鄧也 董鑫 王李勇

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)計院有限公司安徽分公司 合肥 230031）

1 背景

隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，基站技術(shù)正經(jīng)歷著由模擬向數(shù)字，從窄帶到寬帶，并向著標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的趨勢演進(jìn)。

相對傳統(tǒng)的2G基站一體化建設(shè)方式，TD-SCDMA提出了分布式基站的概念，實現(xiàn)方式分別有基帶拉遠(yuǎn)、中頻拉遠(yuǎn)和射頻拉遠(yuǎn)，通過“BBU（基帶單位）＋RRU（射頻單元）”的方式建設(shè)基站，中間通過光纖等方式連接。

現(xiàn)網(wǎng)中TD-SCDMA分布式基站的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基帶單元(BBU)主要用來完成Uu接口的基帶處理功能（編碼、復(fù)用、調(diào)制和擴(kuò)頻等）、RNC的Iub接口功能、信令處理、本地和遠(yuǎn)程操作維護(hù)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。

圖1 分布式基站結(jié)構(gòu)

射頻拉遠(yuǎn)單元(RRU)分為4個大模塊：中頻模塊、收發(fā)信機(jī)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(jī)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)議支持兩種傳輸線速率：1228.8Mbit/s下最多支持24個天線載波（A×C），2457.6Mbit/s下最多支持48個天線載波。

2 TD-SCDMA分布式基站在網(wǎng)絡(luò)部署中的特點

2.1 降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運維成本

相對于傳統(tǒng)的宏基站，分布式基站解決了多饋線的問題，大大降低了工程施工難度，節(jié)約了施工時間。根據(jù)歐洲運營商的經(jīng)驗，如果全網(wǎng)采用分布式基站，可以節(jié)約成本30%左右。

2.2 降低了機(jī)房、站址的要求

傳統(tǒng)的建網(wǎng)方式，由于存在饋線損耗，機(jī)房和塔頂天線要求比較嚴(yán)格，運營商不得不花費大量時間和費用在機(jī)房的租用方面，而且大量理想站點機(jī)房因為要遠(yuǎn)離住宅而無法獲得，拖延了網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)速度。分布式采用光纖傳輸，線纜少，損耗低，基帶處理單元（BBU）可以集中放置在可獲得的中心機(jī)房中，或者樓道、電梯間以及地下室內(nèi)，大大降低了對機(jī)房面積和位置的要求。

2.3 節(jié)能減排

分布式基站采用高效率功放，減少了空調(diào)等其他配套設(shè)施的功耗，連接兩端的接口采用光纖，損耗小，可大幅度降低電力消耗。

2.4 共享資源調(diào)度和調(diào)配

分布式基站將繁瑣的維護(hù)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(yuǎn)處理單元，實現(xiàn)RRU之間的資源調(diào)度和調(diào)配，節(jié)省了成本，同時也提高了組網(wǎng)的效率。

2.5 降低廠家研發(fā)成本

基站內(nèi)部Ir接口的標(biāo)準(zhǔn)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，同時可以實現(xiàn)多個廠家設(shè)備的互通互聯(lián)，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。

3 TD-SCDMA基站工程建設(shè)模式

3.1 2G/3G站點共址

在原有2G基站機(jī)房內(nèi)新增TD綜合柜、BBU單元、直流供電單元。天面部分主要新增智能天線、RRU、防雷器、GPS天線等。

3.2 新建TD-SCDMA站點

除了以上部分的工作量以外，還包括機(jī)房改造、裝修、工藝、市電引入、開關(guān)電源、傳輸設(shè)備、傳輸線路、機(jī)房監(jiān)控、等等部分的工作量。

以上二類TD-SCDMA站點都存在著工作量大、實施復(fù)雜、工期長的不利因素。為此，我們采用分布式基站的演進(jìn)方式。

4 TD—SCDMA基站演進(jìn)方式

由于分布式基站存在基帶拉遠(yuǎn)模式，理論上可以實現(xiàn)40km距離的拉遠(yuǎn)。這樣就出現(xiàn)了一個基站池的概念，即將基站的載波單元集中放置在一個機(jī)房，遠(yuǎn)端通過“光纖＋RRU”的方式覆蓋，采用基帶拉遠(yuǎn)的方式，40km的距離足夠遠(yuǎn)，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(jī)房內(nèi)，通過光纖與規(guī)劃站點上部署的射頻拉遠(yuǎn)單元進(jìn)行連接，完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

