(jù)業(yè)務提供更好的硬件平臺。隨著中國3G網(wǎng)絡建設進入高速發(fā)展期，運營商對其網(wǎng)絡快速、靈活、低成本部署的要求，也使得移動分布式基站作為一種新的基站模式逐漸成為建網(wǎng)的趨勢和主流。

目前建設3G網(wǎng)絡還有一個制式選擇的問題，目前國際主流的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3G的制式，大部分運營商已經(jīng)有了明確的選擇，但對于3G向未來4G（UMB/LTE/WIMAX）的演進路線以及演進的中間版本（如EV-DO Rev.B），仍處于觀望之中。在這種情況下，運營商投資建設3G網(wǎng)絡就需要考慮這個網(wǎng)絡將來如何演進的問題，希望一旦確定后續(xù)的4G路線，能夠以最小的代價把3G網(wǎng)絡升級為4G網(wǎng)絡，而不用完全重新建設。這就要求現(xiàn)有3G網(wǎng)絡的基站設備具備升級支持運營商選定的4G制式的能力，從而可以更好地保護運營商在現(xiàn)有3G網(wǎng)絡上的投資。LTE屬于后3G的發(fā)展演進方向，其成熟還需要一定的時間。在考慮現(xiàn)有網(wǎng)絡向LTE演進時，對BBU/RRU的要求主要側重于對運營商硬件投資的保護，盡可能的做到平臺共享。目前業(yè)界的主流方式是通過SDR(軟件無線電)技術及通用硬件平臺，以在現(xiàn)有2G/3G設備上安裝LTE軟件模塊的方式，平滑演進到LTE。采用分布式基站技術將有利于運營商在移動通信技術演進過程中充分保護已有投資。

二、TD分布式基站的概念、內容

分布式基站把傳統(tǒng)的宏基站設備按照功能劃分為兩個功能模塊，其中把基站的基帶、主控、傳輸、時鐘等功能集成在一個稱為基帶單元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、功放等中射頻集成在另外一個稱為遠端射頻模塊上，射頻單元RRU (Remote Radio Unit)安裝在天線端。射頻單元與基帶單元之間通過光纖連接，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，特別是在樓宇內部，施工困難，如圖1所示。分布式基站方案是一種無機房或機房位置不理想的情況下，經(jīng)濟快速的無線網(wǎng)絡建設方案，受到全球設備商巨頭愛立信、諾基亞的效仿，獲得全球著名移動運營商Vodafone、Orange等的規(guī)模應用。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)揚光大的卻是TD。由于TD基站采用智能天線技術，對路徑的功率衰減更敏感，所以TD基站非常適合分布式架構，TD分布式基站的構成如圖2所示。

在分布式基站的構成中，BBU是一種基帶處理設備，主要完成Uu接口的基帶處理功能（編碼、復用、調制和擴頻等）、RNC的Iub接口功能、信令處理、本地和遠程操作維護功能，以及Node B系統(tǒng)的工作狀態(tài)監(jiān)控和告警信息上報功能。其中所有基帶功能單元作為一個基帶池，通過配置，每個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)，只通過在BBU增加基帶板即可實現(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)絡容量差異大的問題。

射頻拉遠單元(RRU)分為4個大模塊：中頻模塊、收發(fā)信機模塊、功放和濾波模塊。數(shù)字中頻模塊用于光傳輸?shù)恼{制解調、數(shù)字上下變頻、A/D轉換等；收發(fā)信機模塊完成中頻信號到射頻信號的變換；再經(jīng)過功放和濾波模塊，將射頻信號通過天線口發(fā)射出去。

BBU和RRU之間按照Ir接口協(xié)議通過光纖連接，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)絡拓撲結構，使BBU+RRU更能靈活地組網(wǎng)。Ir接口定義了層一和層二協(xié)議來支持用戶層的數(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的基帶信號進行成形濾波、削峰、數(shù)字預失真等處理后變頻到中頻，然后通過模擬方式進一步變頻到射頻，通過功放后發(fā)射；RRU的下行鏈路則將接收的終端信號經(jīng)過選頻放大后變頻到中頻和基帶，再通過光接口傳給BBU。通過使用削峰等數(shù)字信號處理技術，大大提高了TD-SCDMA功放效率，可大幅度降低單機成本。同時，由于RRU體積小，重量輕，可以在室外安裝，光纖可以直接鋪設到塔頂，由機房到天面的連接由1根光纜代替了原來的28根饋線，施工更加簡便、快捷；機房選取不受限制，機房可以位于大樓的底層；光纖的鋪設對機房及周邊環(huán)境的影響也更小。因此，分布式基站的應用可以有效解決機房和天面選址困難以及網(wǎng)絡建設難度大等問題。

