金 劍

（中國(guó)鐵塔股份有限公司湘潭市分公司，湖南 湘潭 411100）

經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)階段無(wú)線通信業(yè)務(wù)中，流量業(yè)務(wù)有80%以上發(fā)生在室內(nèi)環(huán)境中，但是這部分流量業(yè)務(wù)的75%都是由室外基站來(lái)承擔(dān)。5G通信的傳輸頻段遠(yuǎn)高于現(xiàn)有頻段，其網(wǎng)絡(luò)部署在C-band或者是毫米級(jí)波頻段，室外基站的信號(hào)覆蓋深度，無(wú)法滿足室內(nèi)通信在無(wú)線業(yè)務(wù)中容量、覆蓋和網(wǎng)絡(luò)的需求，因此，開(kāi)放平臺(tái)小基站建設(shè)是5G通信時(shí)代的必然選擇。

1 現(xiàn)有基站天線分布系統(tǒng)

現(xiàn)有的基站天線系統(tǒng)是由饋線、耦合器、功分器、吸頂天線等組成的無(wú)源分布式天線系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在5G通信環(huán)境下，如果采用無(wú)源分布天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其信號(hào)的損耗在室外達(dá)到4 db，在室內(nèi)可以達(dá)到3～6 db，其鏈路總損耗差異達(dá)到7～10 db。因此，無(wú)源分布式天線不能滿足5G通信的頻段，對(duì)現(xiàn)有基站系統(tǒng)的5G改造也面臨著成本高、損耗大、實(shí)施難、技術(shù)可行性低的囧境；同時(shí)，無(wú)源分布式系統(tǒng)的管理無(wú)法實(shí)現(xiàn)可視化，在面對(duì)系統(tǒng)故障的時(shí)候，只能采用人工排查手段對(duì)線路進(jìn)行問(wèn)題查找，使其運(yùn)行維護(hù)成本居高不下，工作效率也比較低。

5G通信基站如果采用現(xiàn)有基站的模式，啟用大規(guī)模MIMO，其建設(shè)成本投入相當(dāng)巨大。64TR的基站建設(shè)成本是現(xiàn)有通信基站的5倍，采用4T4R分布式基站，成本是也是現(xiàn)有基站建設(shè)的2倍以上，并且5G通信基站的功耗也是現(xiàn)有基站功耗的5倍以上。這就要求基站蓄電池、機(jī)柜以及供電線路等相關(guān)設(shè)施都要改造和加大投入，導(dǎo)致5G通信的全面部署面臨極大的資金投入，后期電力成本也急劇攀升。

2 開(kāi)放平臺(tái)小基站建設(shè)

5G通信具有時(shí)延低、速率高、連接網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的特點(diǎn)并且5G通信網(wǎng)絡(luò)可以支持高精度的定位和邊緣化計(jì)算等新能力，5G時(shí)代將是實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)新時(shí)代。這也使得支撐5G通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)需求面臨著新的挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)設(shè)施及其技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足5G通信新時(shí)代的要求。

隨著5G通信投入運(yùn)營(yíng)所面對(duì)的技術(shù)問(wèn)題，新的理論也不斷地被提出。其中，開(kāi)放和解耦的新入網(wǎng)方式便是其中的一種，其理論是以接口開(kāi)放化、軟硬件同時(shí)解耦合接入網(wǎng)絡(luò)智能化為理念，利用現(xiàn)有AI技術(shù)，進(jìn)一步提升5G通信網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，為通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了全新的機(jī)會(huì)，從而催生了基于5G通信時(shí)代的開(kāi)放平臺(tái)小基站技術(shù)。

2.1 5G通信開(kāi)放平臺(tái)小基站的組成及功能

開(kāi)放平臺(tái)小基站的主機(jī)是基于X86開(kāi)放平臺(tái)設(shè)計(jì)，設(shè)備接入容量大，兼容性高，可以滿足不同環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與覆蓋，運(yùn)用軟硬件解耦方式，可以深度融合通信行業(yè)中的各種應(yīng)用。開(kāi)放平臺(tái)小基站的設(shè)備結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 開(kāi)放平臺(tái)小基站的設(shè)備結(jié)構(gòu)組成

開(kāi)放平臺(tái)小基站分別由3部分組成：遠(yuǎn)端覆蓋單元、擴(kuò)展單元和接入單元。其中，遠(yuǎn)端覆蓋單元具備微功率射頻收發(fā)，用以實(shí)現(xiàn)5G通信信號(hào)的分布式覆蓋；擴(kuò)展單元主要是實(shí)現(xiàn)頻率可覆蓋區(qū)域內(nèi)的上下行信號(hào)交換和通信數(shù)據(jù)的分發(fā)與匯聚，同時(shí)為遠(yuǎn)端覆蓋單元提供電力支持；接入單元完成基帶部分的信號(hào)處理以及上下行信令的交互。

2.2 遠(yuǎn)端覆蓋單元

開(kāi)放平臺(tái)小基站的遠(yuǎn)端覆蓋單元由4個(gè)模塊組成，分別是供電與外圍電路模塊、傳輸接口模塊、CPU控制模塊以及收發(fā)模塊。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)端覆蓋單元模塊組成