下面分成中小城市和大城市二種場景分別介紹基站池的工程模型。

中小城市由于城區(qū)范圍較小，可以考慮在市局節(jié)點新增基站池（BBU池），遠(yuǎn)端側(cè)天面新上RRU、智能天線。RRU側(cè)收集到的無線信號通過城域傳輸網(wǎng)系統(tǒng)傳輸?shù)紹BU池側(cè)，再通過城域傳輸網(wǎng)傳送到RNC側(cè)。詳見圖2。

圖2 中小城市BBU池實施方案

大城市由于城區(qū)范圍較大，由于城區(qū)匯聚點的地理位置一般在基站密集區(qū)域的中心，結(jié)合現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)的匯聚點機(jī)房，可以考慮在城區(qū)匯聚點內(nèi)新增基站池，形成一個基站池覆蓋一片城區(qū)的概念，基站池到RRU之間和基站池到RNC之間傳輸仍然可以通過城域傳輸網(wǎng)實現(xiàn)。詳見圖3。

對于一些偏遠(yuǎn)地帶的TD-SCDMA基站，可以考慮保持原有2G與3G基站共址的模式，利用原有2G機(jī)房、天面，新增BBU、RRU、天線等。

這種方式的優(yōu)點顯而易見，遠(yuǎn)端只需要租用天面，基站放置在集中機(jī)房內(nèi)，基站建設(shè)的成本和難度大大降低；除RRU外的基站設(shè)備都集中，這樣需維護(hù)的點大大減少，維護(hù)成本降低；集中的基站設(shè)備共享機(jī)房、空調(diào)、電池、電源等配套設(shè)備，這樣房租、用電、機(jī)房及配套設(shè)施的投資都極大的降低。

圖3 大型城市BBU池實施方案

但同時也帶來一定的問題，如現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中RRU同BBU之間的連接采用點對點光纖連接，接口不支持E1等標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣就無法實現(xiàn)雙路由等方式進(jìn)行保障，而且組網(wǎng)方式只能是星形結(jié)構(gòu)，是所有組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中需要鋪設(shè)的光纖距離最長的，需要的纖芯數(shù)也最大。BBU池的引入使BBU與RRU間網(wǎng)絡(luò)化組網(wǎng)將主要基于SDH或IP的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行，實現(xiàn)BBU和RRU間更加靈活的連接，這樣BBU可以連接更多數(shù)量的RRU，從而提高BBU處基帶資源的利用率，更好的發(fā)揮基帶池的功能；同時，由于BBU的集中放置則可以更好的實現(xiàn)對站址資源的節(jié)約。

5 TD-SCDMA基站演進(jìn)可行性探討

BBU和RRU間通過傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)、光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)能否滿足BBU與RRU間數(shù)據(jù)傳輸要求，主要面臨3個問題：

現(xiàn)有光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)能否滿足BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捯螅?/p>

現(xiàn)有光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)能否滿足BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延要求；

現(xiàn)有光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)能否滿足RRU和BBU間時鐘傳輸要求。

5.1 BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捯?/h3>

LTE系統(tǒng)在采用20Mbit/s帶寬的情況下采樣速率為30.72Mbit/s，此時在2×2 MIMO情況下BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸帶寬為：30.72Mbit/s（采樣速率）×16（采樣精度）×2（I/Q兩路）×2（天線數(shù))＝1966.08Mbit/s；3扇區(qū)容量配置下的BBU和RRU間總數(shù)據(jù)傳輸帶寬為：1966.08Mbit/s×3＝5898.24Mbit/s。在采用4×4 MIMO的情況下，接口速率將加倍。

對于10Gbit/s的SDH光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，考慮80%編碼效率，有效傳輸帶寬為8G，此時僅可以支持1個3扇區(qū)配置的BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求。對于4×4 MIMO的應(yīng)用情況下，需要40Gbit/s的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)才能夠滿足BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捯蟆?/p>

可見，LTE系統(tǒng)中要實現(xiàn)BBU和多個RRU間的網(wǎng)絡(luò)化組網(wǎng)連接將占用大量的傳輸帶寬，目前的傳輸接入網(wǎng)傳輸帶寬難以滿足。

解決傳輸帶寬的最終方法就是盡量降低RRU和BBU間接口帶寬。對于LTE系統(tǒng)降低接口帶寬方法可采用降低采樣精度和降低需要傳輸數(shù)據(jù)的天線通道個數(shù)。目前LTE系統(tǒng)中在不影響系統(tǒng)性能的前提下上述兩種方法都是不可行的。因此，目前很難實現(xiàn)傳輸帶寬的降低。

