TD分布式基站技术探讨

本文着重介绍了分布式基站的引入、概念内容、优势以及它现在存在的问题。对加快TD网络化进程，提高网络质量，实现室内外一体化覆盖有积极的参考意义。

关键词：基站  基带处理单元（BBU） 射频处理单元（RRU） TD-SCDMA

分布式基站结构的核心概念就是把传统宏基站基带处理单元（BBU）和射频处理单元（RRU）分离，二者通过光纤相连。在网络部署时，将基带处理单元与核心网、无线网络控制设备集中在机房内，通过光纤与规划站点上部署的射频拉远单元进行连接，完成网络覆盖，从而降低建设维护成本、提高效率。

一、 分布式基站对运营商的意义
    随着语音业务容量的增加和高速数据业务的开展，为了提供更大的语音容量和更高的数据带宽，大部分传统移动通信运营商面临着在已有2G网络上如何建设3G网络的问题。
已有2G网络的基站设备一般不具备直接升级支持3G业务的能力，因此，建设3G网络需要额外增加新的基站设备。如何为这些增加的基站设备选择站址并找到合适的安装空间，就是运营商面临的一个重要问题。对完全没有站址资源的新兴运营商而言，由于要进行全新的站址规划和选择，这个问题则更加突出。
据调查，大部分运营商都面临着站址选择困难和机房空间紧张的问题。无论是与其他移动通信系统共站还是新建，在城市里符合要求的可用机房储备都非常有限。如何尽量节省安装空间，灵活地适应各种不同的安装场景，是对3G基站设备提出的重要需求。同时，环保意识逐渐深入人心，人们对电磁辐射的问题越来越重视，寻找天面的工作也越来越困难。
因此，如何降低机房和天面要求，减少配套投资将是网络建设中各界关注的焦点。根据中国移动TD-SCDMA一期建网的基站数目和每平方公里基站数来推算，TD要实现良好的网络覆盖，其基站总数将超过2G基站数。不仅数量庞大，还由于共站址等方面的约束，3G站址的选择和获取难度之大超出想象。有关资料显示，中国移动在其TD-SCDMA网络的建设中80%采用了分布式基站，在很大程度上化解了这一尖锐矛盾。
    从业务发展形式上看，数据业务将是3G的特征业务，而且数据业务占用的带宽是话音业务的几十甚至上百倍。3G为终端用户提供了许多新的业务，包括视频电话、视频流、游戏、MMS、E-mail、Web等，相比室外用户而言，室内静止用户更有可能使用3G丰富多彩的数据业务，这些新业务更容易在室内应用，因此室内热点地区需要的系统容量可能是室外的上百倍。这就要求覆盖方案更加灵活多样，以适应3G业务的发展。对新兴业务，由于发射功率大、网络密度大，运营商利用分布式基站可以为对带宽需求较大的数据业务提供更好的硬件平台。随着中国3G网络建设进入高速发展期，运营商对其网络快速、灵活、低成本部署的要求，也使得移动分布式基站作为一种新的基站模式逐渐成为建网的趋势和主流。
目前建设3G网络还有一个制式选择的问题，目前国际主流的3G制式有3种（CDMA2000/WCDMA/TD-SCDMA），每一种3G制式又有不同的阶段版本（如：CDMA2000的EV-DO Rel.0/Rev.A/Rev.B）。对3G的制式，大部分运营商已经有了明确的选择，但对于3G向未来4G（UMB/LTE/WIMAX）的演进路线以及演进的中间版本（如EV-DO Rev.B），仍处于观望之中。在这种情况下，运营商投资建设3G网络就需要考虑这个网络将来如何演进的问题，希望一旦确定后续的4G路线，能够以最小的代价把3G网络升级为4G网络，而不用完全重新建设。这就要求现有3G网络的基站设备具备升级支持运营商选定的4G制式的能力，从而可以更好地保护运营商在现有3G网络上的投资。LTE属于后3G的发展演进方向，其成熟还需要一定的时间。在考虑现有网络向LTE演进时，对BBU/RRU的要求主要侧重于对运营商硬件投资的保护，尽可能的做到平台共享。目前业界的主流方式是通过SDR(软件无线电)技术及通用硬件平台，以在现有2G/3G设备上安装LTE软件模块的方式，平滑演进到LTE。采用分布式基站技术将有利于运营商在移动通信技术演进过程中充分保护已有投资。

