2.2 新型基站架構面對的挑戰(zhàn)

　　基于軟件無線電架構的基帶處理單元在具有一系列優(yōu)點的同時，也存在許多應用方面的挑戰(zhàn)和難題。

　　（1）基于GPP的實時數字信號處理的實現

　　通用處理器曾被認為僅能滿足低速數值運算及過程控制等數據處理。然而，隨著通用處理器技術的快速發(fā)展，GPP在處理能力和時延等方面能獲得良好的表現。基于GPP的數字信號處理優(yōu)化增益如圖3所示。在LTE的基帶算法實現中［7］，經代碼優(yōu)化后的系統吞吐量有了明顯的增益，但像Turbo信道譯碼（LogMAP算法）等復雜度較高的算法實現的處理增益仍不是很理想。隨著無線新技術的不斷應用，其實現的復雜度也越來越高，因此，利用GPP技術進行高效的數字信號處理仍是該基站架構實現的關鍵。

　　（2）高速接口及傳輸技術的實現

　　協作處理技術是實現更高頻譜效率的關鍵。為了支持協作式多點處理技術，用戶數據和上行/下行信道信息都需要在多個基站之間共享。基站之間的接口必須支持高帶寬低時延的傳輸以及保證實時的協作處理。目前，基站間采用X2接口的處理時延在20 ms左右，如此大的共享信息傳輸時延會影響聯合處理的增益，并帶來較大的處理開銷。因此，基于軟件無線電架構的基站單元必須在保證時延和開銷的情況下設計更為有效的信息共享方案，以滿足實時協作處理的需求。

　　（3）多標準、可擴展的公共算法庫的開發(fā)

　　當前TD-SCDMA、CDMA2000、GSM、WCDMA、LTE等多種通信制式共存，且世界上大多數的主流運營商都同時擁有多個網絡。多頻段、多制式網絡的并行運營致使設備、機房及配套設施難以共享，不僅嚴重浪費基礎設施資源，也給網絡優(yōu)化和維護帶來很大困難，網絡運營成本和能源消耗更是居高不下。因此，網絡運營商需要尋找有效的途徑來控制整體擁有成本（TCO）和降低能耗，以實現多標準網絡的綠色運營。多模基站成為降低網絡建設和維護成本最有效最直接的方式。在基于高性能GPP的新型基站系統中，需要針對不同的通信協議設計不同的算法庫，并能支持不同標準間的靈活切換，支持諸如GSM/TD-SCDMA/LTE等通信協議以及MU-MIMO、CoMP等新型關鍵技術。

　　2.3 基于高性能GPP的LTE系統

　　本文依據3GPP 36系列規(guī)定的LTE標準［8］，實現了3GPP LTE上下行鏈路。鏈路具體參數如表1所示。

表1

　　該系統采用含4個處理核、主頻為3.2 GHz、支持雙線程的商用CPU作為數字信號處理平臺的核心。系統載波頻率為2.3 GHz，載波帶寬為20 MHz，采用LTE規(guī)定的OFDM調制。基于高性能GPP的LTE演示系統如圖4所示。圖右側PC為發(fā)端，中間的PC為收端，左側PC主要完成信號分析功能。

圖4

　　在該演示系統中，采用的是1發(fā)1收的天線，實現的上行峰值速率為43 Mb/s，并進行了高清視頻（HDTV）的現場實時傳輸。

　　我們認為，隨著通用處理器技術的不斷發(fā)展，基于高性能通用處理器的SDR系統可以滿足未來無線通信中對實時數字信號處理的要求以及無線新技術的應用。在此基礎上，本文基于高性能GPP的LTE系統的未來研究將集中于對MIMO、CoMP等新技術的實際系統應用。

　　3 未來的研究課題

　　3.1 動態(tài)資源分配和協作式無線處理

　　蜂窩系統中小區(qū)的用戶數量以及用戶的信道增益都是動態(tài)變化的。蜂窩系統的業(yè)務已從單一的語音業(yè)務轉向多媒體數據業(yè)務。為了支持不同的業(yè)務類型，對用戶的資源分配必須更為靈活。基站必須根據當前系統的狀態(tài)和用戶的需求，動態(tài)地決定信道分配、數據速率和發(fā)送功率［9］。而基于OFDM的蜂窩小區(qū)間是干擾受限的，不能簡單地依靠增加發(fā)射功率來提高邊緣用戶的性能，因此，需設計有效的多小區(qū)聯合資源分配和協作式多點傳輸技術來解決上述問題。

　　3.2 集中式基帶處理池

　　集中式基帶處理池是基于軟件無線電技術的基站架構的主要研究內容。該架構下，無線網絡將基帶處理單元（BBU）和遠端射頻單元（RRU）分離，并將多個BBU集中起來，形成一個集中式的基帶處理池，用于覆蓋不同區(qū)域的RRU信號的基帶處理。傳統的RRU的信號只能傳輸到其對應的BBU中，不同的BBU并不能接收其他RRU的信號。不同BBU的處理負荷不均衡極大地降低了基帶處理資源的利用率。因此，集中式基帶池需要解決的是：提供一個大容量低時延的交換器實現不同BBU數據的交互，以實現基帶處理資源的動態(tài)使用，進而提高設備利用率，降低電能損耗。

　　3.3 基于實時云的虛擬基站系統

　　集中式的基帶處理池建立在高性能通用處理器上，通過軟件無線電技術實現基帶信號處理。該架構為實時性的數字信號云處理提供了演進基礎。

　　一定范圍內的基于軟件無線電的新型基站通過高帶寬低時延的網絡互聯，形成一個巨大的云計算基帶處理池。與傳統的云計算不同，該虛擬基站所進行的基帶處理任務是實時的，在滿足處理時延的要求下，動態(tài)地分配處理負荷，并實現不同網絡下的多標準覆蓋。

　　4 結束語

　　目前，“綠色”成為人們越來越關注的焦點，綠色節(jié)能已成為當今世界的主題話題之一。無線通信界勢必也要向綠色的方向不斷演進。基站系統作為無線通信系統中最大的能耗來源，必須對當前的基站體系架構進行有效的改進，以實現向綠色通信的演進。

　　本文所介紹的基于軟件無線電技術的新型基站架構，能夠有效地降低基站機房的數量，并能合理的利用基帶的處理資源，提高基站設備的利用率。

　　由于軟件無線電技術靈活可擴展的特點，使得基站系統在維護和升級時變得更為靈活方便，從而極大地降低維護和升級成本。我們希望，新的基站架構可以為基站系統的綠色演進提供一個方向，更好地促進無線通信向更低能耗更高能效的綠色方向發(fā)展。