無(wú)線(xiàn)通信系統中的軟基站技術(shù)

4 傳輸

近年來(lái)接入網(wǎng)與傳輸網(wǎng)的融合呈現出加速的趨勢，三層路由協(xié)議以及以太網(wǎng)管理協(xié)議在基站側的需求逐步增加。接入設備在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )云中越來(lái)越多地承擔了傳輸接口承載、協(xié)議終結、路由轉換、內部節點(diǎn)管理、甚至多節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )管理的作用。近年來(lái)，更是涌現了自發(fā)現，自配置等智能化相關(guān)的綜合性技術(shù)。

隨著(zhù)數據業(yè)務(wù)的快速增長(cháng)和網(wǎng)絡(luò )逐步開(kāi)放，無(wú)線(xiàn)基站比以往承擔了更多的角色，不但要為終端用戶(hù)提供語(yǔ)音，數據服務(wù)，同時(shí)需要充當傳輸路由節點(diǎn)、匯聚節點(diǎn)，為多個(gè)站點(diǎn)提供傳輸服務(wù)。

為了應對復雜的傳輸組網(wǎng)和傳輸協(xié)議，軟基站需要具備如下能力：

(1) 內置多樣的傳輸能力?；静渴鸬膱?chǎng)地往往受限制，同時(shí)需要適應局方已經(jīng)部署的各種傳輸方式。軟基站需要內置多樣化傳輸的能力，如微波，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò )(PON)，E1/T1，同步傳輸模塊1(STM-1)、以太網(wǎng)等多種傳輸介質(zhì)，并能夠提供靈活的組網(wǎng)方式。同時(shí)，基站還需要支持在多種傳輸介質(zhì)同時(shí)進(jìn)行分路傳輸，如以太網(wǎng)和E1同時(shí)接入，以太網(wǎng)承載數據業(yè)務(wù)，E1承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

(2) 采用標準化傳輸協(xié)議棧?；ヂ?lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)等標準組織開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議簇，獨立于網(wǎng)絡(luò )硬件環(huán)境提供了標準化的高層協(xié)議，能夠滿(mǎn)足基站多種制式并存、互聯(lián)互通的需求。從2002年起，中興通訊即開(kāi)始研發(fā)全IP無(wú)線(xiàn)基站，實(shí)現了IP over E1和FE接入多業(yè)務(wù)傳送平臺彈性分組數據環(huán)技術(shù)(MSTP RPR)的過(guò)渡組網(wǎng)方式。對于逐步走向開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )架構，軟基站需要更加注重傳輸管理和傳輸安全，提供Internet 協(xié)議安全性(IPSec)（數字證書(shū)管理，部署）和IPv6等解決方案，以及802.3ah等以太網(wǎng)管理協(xié)議。

(3) 傳輸資源的統一管理。傳輸資源在多?；局惺嵌嘀剖綐I(yè)務(wù)的公共資源。在軟基站上需要能夠通過(guò)傳輸配置實(shí)現多種傳輸方式共存，以及不同業(yè)務(wù)在共傳輸下的帶寬的QoS調度、帶寬流控等功能。

(4) 接入網(wǎng)和傳輸網(wǎng)融合。隨著(zhù)向4G的發(fā)展，基站從最初實(shí)現二層交換協(xié)議，逐步發(fā)展到實(shí)現三層路由協(xié)議以滿(mǎn)足日益復雜的組網(wǎng)需求。同時(shí)，基站不僅僅只作為傳輸葉節點(diǎn)，而是集路由管理節點(diǎn)和協(xié)議終結節點(diǎn)為一體，甚至部分代替多協(xié)議標簽交換(MPLS)邊緣路由器，降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的部署成本。

5 軟基帶

從各制式看，除CDMA2000核心技術(shù)基本為Qualcomm壟斷，基帶調制解調采用專(zhuān)用集成電路(ASIC)之外，其他各種通信制式基帶實(shí)現均呈現多樣化，各設備廠(chǎng)商形成了包括ASIC、數字信號處理(DSP)、DSP+ASIC、數字信號處理+現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(DSP+FPGA)等多樣的實(shí)現方式，這些方式各存在優(yōu)缺點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)FPGA、DSP技術(shù)，以及基帶處理實(shí)現技術(shù)多年的發(fā)展，通過(guò)更換軟件（包括現場(chǎng)可編程門(mén)陣列網(wǎng)表）、更換制式的軟基站已經(jīng)不是天方夜譚。在FPGA中實(shí)現硬加速器，DSP陣列中實(shí)現復雜算法，并采用高速的SRIO交換平面實(shí)現DSP陣列、FPGA之間的互聯(lián)，就可以提供強大的基帶處理能力，實(shí)現多種制式的處理。軟基帶技術(shù)在各個(gè)制式應用主要的制約因素是實(shí)現成本。例如對于全球移動(dòng)通訊系統(GSM)這樣成熟的、成本非常敏感的市場(chǎng)，對基帶處理能力要求不高，能夠承載長(cháng)期演進(jìn)(LTE)業(yè)務(wù)的基帶硬件應用于全球移動(dòng)通訊系統將存在極大的資源浪費。另外，統一的大基帶處理資源池在不同制式之間如何靈活的分配處理能力，并實(shí)現靈活的資源擴展，也是亟待研究的課題。

