TD分布式基站技術(shù)探討

本文著重介紹了分布式基站的引入、概念內(nèi)容、優(yōu)勢以及它現(xiàn)在存在的問題。對加快TD網(wǎng)絡(luò)化進程，提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，實現(xiàn)室內(nèi)外一體化覆蓋有積極的參考意義。

關(guān)鍵詞：基站? 基帶處理單元（BBU） 射頻處理單元（RRU） TD-SCDMA

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，二者通過光纖相連。在網(wǎng)絡(luò)部署時，將基帶處理單元與核心網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備集中在機房內(nèi)，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(luò)覆蓋，從而降低建設(shè)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(wù)容量的增加和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)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(luò)上如何建設(shè)3G網(wǎng)絡(luò)的問題。
已有2G網(wǎng)絡(luò)的基站設(shè)備一般不具備直接升級支持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(diào)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(yīng)各種不同的安裝場景，是對3G基站設(shè)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(luò)建設(shè)中各界關(guān)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(luò)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(guān)資料顯示，中國移動在其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)占用的帶寬是話音業(yè)務(wù)的幾十甚至上百倍。3G為終端用戶提供了許多新的業(yè)務(wù)，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(nèi)靜止用戶更有可能使用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。對新興業(yè)務(wù)，由于發(fā)射功率大、網(wǎng)絡(luò)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(wù)提供更好的硬件平臺。隨著中國3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進入高速發(fā)展期，運營商對其網(wǎng)絡(luò)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(shè)3G網(wǎng)絡(luò)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(shè)3G網(wǎng)絡(luò)就需要考慮這個網(wǎng)絡(luò)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(luò)升級為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(luò)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(luò)向LTE演進時，對BBU/RRU的要求主要側(cè)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(shù)及通用硬件平臺，以在現(xiàn)有2G/3G設(shè)備上安裝LTE軟件模塊的方式，平滑演進到LTE。采用分布式基站技術(shù)將有利于運營商在移動通信技術(shù)演進過程中充分保護已有投資。

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(nèi)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(luò)建設(shè)方案，受到全球設(shè)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(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)揚光大的卻是TD。由于TD基站采用智能天線技術(shù)，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(gòu)，TD分布式基站的構(gòu)成如圖2所示。
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????????????????????????? 圖1 TD-SCDMA傳統(tǒng)式基站構(gòu)成

????????????????????????? 圖2 TD-SCDMA分布式基站構(gòu)成
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、復用、調(diào)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(luò)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{(diào)制解調(diào)、數(shù)字上下變頻、A/D轉(zhuǎn)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(luò)拓撲結(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(yù)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(shù)，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(shè)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(shè)對機房及周邊環(huán)境的影響也更小。因此，分布式基站的應(yīng)用可以有效解決機房和天面選址困難以及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(shè)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(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(luò)建設(shè)成本、加快網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度的目的。同時，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。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(luò)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(guān)。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(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(diào)配，實現(xiàn)了一個靈活的容量和覆蓋的轉(zhuǎn)換。采用分布式基站也滿足了未來網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(luò)面向未來的需要。
第三是基站建設(shè)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(shè)3根光纖的工程難度遠遠的小于鋪設(shè)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(nèi)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(shè)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(shè)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(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(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(yīng)配置UPS。

五、結(jié)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(luò)基站總數(shù)超過8萬個，網(wǎng)絡(luò)將覆蓋238個地級城市的業(yè)務(wù)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(luò)部署上的種種優(yōu)勢，必將為加快TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)化進程、提高網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、實現(xiàn)室內(nèi)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(shè)、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(shè)好網(wǎng)絡(luò)，任何一項通信技術(shù)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(shè)，體現(xiàn)科學發(fā)展的精神，促進TD網(wǎng)絡(luò)又好又快發(fā)展。
參考文獻
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