智能天線(xiàn)-超級回程從家庭基站到超大型基站

在智能手機和平板電腦高歌猛進(jìn)的同時(shí)，另一個(gè)大型的移動(dòng)市場(chǎng)正在經(jīng)歷著(zhù)轉變。這個(gè)四百多億的蜂窩基礎設施市場(chǎng)面臨著(zhù)來(lái)自多方面的侵蝕。

　　在發(fā)展中的小型基站的一個(gè)新級別會(huì )重塑當前蜂窩網(wǎng)絡(luò )的格局。實(shí)際上，市場(chǎng)觀(guān)察者預期到2016年絕大部分新裝基站將會(huì )是各種版本的小型蜂窩。

　　與此同時(shí)，中國移動(dòng)則在相反方向掌握了主動(dòng)權，推廣類(lèi)似數據中心的大型基站的建設。英特爾公司支持中國移動(dòng)的這個(gè)舉動(dòng)，并計劃在下一年借助其用在自家Xeon服務(wù)器CP上的一個(gè)類(lèi)似DSP的協(xié)同處理器來(lái)進(jìn)入擠占市場(chǎng)。

　　從家庭基站到超大型基站

　　到目前為止，基站通常都是一個(gè)類(lèi)型，被放置在室外天線(xiàn)塔下面的密封盒子里面。這些無(wú)線(xiàn)世界的大型主機從幾年前開(kāi)始就受到一些被稱(chēng)作“家庭基站”的小型住宅終端的攻擊，這些終端逐漸應用到蜂窩服務(wù)不能覆蓋的獨立住宅的范圍。

　　作為下一代蜂窩網(wǎng)絡(luò )的一部分的家庭基站正處在緩慢穩步上升階段。同時(shí)，這個(gè)概念迅速占領(lǐng)了傳統基站和家庭基站之間的空白區域。這些被叫做小型蜂窩的基站將會(huì )被一些運輸公司和私人公司應用，以形成第二層無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在城市里面提供更大的容量和擴展在農村的覆蓋范圍。

　　幾種不同類(lèi)型的小型蜂窩將要面世，類(lèi)似百萬(wàn)分之一、兆份之一等概念和Metrocells仍舊在演變。有些將會(huì )集中在室內安裝去服務(wù)相關(guān)的小部分人，當他們坐或行走在辦公室和商店之間，將會(huì )逐漸被信號覆蓋。而另一些則需要牢固的安裝在室外服務(wù)大部分的移動(dòng)用戶(hù)。

　　阿爾卡特朗訊在移動(dòng)世界大會(huì )展示了其幾個(gè)小蜂窩基站，包括了圖左所示連接到博通參考設計的Metrocel而搭建的小型LTE網(wǎng)絡(luò )。西班牙電信在移動(dòng)世界大會(huì )的演示網(wǎng)絡(luò )里同樣使用到了阿爾朗特朗訊的小型基站。

　　各方都認為基站必須同時(shí)支持3G、LTE和WIFI網(wǎng)絡(luò )。它們在三網(wǎng)的相互間和新舊基站間做到無(wú)縫切換。

　　這些要求涉及到的軟件和相關(guān)標準正在研發(fā)。例如第三代合作伙伴這個(gè)團體正在設計一個(gè)IP流可移動(dòng)性技術(shù)規格去把蜂窩的認證、安全、管理能力嫁接到WIFI上面。

　　運營(yíng)商希望促進(jìn)小型基站的合作，旨在分攤建立新無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的巨額花費。在某些情況下，他們被逼和另一些運營(yíng)商、政府和商家去共享安裝在街燈或者公共建筑上面的基站。

　　博通基礎設施部門(mén)的首席技術(shù)官Nick IIyadis聲稱(chēng)：這三種途徑都可能會(huì )出現。有一些運營(yíng)商會(huì )疊加一些小型基站到他們的大型基站網(wǎng)絡(luò )上。通過(guò)電信設備的控制平臺協(xié)議IUB直接連接小型基站和大型基站。一部分則應用在獨立網(wǎng)絡(luò )的家庭基站和大型基站。剩下的那些則會(huì )采用中國移動(dòng)定義的云無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )途徑。