二、TD分布式基站的概念、内容              
分布式基站把传统的宏基站设备按照功能划分为两个功能模块，其中把基站的基带、主控、传输、时钟等功能集成在一个称为基带单元BBU (Base Band Unit)的模块上，基带单元体积小、安装位置非常灵活；把收发信机、功放等中射频集成在另外一个称为远端射频模块上，射频单元RRU (Remote Radio Unit)安装在天线端。射频单元与基带单元之间通过光纤连接，形成全新的分布式基站解决方案。
以TD-SCDMA为例，传统方式的基站在Node B和智能天线间需用多根电缆连接。电缆成本很高，传输损耗大、距离短，且电缆本身笨重，特别是在楼宇内部，施工困难，如图1所示。分布式基站方案是一种无机房或机房位置不理想的情况下，经济快速的无线网络建设方案，受到全球设备商巨头爱立信、诺基亚的效仿，获得全球著名移动运营商Vodafone、Orange等的规模应用。分布式基站最早出现在3G的另外两种制式——WCDMA和CDMA2000中，但是真正将其发扬光大的却是TD。由于TD基站采用智能天线技术，对路径的功率衰减更敏感，所以TD基站非常适合分布式架构，TD分布式基站的构成如图2所示。
                       
                          图1 TD-SCDMA传统式基站构成

                          图2 TD-SCDMA分布式基站构成
在分布式基站的构成中，BBU是一种基带处理设备，主要完成Uu接口的基带处理功能（编码、复用、调制和扩频等）、RNC的Iub接口功能、信令处理、本地和远程操作维护功能，以及Node B系统的工作状态监控和告警信息上报功能。其中所有基带功能单元作为一个基带池，通过配置，每个基带处理模块可以处理不同载扇的数据。在容量需求较大的地区，只通过在BBU增加基带板即可实现容量的增加。这样，一方面可以降低成本，另一方面可以为组网提供充分的灵活性，解决3G网络容量差异大的问题。
　　射频拉远单元(RRU)分为4个大模块：中频模块、收发信机模块、功放和滤波模块。数字中频模块用于光传输的调制解调、数字上下变频、A/D转换等；收发信机模块完成中频信号到射频信号的变换；再经过功放和滤波模块，将射频信号通过天线口发射出去。
　　BBU和RRU之间按照Ir接口协议通过光纤连接，完成基带数据的传输。Ir接口协议支持星型连接、链形连接和环形连接等网络拓扑结构，使BBU+RRU更能灵活地组网。Ir接口定义了层一和层二协议来支持用户层的数据传输，BBU和RRU单元间同步等控制信息的发送和接收。
 在TD-SCDMA分布式基站工作中，RRU上行链路将接收到的BBU的基带信号进行成形滤波、削峰、数字预失真等处理后变频到中频，然后通过模拟方式进一步变频到射频，通过功放后发射；RRU的下行链路则将接收的终端信号经过选频放大后变频到中频和基带，再通过光接口传给BBU。通过使用削峰等数字信号处理技术，大大提高了TD-SCDMA功放效率，可大幅度降低单机成本。同时，由于RRU体积小，重量轻，可以在室外安装，光纤可以直接铺设到塔顶，由机房到天面的连接由1根光缆代替了原来的28根馈线，施工更加简便、快捷；机房选取不受限制，机房可以位于大楼的底层；光纤的铺设对机房及周边环境的影响也更小。因此，分布式基站的应用可以有效解决机房和天面选址困难以及网络建设难度大等问题。

