面向綠色無(wú)線(xiàn)通信的基站體系結構

(2)高速接口及傳輸技術(shù)的實(shí)現

協(xié)作處理技術(shù)是實(shí)現更高頻譜效率的關(guān)鍵。為了支持協(xié)作式多點(diǎn)處理技術(shù)，用戶(hù)數據和上行/下行信道信息都需要在多個(gè)基站之間共享。基站之間的接口必須支持高帶寬低時(shí)延的傳輸以及保證實(shí)時(shí)的協(xié)作處理。目前，基站間采用X2接口的處理時(shí)延在20 ms左右，如此大的共享信息傳輸時(shí)延會(huì )影響聯(lián)合處理的增益，并帶來(lái)較大的處理開(kāi)銷(xiāo)。因此，基于軟件無(wú)線(xiàn)電架構的基站單元必須在保證時(shí)延和開(kāi)銷(xiāo)的情況下設計更為有效的信息共享方案，以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)協(xié)作處理的需求。

(3)多標準、可擴展的公共算法庫的開(kāi)發(fā)

當前TD-SCDMA、CDMA2000、GSM、WCDMA、LTE等多種通信制式共存，且世界上大多數的主流運營(yíng)商都同時(shí)擁有多個(gè)網(wǎng)絡(luò )。多頻段、多制式網(wǎng)絡(luò )的并行運營(yíng)致使設備、機房及配套設施難以共享，不僅嚴重浪費基礎設施資源，也給網(wǎng)絡(luò )優(yōu)化和維護帶來(lái)很大困難，網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)成本和能源消耗更是居高不下。因此，網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商需要尋找有效的途徑來(lái)控制整體擁有成本(TCO)和降低能耗，以實(shí)現多標準網(wǎng)絡(luò )的綠色運營(yíng)。多?；境蔀榻档途W(wǎng)絡(luò )建設和維護成本最有效最直接的方式。在基于高性能GPP的新型基站系統中，需要針對不同的通信協(xié)議設計不同的算法庫，并能支持不同標準間的靈活切換，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

本文依據3GPP 36系列規定的LTE標準[8]，實(shí)現了3GPP LTE上下行鏈路。鏈路具體參數如表1所示。

該系統采用含4個(gè)處理核、主頻為3.2 GHz、支持雙線(xiàn)程的商用CPU作為數字信號處理平臺的核心。系統載波頻率為2.3 GHz，載波帶寬為20 MHz，采用LTE規定的OFDM調制?；诟咝阅蹽PP的LTE演示系統如圖4所示。圖右側PC為發(fā)端，中間的PC為收端，左側PC主要完成信號分析功能。

在該演示系統中，采用的是1發(fā)1收的天線(xiàn)，實(shí)現的上行峰值速率為43 Mb/s，并進(jìn)行了高清視頻(HDTV)的現場(chǎng)實(shí)時(shí)傳輸。

我們認為，隨著(zhù)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系統可以滿(mǎn)足未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信中對實(shí)時(shí)數字信號處理的要求以及無(wú)線(xiàn)新技術(shù)的應用。在此基礎上，本文基于高性能GPP的LTE系統的未來(lái)研究將集中于對MIMO、CoMP等新技術(shù)的實(shí)際系統應用。

3 未來(lái)的研究課題

3.1 動(dòng)態(tài)資源分配和協(xié)作式無(wú)線(xiàn)處理

蜂窩系統中小區的用戶(hù)數量以及用戶(hù)的信道增益都是動(dòng)態(tài)變化的。蜂窩系統的業(yè)務(wù)已從單一的語(yǔ)音業(yè)務(wù)轉向多媒體數據業(yè)務(wù)。為了支持不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型，對用戶(hù)的資源分配必須更為靈活?；颈仨毟鶕斍跋到y的狀態(tài)和用戶(hù)的需求，動(dòng)態(tài)地決定信道分配、數據速率和發(fā)送功率[9]。而基于OFDM的蜂窩小區間是干擾受限的，不能簡(jiǎn)單地依靠增加發(fā)射功率來(lái)提高邊緣用戶(hù)的性能，因此，需設計有效的多小區聯(lián)合資源分配和協(xié)作式多點(diǎn)傳輸技術(shù)來(lái)解決上述問(wèn)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(wú)線(xiàn)電技術(shù)的基站架構的主要研究?jì)热?。該架構下，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將基帶處理單元(BBU)和遠端射頻單元(RRU)分離，并將多個(gè)BBU集中起來(lái)，形成一個(gè)集中式的基帶處理池，用于覆蓋不同區域的RRU信號的基帶處理。傳統的RRU的信號只能傳輸到其對應的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(gè)大容量低時(shí)延的交換器實(shí)現不同BBU數據的交互，以實(shí)現基帶處理資源的動(dòng)態(tài)使用，進(jìn)而提高設備利用率，降低電能損耗。

3.3 基于實(shí)時(shí)云的虛擬基站系統

集中式的基帶處理池建立在高性能通用處理器上，通過(guò)軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)實(shí)現基帶信號處理。該架構為實(shí)時(shí)性的數字信號云處理提供了演進(jìn)基礎。

一定范圍內的基于軟件無(wú)線(xiàn)電的新型基站通過(guò)高帶寬低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)，形成一個(gè)巨大的云計算基帶處理池。與傳統的云計算不同，該虛擬基站所進(jìn)行的基帶處理任務(wù)是實(shí)時(shí)的，在滿(mǎn)足處理時(shí)延的要求下，動(dòng)態(tài)地分配處理負荷，并實(shí)現不同網(wǎng)絡(luò )下的多標準覆蓋。

4 結束語(yǔ)

目前，“綠色”成為人們越來(lái)越關(guān)注的焦點(diǎn)，綠色節能已成為當今世界的主題話(huà)題之一。無(wú)線(xiàn)通信界勢必也要向綠色的方向不斷演進(jìn)?；鞠到y作為無(wú)線(xiàn)通信系統中最大的能耗來(lái)源，必須對當前的基站體系架構進(jìn)行有效的改進(jìn)，以實(shí)現向綠色通信的演進(jìn)。

本文所介紹的基于軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的新型基站架構，能夠有效地降低基站機房的數量，并能合理的利用基帶的處理資源，提高基站設備的利用率。

由于軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)靈活可擴展的特點(diǎn)，使得基站系統在維護和升級時(shí)變得更為靈活方便，從而極大地降低維護和升級成本。我們希望，新的基站架構可以為基站系統的綠色演進(jìn)提供一個(gè)方向，更好地促進(jìn)無(wú)線(xiàn)通信向更低能耗更高能效的綠色方向發(fā)展。