　　“他們都有正反兩方面，我希望到最后這三者能夠共存。”IIyadis這樣說(shuō)道。

　　對那些基站搭建商來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很好的機遇。
基站供應商的壓力

　　飛思卡爾半導體無(wú)線(xiàn)接入部門(mén)的市場(chǎng)經(jīng)理Stephen Turnbull說(shuō)到：“運營(yíng)商在尋找不同的方法去覆蓋信號，這給基站供應商添加了不少的壓力。”他同樣提到：“在同一時(shí)間有很多的協(xié)議和形狀系數給到基站OEM廠(chǎng)家，所以在價(jià)格和效率方面他們面臨嚴峻的挑戰。”

飛思卡爾半導體無(wú)線(xiàn)接入部門(mén)的市場(chǎng)經(jīng)理Stephen Turnbull說(shuō)到：“運營(yíng)商在尋找不同的方法去覆蓋信號，這給基站供應商添加了不少的壓力。”

　　目前市場(chǎng)上的大型基站供應商有阿爾卡特朗訊、愛(ài)立信、華為、諾西，下年他們和如Airvana、IP.Acess和Ubiquisys等家庭基站供應商之間應該會(huì )有一場(chǎng)惡戰。

　　在低端市場(chǎng)的競爭尤其激烈。凱為半導體基礎設施部門(mén)的總經(jīng)理Y.J.KIM認為在路由公司進(jìn)入之后，公司間的交火會(huì )更加多。而一些小供應商可能會(huì )被那些已經(jīng)供應家庭基站的巨頭收購。

　　僅服務(wù)于64到128個(gè)用戶(hù)的室外基站市場(chǎng)也是一個(gè)需要關(guān)注的領(lǐng)域。“從字面上看，目前在那里沒(méi)有任何部署，但運營(yíng)商在這個(gè)方面沒(méi)有處理好，我認為這一切將會(huì )變得異常有趣。”ABI Research 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )部門(mén)的業(yè)務(wù)主管Aditya Kaul說(shuō)道。“他們過(guò)去租用屋頂或者土地去安置信號塔和大型基站。”

　　Kaul堅信大型OEM廠(chǎng)家會(huì )主要集中在室外基站和室內模式的小基站。但隨著(zhù)運營(yíng)商將他們的網(wǎng)絡(luò )通過(guò)這兩者整合到一起，他認為“大供應商會(huì )掌控局面，同時(shí)在接下來(lái)的兩三年里會(huì )逐漸收購那些小供應商。”
從專(zhuān)用集成電路到片上系統

　　系統的發(fā)展趨勢是逐漸集成化，小到半導體設計者可以用手拿著(zhù)。傳統的大型基站通過(guò)應用不同的ASIC、DSP和FPGA，經(jīng)過(guò)不同廠(chǎng)商設計，得到不同的產(chǎn)品。

　　在另一方面，小型基站由于SOC的價(jià)格、尺寸和功率優(yōu)勢等原因，它們向著(zhù)多芯異相SOC發(fā)展。

　　由于到這個(gè)轉變，飛思卡爾、LSI和TI等基站硅提供者在今年早些時(shí)候為基站制造了28nm的SOC。

　　Kaul認為“他們的策略就是依靠一個(gè)單芯片架構控制小基站大基站的每一個(gè)細節。”

　　博通的IIyadis認為片上基站是一個(gè)完美作品。這個(gè)公司現在仍然通過(guò)其最近收購Net Logic Microsystems和其他公司所獲得的內部核心和IP技術(shù)來(lái)設計這些產(chǎn)品。

　　“把DSP、硬件加速核心、數據包處理器和回程功能加到單獨設備上是非常普遍的。”IIyadis如此說(shuō)道。他同時(shí)拒絕評論任何未曾發(fā)布的產(chǎn)品。“到最后，一旦市場(chǎng)團結在一起，WIFI也許會(huì )被集成到基站SOC，但現在說(shuō)這個(gè)還為時(shí)過(guò)早。”

