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面向绿色无线通信的基站体系结构

2010-12-28 17:27
天堂的苦涩
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  随着无线通信技术的不断演进,新的通信制式的不断出现和升级以及移动通信宽带化的不断发展,无线通信网面临越来越大的能耗挑战。为了满足不断增长的无线宽带业务及空中流量需求,移动通信运营商不断增加空中接口带宽和基站的数量。随之而来,无线接入网的能源消耗问题变得日益严重。如今,中国3G网络设施正大规模建设,2G网络仍将长期存在并继续增长,伴随而来的是持续不断的网络能源消耗。据统计,无线通信系统中,约80%的能耗来自基站系统。网络规模的快速膨胀带来了基站耗能的快速上升,年增长为30%~40%。

  因此,在提倡绿色通信、建设集约型社会的今天,有必要提出一种新的基站体系架构,在满足不断发展的无线通信业务的基础上,提高基站设备的能效,降低基站的建设和维护成本,实现无线通信能耗的最小化。

  1 绿色无线通信的新型基站架构

  1.1 基于高性能通用处理器的软件无线电技术

  软件无线电(SDR) 技术是目前最新的也是发展较快的无线通信技术之一。SDR诞生于1992年,由Joe Mitola正式提出。SDR技术采用了开放的模块化结构,基带处理功能可以通过不同的软件模块来实现。软件可以随着器件和技术的发展不断更新或扩展。当前,软件无线电主要通过现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、通用处理器(GPP)实现。与传统的基于FPGA以及DSP的SDR相比,基于高性能GPP的SDR系统可以降低通信系统开发和调试的复杂度,具有更好的灵活性和可扩展性。基于高性能GPP的SDR系统能极大地节省系统的硬件成本和人力成本。在倡导绿色节能的今天,基于高性能GPP的SDR技术将在无线通信中占据越来越重要的地位。

  1.2 基于软件无线电的新型基站架构

  基于高性能GPP的SDR技术的发展,为基站的绿色演进提供了一条有效途径。针对无线系统大发展带来的能耗挑战,我们认为,降低能耗的最有效最直接的方式是降低基站机房的数量和面积。基于高性能GPP的SDR技术的发展使得这种方式成为可能。

  图1所示为基于高性能通用处理器的新型基站架构。在无线通信系统的绿色演进过程中,为更好地实现基站处理资源的共享,并提高基站系统的集成度,降低基站的占地面积,我们将整个无线通信网络的接入网系统与基站子系统分离开来。覆盖一定区域的全部基站设备集中起来,形成一个统一的基带处理池。这样不仅减小了基站的数量和占地面积,节约建设成本,也方便了动态灵活地进行基站处理资源的调度。此外,远端无线射频单元(RRU)和天线形成一个高容量广覆盖的分布式无线接入网络。RRU灵巧轻便,便于安装和维护,可以大范围高密度地使用,能有效地降低接入网成本。

  

  这种基站架构由群小区架构转化而来。在群小区架构中,地理位置相邻的多个小区,针对一个移动终端采用同一套通信资源(例如频率、时隙或码道)进行通信,而针对其他移动终端分别采用不同套的通信资源进行通信。采取这种通信方式的多个小区构成一个群小区。该移动组网策略突破了传统蜂窝组网结构,实现了小区域覆盖向大区域覆盖的飞跃。将基站集中起来,可以更好地进行处理资源的分配和共享。基带的处理全部通过可编程软件来实现,从而大大提高了基站系统的灵活性和可扩展性。

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