三、分布式基站的优势
相对于传统宏基站，分布式基站具有下列明显的优势。
第一是提高了站址资源的有效利用率，降低了建设维护成本。鉴于现在的基站选址非常困难，如果用RRU，需要的空间比较小， RRU就可以拉到任何的地方，因此它是一个因地制宜、灵活部署的调配的方案。分布式基站BBU和RRU分离，室内的BBU设备只负责基带信号处理，没有射频器件特别是功放模块，因此具有体积小、重量轻、功耗低、易于安装等特点。在目前移动通信网建站选址越来越困难的状况下，分布式基站“0”机房占用的特点相比于宏基站，可以达到节省机房空间、降低网络建设成本、加快网络建设速度的目的。同时，分布式基站采用高效率功放,减少了空调等其它配套设施的功耗，具有节能减排的特点。连接两端的接口采用光纤,损耗小，也可大幅度降低电力消耗,在国家大力提倡节能减排的今天，这点显得尤为珍贵。根据欧洲运营商的估算，如果全网都采用这种基站，可以节省成本超过30%。
第二是提高了基站的覆盖能力、网络升级方便。传统宏基站的发射与接收都要使用馈线，馈线会给信号带来损耗，损耗的大小与馈线的型号和长度有关。而BBU和RRU之间使用光纤连接，几乎没有损耗，因此和宏基站相比分布式基站具有更高的接收灵敏度和天线端发射功率。在灵活地配置资源方面，由于分布式基站将繁琐的维护工作简化到了基带处理部分，一个基带处理单元可以以不同的方式连接多个射频拉远处理单元，实现RRU之间的资源调度和调配，既节省了成本，也提高了组网的效率，充分利用这个基站拉远，可以统筹基站资源，针对上班、下班出现潮涌或者是潮落的现象进行灵活的资源调配，实现了一个灵活的容量和覆盖的转换。采用分布式基站也满足了未来网络的IP化的需要。因为现在新型的移动通信的标准，其演化速度非常快，高速的演进必然带来基站升级的问题。分布式基站的模块化设计，功能丰富，而且系统扩容升级比较方便，符合移动通信网络面向未来的需要。
第三是基站建设工程实施便利。和宏基站相比，本地拉远的分布式基站用光纤传输基带信号代替馈线传输射频信号。以三扇区站为例，从机房到天面，铺设3根光纤的工程难度远远的小于铺设6根7/8英寸的馈线。尤其是在当前，考虑到城市景观等因素，越来越多的站点需要进行隐蔽和伪装，在这方面光纤较馈线的优势就更为显著。
第四是降低了厂家研发成本。由于分布式基站内部Ir接口的标准化，将使得众多第三方模块厂家可以同基站的数字接口互联，不但可以降低研发成本，同时也可以实现多个厂家设备的互通互联，既提高了通用性和灵活性，也降低了运营商的采购和组网成本。

四、目前制约TD分布式基站建设的问题
尽管分布式基站已经成为TD发展的一块基石，但是由于其商用才刚刚开始，后续需要解决的问题还有很多。
第一，分布式基站在射频单元故障时的维修、更换不如传统基站方便，一般只能直接更换，且是在室外天线场地操作。
第二，跟RRU室外物理性能相关，功放在工艺制造上的瓶颈影响功放的效率、从而给室外单元的散热出了难题。
第三，RRU和基站基带单元间传输中频信号的光纤，目前厂家配备的多为裸光纤，纤芯数量无备用，且无加强芯，不具有抗压抗拉能力，容易出现故障。特别是在室内分布中，障碍处理较困难。
第四，最后关于RRU供电方式的灵活性，尤其对站址条件不良、资金紧张的情况可能直接采用交流供电方式，甚至基带单元也支持交流供电。这个“理想”解决方案的潜在问题就是供电没有可靠性保障措施，交流供电场合规范操作应配置UPS。

五、结束语
   随着3G牌照的发放，中国移动2009年三期招标将投资588亿元，新建TD-SCDMA基站约6万个，此举将使TD-SCDMA网络基站总数超过8万个，网络将覆盖238个地级城市的业务热点区，占全国地级城市数量的70％以上，其中东部地区的地市将实现全覆盖。而TD-SCDMA分布式基站在施工和网络部署上的种种优势，必将为加快TD-SCDMA网络化进程、提高网络质量、实现室内外一体化覆盖起到巨大的推动作用。
    总体上讲，通过近两年的建设、探索，移动通信运营企业积累了经验，取得了进步。融合组网策略的实施，对TD分布式基站的研究，势必将帮助我们进一步建设好网络，任何一项通信技术的成熟都要经历一定的过程。我们一定要坚定信心，全力争取当地政府的支持，继续深入研究并实践TD分布式基站的建设，体现科学发展的精神，促进TD网络又好又快发展。