　　TI集成了一個(gè)32核心到期最新的Keystone II芯片上，其中包括了四個(gè)ARM 的A15處理器和他自家的C66X DSP和數據包處理器、一個(gè)RapidIO接口和天線(xiàn)電路。其主要競爭者飛思卡爾用e6500電源核心和128位AltiVec SIMD單元和SC3900 StarCore數字信號處理器來(lái)制造了QorIQ Qonverge芯片。

　　LSI則用了一個(gè)1GHZ以上的PowerPC核心和新的嵌入式安全性能在其最新的AXM2500芯片上。這公司在未來(lái)將逐漸過(guò)渡到ARM核心。

　　“最重要的是有大量的芯片集成，因此板會(huì )變得更便宜更小。同時(shí)耗費會(huì )更加少。”TI無(wú)線(xiàn)基礎設施部門(mén)的技術(shù)策略部主管Tom Flanagan如此說(shuō)。

　　Cavium聲稱(chēng)其通過(guò)將6個(gè)未定義的第三方DSP和四個(gè)64位MIPS核與其Octeon Fusion SOC集成到一起來(lái)占領(lǐng)市場(chǎng)。

　　“這就意味著(zhù)我們可以處理更多的用戶(hù)資料，其上下行處理速度可以去到150M每秒。”Cavium的KIM說(shuō)道。

　　KIM聲稱(chēng)其網(wǎng)絡(luò )處理器應用在十大OEM廠(chǎng)家中八間廠(chǎng)商的大型基站上面。但那些芯片不能在下一代設計中將其部分集成。

　　與此同時(shí)，Cavium也被吸引去制造這最新的小基站，并通過(guò)OEM系統抽樣傳遞給運營(yíng)商。最新的Fusion SOCs將會(huì )在秋天量產(chǎn)。

　　PMC-Sierra同樣是一個(gè)供應商，它目前有一系列的數據包處理器應用在大基站、小基站和回程系統上面。
智能天線(xiàn)，超級回程

　　有些大基站OEM廠(chǎng)商注意到了密集移動(dòng)線(xiàn)路處理區域的轉變。相對于部署更多的小型蜂窩去處理通話(huà)，他們更傾向于提供有波束陣列的天線(xiàn)去捕捉更多的信號。

　　諾基亞西門(mén)子網(wǎng)絡(luò )收購了摩托羅拉在天線(xiàn)陣列方面有影響力的技術(shù)。據聞阿爾卡特朗訊和愛(ài)立信也在研究相同的技術(shù)。

　　一個(gè)類(lèi)似的波束系統原型已經(jīng)應用在用戶(hù)的家用路由器上面。“我家里面有一個(gè)這樣的路由，一旦其發(fā)現我在有效范圍出現，就會(huì )將信號轉移過(guò)來(lái)。”博通的IIyadis如此說(shuō)。“但當有很多用戶(hù)的時(shí)候，其效率就沒(méi)那么高，因為它要保證覆蓋整個(gè)范圍。”

　　ABI的Kaul說(shuō)：“我個(gè)人對此有點(diǎn)懷疑。帶有智能天線(xiàn)的小型蜂窩會(huì )有效率增益，但當你按比例放大網(wǎng)絡(luò )并將其引入到WIFI中來(lái)，這對一個(gè)系統處理來(lái)說(shuō)，就會(huì )變得相當復雜了。”

　　當智能手機用戶(hù)從一個(gè)應用程序轉移到另一個(gè)應用程序，在天線(xiàn)線(xiàn)路模式里面的轉變將會(huì )變得更難控制。“這演示的是一個(gè)偉大的技術(shù)，但在現實(shí)世界里面，但我不知道部署好之后它怎么才能發(fā)揮出來(lái)一樣的效果。”Kaul補充說(shuō)道。

