- 面向綠色無線通信的基站體系結(jié)構(gòu)

　　2.2 新型基站架構(gòu)面對的挑戰(zhàn)

　　基于軟件無線電架構(gòu)的基帶處理單元在具有一系列優(yōu)點的同時，也存在許多應(yīng)用方面的挑戰(zhàn)和難題。

　　（1）基于GPP的實時數(shù)字信號處理的實現(xiàn)

　　通用處理器曾被認(rèn)為僅能滿足低速數(shù)值運算及過程控制等數(shù)據(jù)處理。然而，隨著通用處理器技術(shù)的快速發(fā)展，GPP在處理能力和時延等方面能獲得良好的表現(xiàn)?；贕PP的數(shù)字信號處理優(yōu)化增益如圖3所示。在LTE的基帶算法實現(xiàn)中［7］，經(jīng)代碼優(yōu)化后的系統(tǒng)吞吐量有了明顯的增益，但像Turbo信道譯碼（LogMAP算法）等復(fù)雜度較高的算法實現(xiàn)的處理增益仍不是很理想。隨著無線新技術(shù)的不斷應(yīng)用，其實現(xiàn)的復(fù)雜度也越來越高，因此，利用GPP技術(shù)進(jìn)行高效的數(shù)字信號處理仍是該基站架構(gòu)實現(xiàn)的關(guān)鍵。

　?。?）高速接口及傳輸技術(shù)的實現(xiàn)

　　協(xié)作處理技術(shù)是實現(xiàn)更高頻譜效率的關(guān)鍵。為了支持協(xié)作式多點處理技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)和上行/下行信道信息都需要在多個基站之間共享?；局g的接口必須支持高帶寬低時延的傳輸以及保證實時的協(xié)作處理。目前，基站間采用X2接口的處理時延在20 ms左右，如此大的共享信息傳輸時延會影響聯(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延和開銷的情況下設(shè)計更為有效的信息共享方案，以滿足實時協(xié)作處理的需求。

　?。?）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)的主流運營商都同時擁有多個網(wǎng)絡(luò)。多頻段、多制式網(wǎng)絡(luò)的并行運營致使設(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)運營成本和能源消耗更是居高不下。因此，網(wǎng)絡(luò)運營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，以實現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的綠色運營。多?；境蔀榻档途W(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，需要針對不同的通信協(xié)議設(shè)計不同的算法庫，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］，實現(xiàn)了3GPP LTE上下行鏈路。鏈路具體參數(shù)如表1所示。

表1

　　該系統(tǒng)采用含4個處理核、主頻為3.2 GHz、支持雙線程的商用CPU作為數(shù)字信號處理平臺的核心。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主要完成信號分析功能。

圖4

　　在該演示系統(tǒng)中，采用的是1發(fā)1收的天線，實現(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)場實時傳輸。

　　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實時數(shù)字信號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MIMO、CoMP等新技術(shù)的實際系統(tǒng)應(yīng)用。

　　3 未來的研究課題

　　3.1 動態(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，對用戶的資源分配必須更為靈活。基站必須根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)和用戶的需求，動態(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)計有效的多小區(qū)聯(lián)合資源分配和協(xié)作式多點傳輸技術(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)的主要研究內(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BBU集中起來，形成一個集中式的基帶處理池，用于覆蓋不同區(qū)域的RRU信號的基帶處理。傳統(tǒng)的RRU的信號只能傳輸?shù)狡鋵?yīng)的BBU中，不同的BBU并不能接收其他RRU的信號。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：提供一個大容量低時延的交換器實現(xiàn)不同BBU數(shù)據(jù)的交互，以實現(xiàn)基帶處理資源的動態(tài)使用，進(jìn)而提高設(shè)備利用率，降低電能損耗。

　　3.3 基于實時云的虛擬基站系統(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)實現(xiàn)基帶信號處理。該架構(gòu)為實時性的數(shù)字信號云處理提供了演進(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延的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，形成一個巨大的云計算基帶處理池。與傳統(tǒng)的云計算不同，該虛擬基站所進(jìn)行的基帶處理任務(wù)是實時的，在滿足處理時延的要求下，動態(tài)地分配處理負(fù)荷，并實現(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”成為人們越來越關(guān)注的焦點，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，必須對當(dāng)前的基站體系架構(gòu)進(jìn)行有效的改進(jìn)，以實現(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，使得基站系統(tǒng)在維護(hù)和升級時變得更為靈活方便，從而極大地降低維護(hù)和升級成本。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。