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相關(guān)專題：
關(guān)鍵詞：軟基站；主單元；遠(yuǎn)端射頻單元；覆蓋
1 引言
隨著人們生活水平的不斷提高，人們對健康和環(huán)保越來月關(guān)注，這客觀上使得無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)的運營商尋找合適的蜂窩站址變得越來越困難。對移動運營商尤其是新的移動運營商來說，在一個網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)前期，希望采用廣覆蓋、低容量密度的設(shè)備進行建網(wǎng)，以達(dá)到用最少的成本實現(xiàn)最大的覆蓋目的，使廣大用戶享受到精品網(wǎng)絡(luò)的良好服務(wù)。但隨著用戶規(guī)模的不斷增長和業(yè)務(wù)需求的不斷豐富，網(wǎng)絡(luò)也需要不斷擴容和調(diào)整。由于技術(shù)上的原因，在網(wǎng)絡(luò)擴容和調(diào)整過程當(dāng)中，原先連續(xù)覆蓋的網(wǎng)絡(luò)，往往會出現(xiàn)一個個盲點甚至一片片盲區(qū)，或者正好相反，在某些區(qū)域形成話務(wù)量的熱島，造成話務(wù)量的溢出。同時，一些特殊的復(fù)雜地形的覆蓋，如地鐵、地下室、室內(nèi)、城郊、公路等，也是令人頭痛的問題。傳統(tǒng)上，由于技術(shù)和設(shè)備的限制，運營商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計部門往往采用普通基站加直放站的方式來解決這些問題。這種解決方式缺點是會帶來干擾增加，掉話率高，維護困難等問題。如何使用一種技術(shù)手段使網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)“軟”特性，使網(wǎng)絡(luò)在規(guī)劃和優(yōu)化當(dāng)中具有自適應(yīng)能力，使擴容、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和優(yōu)化、業(yè)務(wù)提供等變得更加容易是人們一直在思考的問題。為解決這些問題，最近人們提出了一種具有自適應(yīng)能力解決方案的新型基站——軟基站（Soft Base Station）。
所謂軟基站，是指在一片覆蓋區(qū)域內(nèi)，一個射頻單元（稱為子站）通過光纖或其他數(shù)字化傳輸介質(zhì)與處在遠(yuǎn)端的大容量基帶處理資源池（稱為主單元）相連，并在射頻單元間共享基帶處理資源、主控時鐘單元以及操作維護平臺，從而實現(xiàn)對周圍相鄰地區(qū)覆蓋的基站系統(tǒng)。
2 軟基站的特點
2.1 分布式覆蓋（distributed converge）
由于軟基站的主單元通過數(shù)字光纖等數(shù)字化傳輸設(shè)備與子站相連，子站與主單元之間可以相距較大距離，在建網(wǎng)初期通過在主單元周圍拉出的子站，可以形成大片區(qū)域的連續(xù)覆蓋，尤可解決市區(qū)與城郊的連續(xù)覆蓋問題，與相同容量的傳統(tǒng)基站相比其覆蓋面積可以增加幾倍甚至幾十倍。由于軟基站的子站只包含射頻部分，因而體積可以小型化，這使得軟基站可以靈活適應(yīng)象地鐵、地下室以及高層建筑室內(nèi)等復(fù)雜地形和惡劣環(huán)境條件下的覆蓋。通過光纖形成基站的串聯(lián)還可應(yīng)用于高速公路、鐵路等的覆蓋。子站室外設(shè)計的特性可適應(yīng)惡劣室外環(huán)境，可在－40～60℃的環(huán)境下正常工作。
2.2 更軟切換（softer handover）
軟基站的子站與主單元共享基帶資源池，可以將子站視為主單元的一個扇區(qū)，同一基站不同扇區(qū)間的宏分集合并可以在基站內(nèi)進行，不同扇區(qū)之間的切換為更軟切換，因此子站之間以及子站與其主單元之間切換為更軟切換的關(guān)系。更軟切換宏分集采用最大比率合并，從而提高了系統(tǒng)容量，降低了RNC的負(fù)荷。
2.3 軟規(guī)劃(soft network deployment)
子站既可視為主單元的遠(yuǎn)端扇區(qū)，也可視為與主單元不同的邏輯基站，與其相鄰基站統(tǒng)一進行PN碼規(guī)劃和載頻規(guī)劃，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃簡單容易。
2.4 軟站點 (soft site)
