TD-SCDMA基站池方案探討

鄧也 董鑫 王李勇

（中國移動通信集團設計院有限公司安徽分公司 合肥 230031）

1 背景

隨著移動通信技術的發展，基站技術正經歷著由模擬向數字，從窄帶到寬帶，并向著標準化和模塊化的趨勢演進。

相對傳統的2G基站一體化建設方式，TD-SCDMA提出了分布式基站的概念，實現方式分別有基帶拉遠、中頻拉遠和射頻拉遠，通過“BBU（基帶單位）＋RRU（射頻單元）”的方式建設基站，中間通過光纖等方式連接。

現網中TD-SCDMA分布式基站的結構如圖1所示。

基帶單元(BBU)主要用來完成Uu接口的基帶處理功能（編碼、復用、調制和擴頻等）、RNC的Iub接口功能、信令處理、本地和遠程操作維護功能，以及Node B系統的工作狀態監控和告警信息上報功能。

圖1 分布式基站結構

射頻拉遠單元(RRU)分為4個大模塊：中頻模塊、收發信機模塊、功放和濾波模塊。數字中頻模塊用于光傳輸的調制解調、數字上下變頻、A/D轉換等；收發信機模塊完成中頻信號到射頻信號的變換；再經過功放和濾波模塊，將射頻信號通過天線口發射出去。

BBU和RRU之間按照Ir接口協議通過光纖連接，完成基帶數據的傳輸。Ir接口協議支持兩種傳輸線速率：1228.8Mbit/s下最多支持24個天線載波（A×C），2457.6Mbit/s下最多支持48個天線載波。

2 TD-SCDMA分布式基站在網絡部署中的特點

2.1 降低網絡建設和運維成本

相對于傳統的宏基站，分布式基站解決了多饋線的問題，大大降低了工程施工難度，節約了施工時間。根據歐洲運營商的經驗，如果全網采用分布式基站，可以節約成本30%左右。

2.2 降低了機房、站址的要求

傳統的建網方式，由于存在饋線損耗，機房和塔頂天線要求比較嚴格，運營商不得不花費大量時間和費用在機房的租用方面，而且大量理想站點機房因為要遠離住宅而無法獲得，拖延了網絡的建設速度。分布式采用光纖傳輸，線纜少，損耗低，基帶處理單元（BBU）可以集中放置在可獲得的中心機房中，或者樓道、電梯間以及地下室內，大大降低了對機房面積和位置的要求。

2.3 節能減排

分布式基站采用高效率功放，減少了空調等其他配套設施的功耗，連接兩端的接口采用光纖，損耗小，可大幅度降低電力消耗。

2.4 共享資源調度和調配

分布式基站將繁瑣的維護工作簡化到了基帶處理部分，一個基帶處理單元可以以不同的方式連接多個射頻拉遠處理單元，實現RRU之間的資源調度和調配，節省了成本，同時也提高了組網的效率。

2.5 降低廠家研發成本

基站內部Ir接口的標準化，將使得眾多第三方模塊廠家可以同基站的數字接口互聯，不但可以降低研發成本，同時可以實現多個廠家設備的互通互聯，提高了通用性和靈活性，也降低了運營商的采購和組網成本。

3 TD-SCDMA基站工程建設模式

3.1 2G/3G站點共址

在原有2G基站機房內新增TD綜合柜、BBU單元、直流供電單元。天面部分主要新增智能天線、RRU、防雷器、GPS天線等。

3.2 新建TD-SCDMA站點

除了以上部分的工作量以外，還包括機房改造、裝修、工藝、市電引入、開關電源、傳輸設備、傳輸線路、機房監控、等等部分的工作量。

以上二類TD-SCDMA站點都存在著工作量大、實施復雜、工期長的不利因素。為此，我們采用分布式基站的演進方式。

4 TD—SCDMA基站演進方式

由于分布式基站存在基帶拉遠模式，理論上可以實現40km距離的拉遠。這樣就出現了一個基站池的概念，即將基站的載波單元集中放置在一個機房，遠端通過“光纖＋RRU”的方式覆蓋，采用基帶拉遠的方式，40km的距離足夠遠，在網絡部署時，將基帶處理單元與核心網、無線網絡控制設備集中在機房內，通過光纖與規劃站點上部署的射頻拉遠單元進行連接，完成網絡覆蓋。