5.2 BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸時延要求

BBU和RRU間通過網(wǎng)絡(luò)傳輸引入的時延將對基站的上行接收和下行發(fā)射產(chǎn)生影響。上行主要影響接收的接入性能和解調(diào)算法，下行則會影響信號的覆蓋距離；對于TD-LTE系統(tǒng)，BBU和RRU間不同的傳輸時延還會影響不同基站間的空口同步。

SDH網(wǎng)絡(luò)的傳輸時延主要為光纖傳輸時延和SDH交叉復(fù)用設(shè)備的處理時延，傳輸時延相對固定，在盡量減少環(huán)路中交叉復(fù)用設(shè)備數(shù)量的情況下，可基本滿足BBU和RRU間對傳輸時延的要求。

IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸時延相比SDH網(wǎng)絡(luò)具有較大的不確定性，容易受到網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷變化的影響。由于IP網(wǎng)絡(luò)時延的不確定性，將為LTE BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸帶來一定的不確定性，因此在采用IP網(wǎng)絡(luò)傳輸BBU和RRU間數(shù)據(jù)時，要使IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離盡可能小并且IP網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷盡可能輕。

城域波分無源光網(wǎng)絡(luò)類似SDH網(wǎng)絡(luò)具有較小的時延，且時延相對固定，可基本滿足BBU和RRU間對傳輸時延的要求。對于TD-LTE系統(tǒng)，BBU和RRU可通過采用GPS或基于IEEE 1588的有線時間同步來保證RRU和BBU之間的上下行傳輸同步。下行方向，RRU和BBU根據(jù)GPS或基于IEEE 1588的有線時間同步定時約定下行發(fā)送時間，BBU根據(jù)傳輸延時及抖動情況可留出較多的提前量來保證下行的發(fā)射；上行方向，BBU側(cè)可通過一定深度的緩沖器（buffer）來進(jìn)行數(shù)據(jù)的緩存，從而保證對上行數(shù)據(jù)的正確接收。

5.3 BBU和RRU間時鐘傳輸要求

BBU和RRU間時鐘傳輸?shù)闹饕笫潜ＷCRRU中載波頻率的長期穩(wěn)定度至少滿足0.05ppm，即滿足5×10-8s的時鐘精度要求。

LTE系統(tǒng)中RRU將主要采用穩(wěn)定度較高的時鐘晶振來實現(xiàn)，可滿足時鐘短時間穩(wěn)定度要求；通過對SDH網(wǎng)絡(luò)采用相應(yīng)的再定時方法，讓RRU中的時鐘頻率長時間同步到SDH網(wǎng)絡(luò)的BITS時鐘系統(tǒng)，可基本滿足RRU時鐘長時間穩(wěn)定度要求。

在采用IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸時，由于IP網(wǎng)絡(luò)為異步網(wǎng)絡(luò)，目前網(wǎng)絡(luò)無法保證高穩(wěn)定度時鐘的傳輸，需要將IP網(wǎng)絡(luò)升級支持Sync Ethernet來保證BBU和RRU間的時鐘穩(wěn)定傳輸需求。

LTE系統(tǒng)中RRU采用基于GPS或基于IEEE 1588的有線時間同步時，輔以本地高穩(wěn)晶振可實現(xiàn)較長期、高穩(wěn)定度的時鐘輸出，以滿足時鐘短期和長期的精度要求。這種情況下RRU中時鐘穩(wěn)定度可以不依賴傳輸網(wǎng)絡(luò)中的時鐘穩(wěn)定度。

基于城域波分系統(tǒng)的BBU和RRU間網(wǎng)絡(luò)化組網(wǎng)。

在LTE系統(tǒng)中RRU采用GPS或基于IEEE 1588的有線時間同步的情況下，BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕y度是高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。通過分析可知，目前10Gbit/s的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)僅可支持1個3扇區(qū)配置的LTE BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸帶寬要求。對于傳輸帶寬在10Gbit/s以上的數(shù)據(jù)傳輸，需要引入城域波分技術(shù)來實現(xiàn)。相比SDH，城域波分傳輸網(wǎng)絡(luò)更具成本上的優(yōu)勢。

6 總結(jié)

通過以上分析可知，目前工程中暫時無法實現(xiàn)TDSCDMA基站池的建設(shè)，但是后期隨著城域波分設(shè)備的普及和成本降低，也不排除采用城域波分傳輸網(wǎng)絡(luò)作為BBU和RRU間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目赡苄?。另外，我們將進(jìn)一步研究基站系統(tǒng)設(shè)計方式，以降低BBU和RRU間的數(shù)據(jù)傳輸速率，實現(xiàn)BBU和RRU間數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化傳輸。