子站所覆蓋的地區(qū)如果因為話務(wù)量增加，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長或網(wǎng)絡(luò)調(diào)整優(yōu)化等原因需要建設(shè)大容量基站，只需在子站上增加基帶處理板即可成為與主單元獨立的小基站，靈活適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要。
2.5 軟業(yè)務(wù)能力 (soft service provision)
子站只是主單元的射頻遠(yuǎn)端，系統(tǒng)的升級只需對主單元進行即可，可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的升級和業(yè)務(wù)的升級，是網(wǎng)絡(luò)升級和業(yè)務(wù)升級變得非常簡單。
2.6 軟兼容 (soft compatibility)
軟基站具有良好的多標(biāo)準(zhǔn)、多頻段兼容能力，主單元通過調(diào)用不同的軟件即可支持不同標(biāo)準(zhǔn)、不同頻率和不同版本的用戶；而射頻遠(yuǎn)端通過配置不同的射頻器件即可支持不同的標(biāo)準(zhǔn)和頻率，能夠充分滿足網(wǎng)絡(luò)升級的需要，保護用戶投資。
2.7 軟基帶資源（soft capacity）
軟基站的主單元側(cè)的基帶處理采用資源池設(shè)計，軟基站系統(tǒng)的不同標(biāo)準(zhǔn)的子站之間以及同一標(biāo)準(zhǔn)不同頻率的子站之間動態(tài)共享基帶資源池。這樣由于信道資源的統(tǒng)計復(fù)用使資源的利用率大為提高，這就意味著用比常規(guī)基站少的多的資源就能達(dá)到常規(guī)站的容量效果。對每個子站來說，主單元會根據(jù)其需求動態(tài)的給其分配硬件資源。因此每個子站的硬件資源都是隨著時間動態(tài)的發(fā)生變化。因此對子站來說，基帶資源呈現(xiàn)軟特性。
3 軟基站體系結(jié)構(gòu)
軟基站體系結(jié)構(gòu)包括以下幾種：單站址單一子站、單站址多子站、分布式小區(qū)以及以上三種結(jié)構(gòu)的組合。下面介紹這些體系結(jié)構(gòu)和這些結(jié)構(gòu)隨著網(wǎng)絡(luò)擴容的演進。
3.1 單站址單一子站
這種連接方式是除在主單元所在站址外，其他子站所在站址都采用單站址單一子站的覆蓋方式。圖3－1為采用這種覆蓋方式的網(wǎng)絡(luò)覆蓋示意圖。在圖3－1（a）中軟基站系統(tǒng)的主單元所在站址開始為單扇區(qū)覆蓋，在其周圍的站址上分布著由子站組成的單扇區(qū)，其中還有微小區(qū)（子基站3），這些子站與主單元通過光纖進行數(shù)據(jù)交換。
這種體系結(jié)構(gòu)的軟基站主要用在用戶密度比較低的郊區(qū)。在用戶密度比較低的郊區(qū)，初期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的重點主要集中在給相對少的用戶提供充分的覆蓋，這樣才能夠吸引用戶贏得競爭。由于軟基站支持一個主單元連接多個子基站功能，采用單站址單子站的方式，一個較大容量的軟基站系統(tǒng)可以覆蓋比用常規(guī)基站覆蓋面積大許多倍的面積。
這種覆蓋方式的優(yōu)點是充分利用基站剩余容量，降低Node B的投資，由于子基站體積都比較小，可以安裝在天線桿或塔上，容易獲得站址。與采用WCDMA和GSM/GPRS進行雙模覆蓋的方式相比，這種方式還具有更少的掉話率和更高的接入速度，所以更容易滿足用戶需求的優(yōu)勢。
該方案的另一個重要優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)擴容變得異常容易。圖 3-1 給出了采用軟基站方式的網(wǎng)絡(luò)擴容路徑。假設(shè)到某一時期主單元所在地區(qū)和微小區(qū)覆蓋的室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)容量變得緊張，可以通過對覆蓋室內(nèi)的子基站3增加基帶處理功能（增加基帶處理板）的方式把子站3變成一個小基站，然后在主單元處通過增加載波的方式把主單元變成多載波基站（假設(shè)開始主單元為單載波）如圖3-1(b)所示。隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得到后期，主單元所在地區(qū)或子站2所在地區(qū)網(wǎng)絡(luò)容量 變得緊張，可以通過對子站1加上基帶處理功能（增加基帶處理板）的方式把子站1變成一個小基站，然后在主單元或子站2增加載波的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的再次擴容，如圖3-1（c）所示。