無線通信系統中的軟基站技術

4 傳輸

近年來接入網與傳輸網的融合呈現出加速的趨勢，三層路由協議以及以太網管理協議在基站側的需求逐步增加。接入設備在無線網絡云中越來越多地承擔了傳輸接口承載、協議終結、路由轉換、內部節點管理、甚至多節點網絡管理的作用。近年來，更是涌現了自發現，自配置等智能化相關的綜合性技術。

隨著數據業務的快速增長和網絡逐步開放，無線基站比以往承擔了更多的角色，不但要為終端用戶提供語音，數據服務，同時需要充當傳輸路由節點、匯聚節點，為多個站點提供傳輸服務。

為了應對復雜的傳輸組網和傳輸協議，軟基站需要具備如下能力：

(1) 內置多樣的傳輸能力?；静渴鸬膱龅赝芟拗?，同時需要適應局方已經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，無源光纖網絡(PON)，E1/T1，同步傳輸模塊1(STM-1)、以太網等多種傳輸介質，并能夠提供靈活的組網方式。同時，基站還需要支持在多種傳輸介質同時進行分路傳輸，如以太網和E1同時接入，以太網承載數據業務，E1承載語音業務。

(2) 采用標準化傳輸協議棧?；ヂ摼W工程任務組(IETF)等標準組織開放的網絡協議簇，獨立于網絡硬件環境提供了標準化的高層協議，能夠滿足基站多種制式并存、互聯互通的需求。從2002年起，中興通訊即開始研發全IP無線基站，實現了IP over E1和FE接入多業務傳送平臺彈性分組數據環技術(MSTP RPR)的過渡組網方式。對于逐步走向開放的網絡架構，軟基站需要更加注重傳輸管理和傳輸安全，提供Internet 協議安全性(IPSec)（數字證書管理，部署）和IPv6等解決方案，以及802.3ah等以太網管理協議。

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

(4) 接入網和傳輸網融合。隨著向4G的發展，基站從最初實現二層交換協議，逐步發展到實現三層路由協議以滿足日益復雜的組網需求。同時，基站不僅僅只作為傳輸葉節點，而是集路由管理節點和協議終結節點為一體，甚至部分代替多協議標簽交換(MPLS)邊緣路由器，降低整個網絡的部署成本。

5 軟基帶

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

經過FPGA、DSP技術，以及基帶處理實現技術多年的發展，通過更換軟件（包括現場可編程門陣列網表）、更換制式的軟基站已經不是天方夜譚。在FPGA中實現硬加速器，DSP陣列中實現復雜算法，并采用高速的SRIO交換平面實現DSP陣列、FPGA之間的互聯，就可以提供強大的基帶處理能力，實現多種制式的處理。軟基帶技術在各個制式應用主要的制約因素是實現成本。例如對于全球移動通訊系統(GSM)這樣成熟的、成本非常敏感的市場，對基帶處理能力要求不高，能夠承載長期演進(LTE)業務的基帶硬件應用于全球移動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，并實現靈活的資源擴展，也是亟待研究的課題。

隨著業務實現的固化，在成本壓力的驅動下設備廠商會從全軟基帶到半軟基帶、并向ASIC遷移，同時也就逐步失去了隨標準演進的能力和業務遷移的靈活性。

6 基帶射頻接口

基帶射頻接口標準中，由于實現簡單、實現經濟性好、帶寬利用率高等一系列優點，CPRI得到了廣泛的認可和應用。OBRI或歐洲電信標準化協會ETSI的ORI也借用了CPRI的底層定義。

CPRI規范分成兩個層次，如圖4所示。層一包括了物理層傳輸、I/Q數據的時分復用(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，沒有進行規范。協議二層劃分原理上是能夠承載多業務的，但是在層一進行過于細節的定義，其實并不利于實現多模式的軟基站。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，保證數據點到點傳輸的協議層，均能做到與制式無關。

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關，在傳輸過程中只考慮無制式AxC的傳輸，而不關心I/Q向AxC映射的方式、制式、采樣的信息等。只在無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犧牲一點承載效率，也可能會提高一些復雜度，但是從無線產品演進以及靈活性的角度看，這樣的代價還是非常值得的。

7 軟基站未來的趨勢

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

目前的軟基站硬件架構已基本能夠滿足多業務共存的需要。未來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、節能更環保幾個方向發展。

未來軟件技術將堅定地走向IP化、IT化。基站將走向開放標準?；窘尤腴_放的網絡后，未來的IP網絡安全性將受到更多的關注；未來軟基站將更多地提供智能化、分布式以及虛擬化的相關技術，通過此類技術靈活地組合基站功能，并逐步完成基站的負載均衡：

(1) SON等技術的橫空出世，對于基站的管理方式是一種革新。自發現、自下載、自配置，使接入網能夠便利地加入或刪除網絡節點，并能夠自動進行網絡優化。隨著未來幾年內標準的逐步完善，及在基站設備中的實現，軟基站的智能化能力將會大幅提高。

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

(3)虛擬化技術的應用，會進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化結構。各個功能業務能夠動態地分配到具有空閑處理能力的單板上，甚至對實現跨基站的分布式處理提供技術支撐，實現資源配置的優化并降低能耗，實現綠色基站。