下面分成中小城市和大城市二種場景分別介紹基站池的工程模型。

中小城市由于城區范圍較小，可以考慮在市局節點新增基站池（BBU池），遠端側天面新上RRU、智能天線。RRU側收集到的無線信號通過城域傳輸網系統傳輸到BBU池側，再通過城域傳輸網傳送到RNC側。詳見圖2。

圖2 中小城市BBU池實施方案

大城市由于城區范圍較大，由于城區匯聚點的地理位置一般在基站密集區域的中心，結合現有傳輸網絡的匯聚點機房，可以考慮在城區匯聚點內新增基站池，形成一個基站池覆蓋一片城區的概念，基站池到RRU之間和基站池到RNC之間傳輸仍然可以通過城域傳輸網實現。詳見圖3。

對于一些偏遠地帶的TD-SCDMA基站，可以考慮保持原有2G與3G基站共址的模式，利用原有2G機房、天面，新增BBU、RRU、天線等。

這種方式的優點顯而易見，遠端只需要租用天面，基站放置在集中機房內，基站建設的成本和難度大大降低；除RRU外的基站設備都集中，這樣需維護的點大大減少，維護成本降低；集中的基站設備共享機房、空調、電池、電源等配套設備，這樣房租、用電、機房及配套設施的投資都極大的降低。

圖3 大型城市BBU池實施方案

但同時也帶來一定的問題，如現有網絡中RRU同BBU之間的連接采用點對點光纖連接，接口不支持E1等標準接口，這樣就無法實現雙路由等方式進行保障，而且組網方式只能是星形結構，是所有組網結構中需要鋪設的光纖距離最長的，需要的纖芯數也最大。BBU池的引入使BBU與RRU間網絡化組網將主要基于SDH或IP的光纖傳輸網絡來進行，實現BBU和RRU間更加靈活的連接，這樣BBU可以連接更多數量的RRU，從而提高BBU處基帶資源的利用率，更好的發揮基帶池的功能；同時，由于BBU的集中放置則可以更好的實現對站址資源的節約。

5 TD-SCDMA基站演進可行性探討

BBU和RRU間通過傳輸網絡進行組網、光纖傳輸網絡能否滿足BBU與RRU間數據傳輸要求，主要面臨3個問題：

現有光纖傳輸網絡能否滿足BBU和RRU間數據傳輸的帶寬要求；

現有光纖傳輸網絡能否滿足BBU和RRU間數據傳輸的時延要求；

現有光纖傳輸網絡能否滿足RRU和BBU間時鐘傳輸要求。

5.1 BBU和RRU間數據傳輸的帶寬要求

LTE系統在采用20Mbit/s帶寬的情況下采樣速率為30.72Mbit/s，此時在2×2 MIMO情況下BBU和RRU間數據傳輸帶寬為：30.72Mbit/s（采樣速率）×16（采樣精度）×2（I/Q兩路）×2（天線數)＝1966.08Mbit/s；3扇區容量配置下的BBU和RRU間總數據傳輸帶寬為：1966.08Mbit/s×3＝5898.24Mbit/s。在采用4×4 MIMO的情況下，接口速率將加倍。

對于10Gbit/s的SDH光纖傳輸網絡，考慮80%編碼效率，有效傳輸帶寬為8G，此時僅可以支持1個3扇區配置的BBU和RRU間數據傳輸帶寬要求。對于4×4 MIMO的應用情況下，需要40Gbit/s的光纖傳輸網絡才能夠滿足BBU和RRU間數據傳輸的帶寬要求。

可見，LTE系統中要實現BBU和多個RRU間的網絡化組網連接將占用大量的傳輸帶寬，目前的傳輸接入網傳輸帶寬難以滿足。

解決傳輸帶寬的最終方法就是盡量降低RRU和BBU間接口帶寬。對于LTE系統降低接口帶寬方法可采用降低采樣精度和降低需要傳輸數據的天線通道個數。目前LTE系統中在不影響系統性能的前提下上述兩種方法都是不可行的。因此，目前很難實現傳輸帶寬的降低。