這種擴容方式由于網(wǎng)絡(luò)各站址的射頻部分都沒發(fā)生變化，因而網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)和切換區(qū)也沒發(fā)生變化，從而不需對擴容后的網(wǎng)絡(luò)從新進行網(wǎng)規(guī)和網(wǎng)優(yōu)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑擴容。擴容后原來主單元與子站之間的光纖傳輸變?yōu)镮ub口。新的小基站原來的主單元通過星形連接組網(wǎng)，使原有設(shè)備得到充分利用。
3.2 單站址多子站
這種連接方式是單一站址由多個子站通過組合形成多扇區(qū)站址，如圖3-2所示。這種連接結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用在用戶密度比較高，但又很難找到合適的機房放置Node B 理想 站址設(shè)立點，如繁華鬧市區(qū)（CBD）等，或者在 理想 的站址設(shè)立點但機房的租賃費用很高或者業(yè)主的反對無法設(shè)立機房的地方。在這些情況下，采用軟基站能夠使射頻部分和基帶處理分離 40Km 以上的距離，通過把軟基站的子站（射頻遠(yuǎn)端）安裝在天線桿或塔上，把基帶處理和控制部分放在遠(yuǎn)方機房的主單元，運營商能夠很容易使這一問題得到解決。而且容量和覆蓋效果與采用常規(guī)宏小區(qū)基站一樣。
3.3 分部式小區(qū)結(jié)構(gòu)
這種分布式小區(qū)連接結(jié)構(gòu)是指用多個分布在不同站址的子基站在主單元處共享一個小區(qū)（Cell）資源，實現(xiàn)對不同（連續(xù)或不連續(xù)）地區(qū)的覆蓋。
這種結(jié)構(gòu)適合用在用戶密度比較低的農(nóng)村地區(qū)、高速公路沿線、城中地鐵或某些地下空間。由于在建網(wǎng)初期，在這些地區(qū)用戶密度很低，采用一個站址一個小區(qū)的覆蓋方式浪費寶貴的基帶處理資源。在這些地區(qū)可采用軟基站的分部式小區(qū)結(jié)構(gòu)進行覆蓋。一個帶有軟基站分布式小區(qū)覆蓋例子如圖3－3（a）所示，在主單元所在地區(qū)采用多扇區(qū)覆蓋，子站1，2，3共享一個小區(qū)資源覆蓋周圍地區(qū)，子站4，5共享一個小區(qū)資源，組成分布式小區(qū)覆蓋不同地區(qū)。
這種結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點是節(jié)省基帶處理資源，增大覆蓋面積，減輕RNC負(fù)荷。這種結(jié)構(gòu)的另一個重要優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)擴容非常容易。圖 3-3(b)到(c)給出了這種結(jié)構(gòu)可能的網(wǎng)絡(luò)擴容路徑。假設(shè)到某一時期子站4，5覆蓋的地區(qū)網(wǎng)絡(luò)容量變得緊張，可以通過把子基站3增加基帶處理功能（增加基帶處理板）變成一個小基站，在把共享同一小區(qū)資源的子基站4，5變成每個子站單獨占有一個小區(qū)資源。隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得到后期，子站和主單元所覆蓋的地區(qū)網(wǎng)絡(luò)容量 變得緊張，可以把子站（包括子站4，5）加上基帶處理功能（增加基帶處理板）變成小基站，在主單元或其他子站增加載波的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)再次擴容，如圖3－3（c）所示。這種擴容方式由于網(wǎng)絡(luò)各站址的射頻部分都沒發(fā)生變化，因而網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)和切換區(qū)也沒發(fā)生變化，從而不需對擴容后的網(wǎng)絡(luò)從新進行網(wǎng)規(guī)和網(wǎng)優(yōu)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的平滑擴容。擴容后原來主單元與子站3之間的光纖傳輸變?yōu)镮ub口。新的小基站與原來的主單元組成星形網(wǎng)，使原有設(shè)備得到充分利用。
3.4 混合式結(jié)構(gòu)