三、分布式基站的優(yōu)勢

相對于傳統(tǒng)宏基站，分布式基站具有下列明顯的優(yōu)勢。

第一是提高了站址資源的有效利用率，降低了建設維護成本。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，因此它是一個因地制宜、靈活部署的調配的方案。分布式基站BBU和RRU分離，室內的BBU設備只負責基帶信號處理，沒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。在目前移動通信網(wǎng)建站選址越來越困難的狀況下，分布式基站“0”機房占用的特點相比于宏基站，可以達到節(jié)省機房空間、降低網(wǎng)絡建設成本、加快網(wǎng)絡建設速度的目的。同時，分布式基站采用高效率功放,減少了空調等其它配套設施的功耗，具有節(jié)能減排的特點。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,在國家大力提倡節(jié)能減排的今天，這點顯得尤為珍貴。根據(jù)歐洲運營商的估算，如果全網(wǎng)都采用這種基站，可以節(jié)省成本超過30%。

第二是提高了基站的覆蓋能力、網(wǎng)絡升級方便。傳統(tǒng)宏基站的發(fā)射與接收都要使用饋線，饋線會給信號帶來損耗，損耗的大小與饋線的型號和長度有關。而 BBU和RRU之間使用光纖連接，幾乎沒有損耗，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工作簡化到了基帶處理部分，一個基帶處理單元可以以不同的方式連接多個射頻拉遠處理單元，實現(xiàn)RRU之間的資源調度和調配，既節(jié)省了成本，也提高了組網(wǎng)的效率，充分利用這個基站拉遠，可以統(tǒng)籌基站資源，針對上班、下班出現(xiàn)潮涌或者是潮落的現(xiàn)象進行靈活的資源調配，實現(xiàn)了一個靈活的容量和覆蓋的轉換。采用分布式基站也滿足了未來網(wǎng)絡的IP化的需要。因為現(xiàn)在新型的移動通信的標準，其演化速度非常快，高速的演進必然帶來基站升級的問題。分布式基站的模塊化設計，功能豐富，而且系統(tǒng)擴容升級比較方便，符合移動通信網(wǎng)絡面向未來的需要。

第三是基站建設工程實施便利。和宏基站相比，本地拉遠的分布式基站用光纖傳輸基帶信號代替饋線傳輸射頻信號。以三扇區(qū)站為例，從機房到天面，鋪設3 根光纖的工程難度遠遠的小于鋪設6根7/8英寸的饋線。尤其是在當前，考慮到城市景觀等因素，越來越多的站點需要進行隱蔽和偽裝，在這方面光纖較饋線的優(yōu)勢就更為顯著。

第四是降低了廠家研發(fā)成本。由于分布式基站內部Ir接口的標準化，將使得眾多第三方模塊廠家可以同基站的數(shù)字接口互聯(lián)，不但可以降低研發(fā)成本，同時也可以實現(xiàn)多個廠家設備的互通互聯(lián)，既提高了通用性和靈活性，也降低了運營商的采購和組網(wǎng)成本。

四、目前制約TD分布式基站建設的問題

盡管分布式基站已經(jīng)成為TD發(fā)展的一塊基石，但是由于其商用才剛剛開始，后續(xù)需要解決的問題還有很多。

第一，分布式基站在射頻單元故障時的維修、更換不如傳統(tǒng)基站方便，一般只能直接更換，且是在室外天線場地操作。

第二，跟RRU室外物理性能相關，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的光纖，目前廠家配備的多為裸光纖，纖芯數(shù)量無備用，且無加強芯，不具有抗壓抗拉能力，容易出現(xiàn)故障。特別是在室內分布中，障礙處理較困難。

第四，最后關于RRU供電方式的靈活性，尤其對站址條件不良、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“理想” 解決方案的潛在問題就是供電沒有可靠性保障措施，交流供電場合規(guī)范操作應配置UPS。

五、結束語

隨著3G牌照的發(fā)放，中國移動2009年三期招標將投資588億元，新建TD-SCDMA基站約6萬個，此舉將使TD-SCDMA網(wǎng)絡基站總數(shù)超過8萬個，網(wǎng)絡將覆蓋238個地級城市的業(yè)務熱點區(qū)，占全國地級城市數(shù)量的70％以上，其中東部地區(qū)的地市將實現(xiàn)全覆蓋。而TD-SCDMA分布式基站在施工和網(wǎng)絡部署上的種種優(yōu)勢，必將為加快TD-SCDMA網(wǎng)絡化進程、提高網(wǎng)絡質量、實現(xiàn)室內外一體化覆蓋起到巨大的推動作用。

總體上講，通過近兩年的建設、探索，移動通信運營企業(yè)積累了經(jīng)驗，取得了進步。融合組網(wǎng)策略的實施，對TD分布式基站的研究，勢必將幫助我們進一步建設好網(wǎng)絡，任何一項通信技術的成熟都要經(jīng)歷一定的過程。我們一定要堅定信心，全力爭取當?shù)卣闹С?，繼續(xù)深入研究并實踐TD分布式基站的建設，體現(xiàn)科學發(fā)展的精神，促進TD網(wǎng)絡又好又快發(fā)展。