其中，供電與外圍電路模塊的主要功能是為遠(yuǎn)端覆蓋單元提供電力接入以及保障其他系統(tǒng)運(yùn)行的外圍電路；傳輸接口的主要功能是提供各擴(kuò)展單元的信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸以及對(duì)所有遠(yuǎn)端覆蓋單元的時(shí)鐘同步；CPU控制模塊由MCU芯片組成，為遠(yuǎn)端覆蓋單元的核心部分，提供系統(tǒng)功能加載、維護(hù)操作、完成系統(tǒng)指令等功能；收發(fā)模塊主要功能是完成模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，同時(shí)具有5G通信射頻信號(hào)的接收和發(fā)送功能，并且能做到對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行功率放大，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行降噪。

2.3 擴(kuò)展單元

開(kāi)放平臺(tái)小基站擴(kuò)展單元由3個(gè)模塊組成，分別是供電與外圍電力模塊、信號(hào)匯集與分發(fā)模塊以及CPU處理模塊，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 擴(kuò)展單元模塊組成

其中，外圍電路模塊為擴(kuò)展單元和遠(yuǎn)端覆蓋單元提供電力支持，同時(shí)為維持?jǐn)U展單元運(yùn)行的其他功能提供外圍電路；匯集與分發(fā)模塊作為中間模塊，主要功能是實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯集，并提供單元邏輯控制功能，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與遠(yuǎn)端覆蓋單元的邏輯同步以及時(shí)鐘同步；CPU控制模塊作為單元核心，為擴(kuò)展單元提供數(shù)據(jù)流程管理，并為單元系統(tǒng)管理維護(hù)提供可操作功能。

2.4 接入單元

開(kāi)放平臺(tái)小基站接入單元由2部分組成，分別是基于X86的服務(wù)器和FPGA板卡；接入單元是開(kāi)放平臺(tái)小基站與5G通信核心網(wǎng)絡(luò)的連接端，其基于X86的服務(wù)器，可以根據(jù)平臺(tái)的容量要求完成配置，并且實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議和部分物理功能，并且可以與管理系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程系統(tǒng)設(shè)備管理；FPGA板卡可以實(shí)現(xiàn)比特級(jí)信號(hào)加速，同時(shí)為整個(gè)小基站提供邏輯控制以及時(shí)鐘同步。其組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 接入單元組成

3 開(kāi)放平臺(tái)小基站的功能優(yōu)勢(shì)

開(kāi)放平臺(tái)小基站概念的提出，滿足了5G通信時(shí)代新技術(shù)的新要求，通過(guò)軟硬解耦的方式，提供了高效率、低延時(shí)、大帶寬的通信信號(hào)傳輸方式，為實(shí)現(xiàn)5G時(shí)代的萬(wàn)物互聯(lián)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，其功能的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

降低基站建設(shè)成本：采用三級(jí)構(gòu)架的靈活配置，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景需求和業(yè)務(wù)量配置遠(yuǎn)端單元數(shù)量，減少系統(tǒng)冗余，降低建設(shè)成本。

基于X86處理器平臺(tái)：X86處理器作為核心服務(wù)器的處理器，其平臺(tái)必然是開(kāi)放的，在提供高帶寬，低功耗的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，可以通過(guò)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的設(shè)備管理軟件，滿足不同的設(shè)備管理需求。不僅改變現(xiàn)有的基站設(shè)備人工管理模式，同時(shí)可以在應(yīng)用端根據(jù)應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)多功能同步服務(wù)。

小型化系統(tǒng)構(gòu)架：遠(yuǎn)端覆蓋單元將天線集成，整個(gè)設(shè)備小巧輕便，安裝簡(jiǎn)易，施工部署方便、美觀、快捷，各系統(tǒng)單元間采用復(fù)合光纖連接供電，既能快速高效完成數(shù)據(jù)傳輸，也減少了普通通信基站過(guò)大的電能消耗。

4 結(jié)語(yǔ)

5G通信時(shí)代的到來(lái)，給通信行業(yè)帶來(lái)的不僅是挑戰(zhàn)，同時(shí)也帶來(lái)了更大的市場(chǎng)和機(jī)遇。在5G通信基站的建設(shè)領(lǐng)域，由于其特殊性，現(xiàn)有的硬件系統(tǒng)布局已不能體現(xiàn)5G通信的優(yōu)勢(shì)。無(wú)源分布式天線基站不論是從系統(tǒng)功能上還是經(jīng)濟(jì)效益上，都不能與5G通信完美結(jié)合。因此，必須將基站建設(shè)的靈活性和前瞻性融入整個(gè)基站的建設(shè)考慮當(dāng)中，面向室內(nèi)的有源基站成為當(dāng)下最好的選擇。雖然其技術(shù)成熟度并不完善，一部分設(shè)備仍然處于研究階段，但開(kāi)放平臺(tái)小基站概念的提出，對(duì)于5G通信的應(yīng)用，依然具有劃時(shí)代的意義。