5.2 BBU和RRU間數據傳輸時延要求

BBU和RRU間通過網絡傳輸引入的時延將對基站的上行接收和下行發射產生影響。上行主要影響接收的接入性能和解調算法，下行則會影響信號的覆蓋距離；對于TD-LTE系統，BBU和RRU間不同的傳輸時延還會影響不同基站間的空口同步。

SDH網絡的傳輸時延主要為光纖傳輸時延和SDH交叉復用設備的處理時延，傳輸時延相對固定，在盡量減少環路中交叉復用設備數量的情況下，可基本滿足BBU和RRU間對傳輸時延的要求。

IP網絡的傳輸時延相比SDH網絡具有較大的不確定性，容易受到網絡負荷變化的影響。由于IP網絡時延的不確定性，將為LTE BBU和RRU間數據傳輸帶來一定的不確定性，因此在采用IP網絡傳輸BBU和RRU間數據時，要使IP網絡的傳輸距離盡可能小并且IP網絡的負荷盡可能輕。

城域波分無源光網絡類似SDH網絡具有較小的時延，且時延相對固定，可基本滿足BBU和RRU間對傳輸時延的要求。對于TD-LTE系統，BBU和RRU可通過采用GPS或基于IEEE 1588的有線時間同步來保證RRU和BBU之間的上下行傳輸同步。下行方向，RRU和BBU根據GPS或基于IEEE 1588的有線時間同步定時約定下行發送時間，BBU根據傳輸延時及抖動情況可留出較多的提前量來保證下行的發射；上行方向，BBU側可通過一定深度的緩沖器（buffer）來進行數據的緩存，從而保證對上行數據的正確接收。

5.3 BBU和RRU間時鐘傳輸要求

BBU和RRU間時鐘傳輸的主要要求是保證RRU中載波頻率的長期穩定度至少滿足0.05ppm，即滿足5×10-8s的時鐘精度要求。

LTE系統中RRU將主要采用穩定度較高的時鐘晶振來實現，可滿足時鐘短時間穩定度要求；通過對SDH網絡采用相應的再定時方法，讓RRU中的時鐘頻率長時間同步到SDH網絡的BITS時鐘系統，可基本滿足RRU時鐘長時間穩定度要求。

在采用IP網絡進行BBU和RRU間數據傳輸時，由于IP網絡為異步網絡，目前網絡無法保證高穩定度時鐘的傳輸，需要將IP網絡升級支持Sync Ethernet來保證BBU和RRU間的時鐘穩定傳輸需求。

LTE系統中RRU采用基于GPS或基于IEEE 1588的有線時間同步時，輔以本地高穩晶振可實現較長期、高穩定度的時鐘輸出，以滿足時鐘短期和長期的精度要求。這種情況下RRU中時鐘穩定度可以不依賴傳輸網絡中的時鐘穩定度。

基于城域波分系統的BBU和RRU間網絡化組網。

在LTE系統中RRU采用GPS或基于IEEE 1588的有線時間同步的情況下，BBU和RRU間數據傳輸的主要難度是高的數據傳輸帶寬。通過分析可知，目前10Gbit/s的光纖傳輸網絡僅可支持1個3扇區配置的LTE BBU和RRU間數據傳輸帶寬要求。對于傳輸帶寬在10Gbit/s以上的數據傳輸，需要引入城域波分技術來實現。相比SDH，城域波分傳輸網絡更具成本上的優勢。

6 總結

通過以上分析可知，目前工程中暫時無法實現TDSCDMA基站池的建設，但是后期隨著城域波分設備的普及和成本降低，也不排除采用城域波分傳輸網絡作為BBU和RRU間數據傳輸的可能性。另外，我們將進一步研究基站系統設計方式，以降低BBU和RRU間的數據傳輸速率，實現BBU和RRU間數據的網絡化傳輸。