TD-SCDMA基站池方案探讨

2010-06-09邓也董鑫王李勇

电信工程技术与标准化 2010年7期

关键词：基带时钟时延

邓也董鑫王李勇

（中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司合肥 230031）

1 背景

随着移动通信技术的发展，基站技术正经历着由模拟向数字，从窄带到宽带，并向着标准化和模块化的趋势演进。

相对传统的2G基站一体化建设方式，TD-SCDMA提出了分布式基站的概念，实现方式分别有基带拉远、中频拉远和射频拉远，通过“BBU（基带单位）＋RRU（射频单元）”的方式建设基站，中间通过光纤等方式连接。

现网中TD-SCDMA分布式基站的结构如图1所示。

基带单元(BBU)主要用来完成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。

图1 分布式基站结构

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接口协议支持两种传输线速率：1228.8Mbit/s下最多支持24个天线载波（A×C），2457.6Mbit/s下最多支持48个天线载波。

2 TD-SCDMA分布式基站在网络部署中的特点

2.1 降低网络建设和运维成本

相对于传统的宏基站，分布式基站解决了多馈线的问题，大大降低了工程施工难度，节约了施工时间。根据欧洲运营商的经验，如果全网采用分布式基站，可以节约成本30%左右。

2.2 降低了机房、站址的要求

传统的建网方式，由于存在馈线损耗，机房和塔顶天线要求比较严格，运营商不得不花费大量时间和费用在机房的租用方面，而且大量理想站点机房因为要远离住宅而无法获得，拖延了网络的建设速度。分布式采用光纤传输，线缆少，损耗低，基带处理单元（BBU）可以集中放置在可获得的中心机房中，或者楼道、电梯间以及地下室内，大大降低了对机房面积和位置的要求。

2.3 节能减排

分布式基站采用高效率功放，减少了空调等其他配套设施的功耗，连接两端的接口采用光纤，损耗小，可大幅度降低电力消耗。

2.4 共享资源调度和调配

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，节省了成本，同时也提高了组网的效率。

2.5 降低厂家研发成本

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，同时可以实现多个厂家设备的互通互联，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。

3 TD-SCDMA基站工程建设模式

3.1 2G/3G站点共址

在原有2G基站机房内新增TD综合柜、BBU单元、直流供电单元。天面部分主要新增智能天线、RRU、防雷器、GPS天线等。

3.2 新建TD-SCDMA站点

除了以上部分的工作量以外，还包括机房改造、装修、工艺、市电引入、开关电源、传输设备、传输线路、机房监控、等等部分的工作量。

以上二类TD-SCDMA站点都存在着工作量大、实施复杂、工期长的不利因素。为此，我们采用分布式基站的演进方式。

4 TD—SCDMA基站演进方式

由于分布式基站存在基带拉远模式，理论上可以实现40km距离的拉远。这样就出现了一个基站池的概念，即将基站的载波单元集中放置在一个机房，远端通过“光纤＋RRU”的方式覆盖，采用基带拉远的方式，40km的距离足够远，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。

下面分成中小城市和大城市二种场景分别介绍基站池的工程模型。

中小城市由于城区范围较小，可以考虑在市局节点新增基站池（BBU池），远端侧天面新上RRU、智能天线。RRU侧收集到的无线信号通过城域传输网系统传输到BBU池侧，再通过城域传输网传送到RNC侧。详见图2。

图2 中小城市BBU池实施方案

大城市由于城区范围较大，由于城区汇聚点的地理位置一般在基站密集区域的中心，结合现有传输网络的汇聚点机房，可以考虑在城区汇聚点内新增基站池，形成一个基站池覆盖一片城区的概念，基站池到RRU之间和基站池到RNC之间传输仍然可以通过城域传输网实现。详见图3。

对于一些偏远地带的TD-SCDMA基站，可以考虑保持原有2G与3G基站共址的模式，利用原有2G机房、天面，新增BBU、RRU、天线等。

这种方式的优点显而易见，远端只需要租用天面，基站放置在集中机房内，基站建设的成本和难度大大降低；除RRU外的基站设备都集中，这样需维护的点大大减少，维护成本降低；集中的基站设备共享机房、空调、电池、电源等配套设备，这样房租、用电、机房及配套设施的投资都极大的降低。

图3 大型城市BBU池实施方案

但同时也带来一定的问题，如现有网络中RRU同BBU之间的连接采用点对点光纤连接，接口不支持E1等标准接口，这样就无法实现双路由等方式进行保障，而且组网方式只能是星形结构，是所有组网结构中需要铺设的光纤距离最长的，需要的纤芯数也最大。BBU池的引入使BBU与RRU间网络化组网将主要基于SDH或IP的光纤传输网络来进行，实现BBU和RRU间更加灵活的连接，这样BBU可以连接更多数量的RRU，从而提高BBU处基带资源的利用率，更好的发挥基带池的功能；同时，由于BBU的集中放置则可以更好的实现对站址资源的节约。