這種連接結(jié)構(gòu)是在一個由主單元和子站組成的軟基站系統(tǒng)里，包含有以上三種結(jié)構(gòu)的兩種以上結(jié)構(gòu)的組合。在一些城鄉(xiāng)接合部的郊區(qū)，既有用戶密度比較大需要多扇區(qū)覆蓋的地方，又有需要覆蓋但用戶密度很低的地方（如地下空間）還有農(nóng)村的村鎮(zhèn)。在這些地區(qū)采用軟基站的混合結(jié)構(gòu)進行覆蓋，可以用少的投資獲得較好的覆蓋質(zhì)量。這種混合結(jié)構(gòu)也是實際建網(wǎng)時用的最多的結(jié)構(gòu)。
這種混合式結(jié)構(gòu)的擴容也非常容易，也可以通過把某些子站通過增加基帶處理功能變成小基站的然后把省下的主單元容量再分配給其他站址的方式擴容。
4 軟基站與常規(guī)基站＋直放站方案相比的技術(shù)優(yōu)勢
與常規(guī)基站＋直放站方案相比，軟基站吸收了常規(guī)基站＋直放站方案的優(yōu)點，同時摒棄了其弊端。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）增加容量，擴大覆蓋，降低干擾
直放站只是主基站覆蓋的延伸，本身不提供額外的容量； 直放站采用同頻轉(zhuǎn)發(fā)，互調(diào)、空間干擾嚴(yán)重，降低了施主基站的容量，同時帶來掉話率高、話音質(zhì)量差、切換成功率低等弊端。
子站本身就是一個基站，與主單元連續(xù)覆蓋時的更軟切換關(guān)系，由于增益的提高，減少了干擾，增加了容量，擴大了覆蓋面積。
�。�2）易于管理和維護
直放站需建立一套獨立的維護系統(tǒng)，電源、環(huán)境以及設(shè)備告警信息無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無法與網(wǎng)上其他基站統(tǒng)一網(wǎng)管。直放站必須經(jīng)常上站維護，導(dǎo)致后期維護工作量大。軟基站的子站為邏輯基站，可與主單元統(tǒng)一維護，維護及環(huán)境監(jiān)控信息通過主單元Iub接口上報網(wǎng)管中心。可免維護，掉電后自動重啟。
�。�3）選址容易
為了避免干擾主基站，對直放站站址選擇要求很高，選站困難，往往成為整個工程建設(shè)的瓶頸。
軟基站的子站與常規(guī)基站的站址要求相同，同時由于其體積小，室外環(huán)境設(shè)計的特性，使選址相對容易。
（4）支持精確定位
由于直放站擴大的是主基站的覆蓋范圍，位置查詢所獲得的信息為主基站的經(jīng)緯度，無法精確定位。軟基站的子站的邏輯基站特性，位置查詢所獲得的信息為軟基站子站的經(jīng)緯度，因而支持精確定位。
�。�5）節(jié)省投資
直放站的投資并沒有增加容量，平均每用戶而言，增加了投資成本。軟基站更軟切換的特性增加了系統(tǒng)容量，平均每用戶而言，減少了投資。同時由于子站之間以及子站與主單元之間共享基帶處理資源池以及主控時鐘單元，從而可以以更少的基帶處理資源實現(xiàn)對相鄰地區(qū)的覆蓋，因而比直接新建基站投資更省。
（6）更高的資源利用率
由于在主單元基帶處理資源在子站間動態(tài)共享，因而極大提高了資源利用率，變相降低了每個用戶的設(shè)備成本。
5 UT的軟基站方案
UT斯達(dá)康是最早倡導(dǎo)并開發(fā)軟基站的廠家之一。早在 2001 年就開始軟基站的研究，并在2003年開始了軟基站的產(chǎn)品設(shè)計。如上圖所示：UT斯達(dá)康的軟基站方案由三部分組成：負(fù)責(zé)設(shè)備控制，基帶信號處理和時鐘同步的主單元MU，負(fù)責(zé)射頻信號處理的遠(yuǎn)端射頻單元RRU和負(fù)責(zé)在RRU與MU之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶拵鬏斁W(wǎng)絡(luò)。
UT斯達(dá)康的軟基站方案的的主單元在設(shè)計時不但考慮支持對單一標(biāo)準(zhǔn)的基帶信號的處理，而且考慮到未來一家運營商可能會采用多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如采用WCDMA，TD－SCDMA建網(wǎng)和Wimax等）和多頻段（如在1.9GHz、1.7GHz等）建網(wǎng)的需要，盡量采用軟件化的處理平臺，通過加載不同的軟件即可支持不同標(biāo)準(zhǔn)和不同頻段的基帶信號處理，并且可以根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)和不同頻段用戶對業(yè)務(wù)的需要動態(tài)分配硬件處理資源。UT斯達(dá)康將要推出的兩款軟基站NB8D24和NB8D48分別可帶48個射頻遠(yuǎn)端和96個射頻遠(yuǎn)端。不但可支持WCDMA的不同版本，不同頻段的射頻遠(yuǎn)端，而且通過軟件升級支持向TD－SCDMA，Wimax的射頻單元。