隨著(zhù)業(yè)務(wù)實(shí)現的固化，在成本壓力的驅動(dòng)下設備廠(chǎng)商會(huì )從全軟基帶到半軟基帶、并向ASIC遷移，同時(shí)也就逐步失去了隨標準演進(jìn)的能力和業(yè)務(wù)遷移的靈活性。

6 基帶射頻接口

基帶射頻接口標準中，由于實(shí)現簡(jiǎn)單、實(shí)現經(jīng)濟性好、帶寬利用率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，CPRI得到了廣泛的認可和應用。OBRI或歐洲電信標準化協(xié)會(huì )ETSI的ORI也借用了CPRI的底層定義。

CPRI規范分成兩個(gè)層次，如圖4所示。層一包括了物理層傳輸、I/Q數據的時(shí)分復用(TDM)映射等，層2包括了控制信令等的定義。CPRI組織對UMTS/LTE等的I/Q格式進(jìn)行了規定，但是對GSM、CDMA2000的I/Q數據，可能是基于碼片速率的原因，沒(méi)有進(jìn)行規范。協(xié)議二層劃分原理上是能夠承載多業(yè)務(wù)的，但是在層一進(jìn)行過(guò)于細節的定義，其實(shí)并不利于實(shí)現多模式的軟基站。相對而言，OBSAI RP03的四層結構就更加能夠適應。如表1所示，在OBSAI RP03中，保證數據點(diǎn)到點(diǎn)傳輸的協(xié)議層，均能做到與制式無(wú)關(guān)。

如果要使得CPRI適于傳輸多種不同制式，就需要考慮細化分層，并在底層的空口數據容器AxC(Antenna Carrier)大小定義上考慮I/Q數據的容量適配，但在使用上要做到與制式無(wú)關(guān)，在傳輸過(guò)程中只考慮無(wú)制式AxC的傳輸，而不關(guān)心I/Q向AxC映射的方式、制式、采樣的信息等。只在無(wú)法忽略制式差異的兩端（也就是基帶調制解調和中頻處理）才看到制式數據。這樣在部分情況下可能會(huì )犧牲一點(diǎn)承載效率，也可能會(huì )提高一些復雜度，但是從無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品演進(jìn)以及靈活性的角度看，這樣的代價(jià)還是非常值得的。

7 軟基站未來(lái)的趨勢

軟基站的架構形態(tài)，會(huì )走向多模，扁平化架構，尤其是多模軟基站，對“軟”技術(shù)提出了更高的要求，需要提供更為豐富的軟件服務(wù)。軟件服務(wù)內容從單純的傳統基站業(yè)務(wù)轉向集成傳輸，集成控制器，集成路由器等多種功能角色為一體，并從固定功能服務(wù)轉向了可配置的，可選擇定制的服務(wù)方向。

目前的軟基站硬件架構已基本能夠滿(mǎn)足多業(yè)務(wù)共存的需要。未來(lái)軟基站將繼續向集成度更高、基帶資源調配更靈活、傳輸方式更豐富、成本更低、節能更環(huán)保幾個(gè)方向發(fā)展。

未來(lái)軟件技術(shù)將堅定地走向IP化、IT化?；緦⒆呦蜷_(kāi)放標準?；窘尤腴_(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )后，未來(lái)的IP網(wǎng)絡(luò )安全性將受到更多的關(guān)注；未來(lái)軟基站將更多地提供智能化、分布式以及虛擬化的相關(guān)技術(shù)，通過(guò)此類(lèi)技術(shù)靈活地組合基站功能，并逐步完成基站的負載均衡：

(1) SON等技術(shù)的橫空出世，對于基站的管理方式是一種革新。自發(fā)現、自下載、自配置，使接入網(wǎng)能夠便利地加入或刪除網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，并能夠自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化。隨著(zhù)未來(lái)幾年內標準的逐步完善，及在基站設備中的實(shí)現，軟基站的智能化能力將會(huì )大幅提高。

(2) 分布式數據處理模型及技術(shù)的應用，可以解決以往基站模型中存儲空間及處理資源瓶頸，將不均衡的業(yè)務(wù)處理分布化，形成均衡負載處理。最近熱門(mén)的“云計算” 技術(shù)也是分布式計算、并行計算、網(wǎng)格計算等演變而來(lái)[10]，通過(guò)大型服務(wù)器的集中運算能力來(lái)提供云服務(wù)，并將這些概念走向商業(yè)化。盡管最終走向云服務(wù)尚需時(shí)日，但是對于云計算的基本理論可以在基站中借鑒和應用。

(3)虛擬化技術(shù)的應用，會(huì )進(jìn)一步抽象基站的功能劃分，形成處理器資源池和數據處理池的二層簡(jiǎn)化結構。各個(gè)功能業(yè)務(wù)能夠動(dòng)態(tài)地分配到具有空閑處理能力的單板上，甚至對實(shí)現跨基站的分布式處理提供技術(shù)支撐，實(shí)現資源配置的優(yōu)化并降低能耗，實(shí)現綠色基站。