　　TI的Flanagan說(shuō)：“好消息就是這些陣列可以使用更小尺寸、更低價(jià)的功率放大器，這會(huì )減小屋頂的電子密集程度。最終，一些運營(yíng)商會(huì )采用天線(xiàn)陣列和小型蜂窩混合的解決方案。”

　　“無(wú)論怎么說(shuō)，基站和天線(xiàn)從3G到LTE的發(fā)展方向促使蜂窩網(wǎng)絡(luò )的回程部分的數據速率由千兆位向萬(wàn)兆位轉變。”PMC-Sierra移動(dòng)和寬頻部門(mén)的市場(chǎng)部副總裁Robert O’Dell如是說(shuō)。

　　Cavium說(shuō)：“縱觀(guān)全球，運營(yíng)商們應用至少六種不同的的光纖和無(wú)線(xiàn)去連接基站線(xiàn)路回程到中心機房。 Cavium盡力去維持與每個(gè)技術(shù)領(lǐng)域芯片制造商之間的聯(lián)系去幫助他們在回程系統的設計里面獲得成功。”

　　無(wú)線(xiàn)選擇的工作范圍覆蓋從工作在6GHZ頻段的近視距解決方案到極高頻領(lǐng)域的詩(shī)句連接。在某些情況下，運營(yíng)商甚至會(huì )用WIFI這種低成本的方案去滿(mǎn)足其擴展網(wǎng)絡(luò )的需求。

　　IIyadis說(shuō)：“從小型蜂窩的分布式網(wǎng)絡(luò )中找到一種經(jīng)濟的回程方案是非常困難的。”

在移動(dòng)世界大會(huì )，諾基亞西門(mén)子通信展示其主動(dòng)的波束天線(xiàn)，將其吹捧為小型蜂窩的替代品

　　在移動(dòng)世界大會(huì )，諾基亞西門(mén)子通信展示其主動(dòng)的波束天線(xiàn)，將其吹捧為小型蜂窩的替代品。

補充：中國和英特爾能否定義移動(dòng)基礎設施？

　　即使有小型、微型和家用基站的出現。一些學(xué)派仍然認為有些基站會(huì )變得更大，架構裝配也如PC一樣簡(jiǎn)單。

　　中國移動(dòng)現在正在計劃用一個(gè)相當于一個(gè)小型數據中心的X86架構的服務(wù)器區取代大部分的基站。Intel，IBM，華為和中興已經(jīng)在云無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入的概念驗證設計方面有了合作。Intel已經(jīng)在研發(fā)配對其自家Xeon服務(wù)器芯片的下一代SOC，這能夠處理基站的的大部分DSP功能。

　　中國移動(dòng)研究所的總經(jīng)理BILL HUANG說(shuō)：“如果要把云無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入投入商業(yè)領(lǐng)域還需要幾年的時(shí)間，而將他們廣泛使用則需要上十年的時(shí)間。”中國移動(dòng)是世界上最大的運營(yíng)商，它們擁有6.5億的用戶(hù)。

　　HUANG承認云無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入需要大量的回程管道。中國擁有異常龐大的光纖將偏遠的天線(xiàn)連接到數據中心。但這需要一軍隊的機器人去安裝足夠的光纖以滿(mǎn)足全國的實(shí)際應用個(gè)。Huang開(kāi)玩笑道。

　　然而，支持者們已經(jīng)研發(fā)出了演示系統，執行現場(chǎng)測試和計劃在2013年中將其商業(yè)產(chǎn)品投入市場(chǎng)。“很明顯這不是一個(gè)技術(shù)很完善的產(chǎn)品，但我們用現代處理器去展示其潛力，這是可行的。”Huang如此說(shuō)。

　　相對于目前分散的3G網(wǎng)絡(luò )，如此集中的系統理論上可以減少15%的投資費用、50%的生產(chǎn)費用和70%的電源損耗。中國的幾個(gè)城市已經(jīng)對這個(gè)系統實(shí)施試運行。有些已經(jīng)朝著(zhù)更集中化的蜂窩網(wǎng)絡(luò )發(fā)展，但這并不包含云無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入的概念。