5 TD-SCDMA基站演进可行性探讨

BBU和RRU间通过传输网络进行组网、光纤传输网络能否满足BBU与RRU间数据传输要求，主要面临3个问题：

现有光纤传输网络能否满足BBU和RRU间数据传输的带宽要求；

现有光纤传输网络能否满足BBU和RRU间数据传输的时延要求；

现有光纤传输网络能否满足RRU和BBU间时钟传输要求。

5.1 BBU和RRU间数据传输的带宽要求

LTE系统在采用20Mbit/s带宽的情况下采样速率为30.72Mbit/s，此时在2×2 MIMO情况下BBU和RRU间数据传输带宽为：30.72Mbit/s（采样速率）×16（采样精度）×2（I/Q两路）×2（天线数)＝1966.08Mbit/s；3扇区容量配置下的BBU和RRU间总数据传输带宽为：1966.08Mbit/s×3＝5898.24Mbit/s。在采用4×4 MIMO的情况下，接口速率将加倍。

对于10Gbit/s的SDH光纤传输网络，考虑80%编码效率，有效传输带宽为8G，此时仅可以支持1个3扇区配置的BBU和RRU间数据传输带宽要求。对于4×4 MIMO的应用情况下，需要40Gbit/s的光纤传输网络才能够满足BBU和RRU间数据传输的带宽要求。

可见，LTE系统中要实现BBU和多个RRU间的网络化组网连接将占用大量的传输带宽，目前的传输接入网传输带宽难以满足。

解决传输带宽的最终方法就是尽量降低RRU和BBU间接口带宽。对于LTE系统降低接口带宽方法可采用降低采样精度和降低需要传输数据的天线通道个数。目前LTE系统中在不影响系统性能的前提下上述两种方法都是不可行的。因此，目前很难实现传输带宽的降低。

5.2 BBU和RRU间数据传输时延要求

BBU和RRU间通过网络传输引入的时延将对基站的上行接收和下行发射产生影响。上行主要影响接收的接入性能和解调算法，下行则会影响信号的覆盖距离；对于TD-LTE系统，BBU和RRU间不同的传输时延还会影响不同基站间的空口同步。

SDH网络的传输时延主要为光纤传输时延和SDH交叉复用设备的处理时延，传输时延相对固定，在尽量减少环路中交叉复用设备数量的情况下，可基本满足BBU和RRU间对传输时延的要求。

IP网络的传输时延相比SDH网络具有较大的不确定性，容易受到网络负荷变化的影响。由于IP网络时延的不确定性，将为LTE BBU和RRU间数据传输带来一定的不确定性，因此在采用IP网络传输BBU和RRU间数据时，要使IP网络的传输距离尽可能小并且IP网络的负荷尽可能轻。

城域波分无源光网络类似SDH网络具有较小的时延，且时延相对固定，可基本满足BBU和RRU间对传输时延的要求。对于TD-LTE系统，BBU和RRU可通过采用GPS或基于IEEE 1588的有线时间同步来保证RRU和BBU之间的上下行传输同步。下行方向，RRU和BBU根据GPS或基于IEEE 1588的有线时间同步定时约定下行发送时间，BBU根据传输延时及抖动情况可留出较多的提前量来保证下行的发射；上行方向，BBU侧可通过一定深度的缓冲器（buffer）来进行数据的缓存，从而保证对上行数据的正确接收。

5.3 BBU和RRU间时钟传输要求

BBU和RRU间时钟传输的主要要求是保证RRU中载波频率的长期稳定度至少满足0.05ppm，即满足5×10-8s的时钟精度要求。

LTE系统中RRU将主要采用稳定度较高的时钟晶振来实现，可满足时钟短时间稳定度要求；通过对SDH网络采用相应的再定时方法，让RRU中的时钟频率长时间同步到SDH网络的BITS时钟系统，可基本满足RRU时钟长时间稳定度要求。

在采用IP网络进行BBU和RRU间数据传输时，由于IP网络为异步网络，目前网络无法保证高稳定度时钟的传输，需要将IP网络升级支持Sync Ethernet来保证BBU和RRU间的时钟稳定传输需求。

LTE系统中RRU采用基于GPS或基于IEEE 1588的有线时间同步时，辅以本地高稳晶振可实现较长期、高稳定度的时钟输出，以满足时钟短期和长期的精度要求。这种情况下RRU中时钟稳定度可以不依赖传输网络中的时钟稳定度。

基于城域波分系统的BBU和RRU间网络化组网。

在LTE系统中RRU采用GPS或基于IEEE 1588的有线时间同步的情况下，BBU和RRU间数据传输的主要难度是高的数据传输带宽。通过分析可知，目前10Gbit/s的光纤传输网络仅可支持1个3扇区配置的LTE BBU和RRU间数据传输带宽要求。对于传输带宽在10Gbit/s以上的数据传输，需要引入城域波分技术来实现。相比SDH，城域波分传输网络更具成本上的优势。