UT斯達(dá)康的寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在主單元MU與RRU之間不但支持類SDH光口傳輸，在沒有光纖的地方還支持FSO傳輸。不管對于Iub口組網(wǎng)或基帶射頻端口組網(wǎng)，UT的基站都支持星型、鏈型和環(huán)型組網(wǎng)。主單元和RRU遠(yuǎn)端的最大傳輸距離可達(dá) 100Km 。
UT斯達(dá)康公司具有多種遠(yuǎn)端射頻單元RRU產(chǎn)品。支持從一載一扇到三載一扇，功放20W/載扇和40W/載扇可選的室外型RRU－NB8R03，能夠充分滿足覆蓋核心城區(qū)、城區(qū)、郊區(qū)和農(nóng)村的需要，而室內(nèi)型的NB8R01不但支持功率從100mW到1W可選，而且可接分布式天線系統(tǒng)，進行室內(nèi)覆蓋。
6、UT軟基站的優(yōu)勢
第一，網(wǎng)絡(luò)方案由于射頻RRU可以直接架在天線端，因此省去了機房，預(yù)計在全國范圍內(nèi)運營商在機房方面節(jié)省的成本可以占40%到50%以上。
第二，UT斯達(dá)康RRU靠近天線安裝，節(jié)省購置塔放TMA的費用和60%的潰線費用。
第三，在接收方向可以避免潰線損耗3－4dB，可以使覆蓋的范圍增加48%，站點減少30%。
第四，在發(fā)射方向由于獲得了這3－4dB的增益，可以采用更低功率的功放，消耗更少的電能，可以降低運營商的建設(shè)成本和網(wǎng)絡(luò)的運營成本。
第五，由于不同地區(qū)忙時出現(xiàn)的時間不同，通過不同地區(qū)、不同標(biāo)準(zhǔn)對基帶資源的統(tǒng)計復(fù)用，可以節(jié)省30－40％的基帶處理資源，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本。
第六，采用軟基站方案，把RRU獨立出來一個產(chǎn)品，就可以把RRU變?yōu)橹С植煌瑯?biāo)準(zhǔn)和不同頻率的宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩產(chǎn)品。只對射頻進行改造，就能生產(chǎn)出適合于不同標(biāo)準(zhǔn)，不同頻段的射頻單元，可進一步降低生產(chǎn)成本。通過更為靈活的、高質(zhì)量的覆蓋，完成精品網(wǎng)絡(luò)的的建設(shè)。
第七，系統(tǒng)將成為一個透明的傳輸，設(shè)備具備了完全的監(jiān)控，因此可以在主單元和遠(yuǎn)端射頻之間實現(xiàn)非常好的監(jiān)控，可以節(jié)省40％人力成本。
第八，建網(wǎng)速度快。由于采用軟基站方案基站射頻部分都已在工廠調(diào)好，在室外現(xiàn)場固定即可，所以安裝非常方便。
第九，由于采用了基帶池的方法，把部分的軟切換變成“更軟切換”，這樣基站的覆蓋，通話的質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)比傳統(tǒng)的方式會更好。
第十，由于采用軟基站方案，所以整個設(shè)備的升級，只進行軟件升級即可，升級非常簡單方便，可以提高運營商的效率，更好地為客戶服務(wù)。
總結(jié)整個運營成本，對兩種城市進行比較，對小城市綜合建網(wǎng)成本可以降低20%以上，對大城市會達(dá)到30%以上。在特大型城市，為了安全等等各方面，可以建多個軟基站建網(wǎng)成本可以節(jié)省40％以上。
7、結(jié)束語
通過對軟基站特性的分析，以及相對于直放站明顯的容量大、用途廣、易網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)、安裝簡便、接收和發(fā)射衰減低、覆蓋成本低等技術(shù)優(yōu)勢， 因此我們有理由相信，軟基站在WCDMA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中將有著廣闊的應(yīng)用前景。
參考用書
《無線通訊原理與應(yīng)用》——Theodors S. Rappaport著，蔡濤、杜振民等譯，電子工業(yè)出版社，1999
《UMTS Networks－Architecture，Mobility and Service》——Heikki Kaaranen, Ari Ahtiainen 著, JOHN WILEY& SONS,LTD，2001