　　云無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入的在小型基站方面有很大的上升潛力，透過(guò)它可以擴大蜂窩覆蓋的成本效益，尤其是相對于最新的LTE網(wǎng)絡(luò )的城市范圍覆蓋。

　　Huang說(shuō)：“我的觀(guān)點(diǎn)是小基站將會(huì )越來(lái)越小，而大基站則會(huì )越來(lái)越大。以后的世界就是一個(gè)基站可以處理上萬(wàn)個(gè)收發(fā)，而另一個(gè)則是一個(gè)單芯的基站SOC。”

我的觀(guān)點(diǎn)是小基站將會(huì )越來(lái)越小，而大基站則會(huì )越來(lái)越大。以后的世界就是一個(gè)基站可以處理上萬(wàn)個(gè)收發(fā)，而另一個(gè)則是一個(gè)單芯的基站SOC

　　實(shí)際上，人們對蜂窩和WIFI的混合應用期待已久。Huang說(shuō)他早與硅晶片供應商合作去鼓勵廠(chǎng)家去設計蜂窩和WIFI芯片套裝，這個(gè)套裝也應該服務(wù)于手持設備和小型蜂窩基站。他認為當前蜂窩站點(diǎn)迫切需求需要被緩和，因此我們可以用手持設備芯片去建造。

　　“中國和Huang在驅動(dòng)大型移動(dòng)創(chuàng )造方面實(shí)際上有了展示業(yè)績(jì)記錄。”Marvell移動(dòng)研發(fā)部門(mén)的副總裁Ivan Lee強調。“這就使建造大基站去減少其數量的安裝講得通了，現在這就快失控了。”

　　在Marvell，LEE也提到Huang在中國移動(dòng)搞出來(lái)的杰出創(chuàng )造TD-SCAMA。“我們從零開(kāi)始，但我們現在是排名第一的智能手機TS-SCDMA芯片供應商，占領(lǐng)80%的市場(chǎng)份額。“lee強調。

　　Marvell在其下一代手持設備芯片與其客戶(hù)廣泛合作，這款芯片是LTE的時(shí)分復用版本，是緊跟著(zhù)TD-SCDMA而產(chǎn)生的，LEE認為T(mén)D-SCDMA的商業(yè)價(jià)值目前來(lái)說(shuō)還是未知之數。

　　但是TD-SCDMA的用戶(hù)量在這一年會(huì )明顯增長(cháng)，中國擁有世界上最多的智能手機用戶(hù)。LEE說(shuō)。他補充道到年末，中國移動(dòng)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò )規模會(huì )超過(guò)其中國內應用西方GSM和CDMA標準的主要競爭對手。

　　與此同時(shí)，Intel計劃在下一年發(fā)布一個(gè)應用在其Xeon服務(wù)器上的系統處理器，這回幫助Xeon處理DSP任務(wù)，應用得像一個(gè)基站。“我們將來(lái)也許會(huì )看到Intel在基站套裝與飛思卡爾和TI展開(kāi)競爭。”ABI研究說(shuō)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)主管說(shuō)道。

　　博通的Nick IIyadis說(shuō)道：“Intel已經(jīng)開(kāi)始擴大其市場(chǎng)份額，他們是一個(gè)財大氣粗的強勁對手。”博通聲稱(chēng)他們再在計劃他們自身的基站SOC。

　　但Tom Flangan認為對于“云無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入理論”，Intel希望透過(guò)次進(jìn)入基站領(lǐng)域。例如，光纖回程的需求對大部分運營(yíng)商是毫無(wú)意思的。

　　Intel的XEON處理器有著(zhù)不可忽略的問(wèn)題，相對于TI和飛思卡爾等公司，他們在提高電源效率方面還有一段很長(cháng)的路要走。我們添加了很多特別的功能，例如專(zhuān)用硬件的無(wú)線(xiàn)電處理，這甚至不會(huì )在DSP中編程。”——Rick Merritt