多載波技術(shù)在GSM中的應(yīng)用

1、MCPA多載波技術(shù)在GSM中的應(yīng)用2009-12-30     作者：呂錢浩（中興通訊） 寬帶化GSM基站演進(jìn)方向    GSM全球用戶數(shù)有望在2009年底突破歷史性的35億。作為移動通信系統(tǒng)最重要的一部分，GSM 無線側(cè)系統(tǒng)即GERAN（GSM EDGE Radio Access Network）設(shè)備也隨著標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和社會的變化而不斷前進(jìn)， GSM基站的發(fā)展歷史就是無線技術(shù)發(fā)展的縮影。按照對于規(guī)范的順從和關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，當(dāng)前GSM 基站已經(jīng)走過了四代歷程，如圖1。    圖1 GSM基站發(fā)展歷程及

2、關(guān)鍵技術(shù)特征    眾所周知，GSM是窄帶數(shù)字通信系統(tǒng)，第一代和第二代GSM基站都是采用單密度STRU（TRX）射頻模塊。隨著射頻器件的小型化和DSP（數(shù)字信號處理）技術(shù)的發(fā)展，在第三代和第四代基站中出現(xiàn)了現(xiàn)在普遍使用的雙密度載波射頻模塊DTRU（Dual Density TRX Unit）。雙密度模塊將兩個單密度射頻模塊封裝在一個單元內(nèi)，成倍提高了基站的容量和集成度。但無論是STRU還是DTRU，其本質(zhì)上都屬于窄帶單載波技術(shù)，即每一個載波對應(yīng)一個獨(dú)立的射頻通道。    隨著運(yùn)營商越來越關(guān)注降低TCO和平滑演進(jìn)，經(jīng)濟(jì)、綠色、快速、高效

3、的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、擴(kuò)容和演進(jìn)成為運(yùn)營商競爭制勝的關(guān)鍵。這時傳統(tǒng)的單密度或雙密度載波模塊無法滿足上述需求，第五代基站應(yīng)運(yùn)而生。第五代基站支持3GPP R7/R8和即將凍結(jié)的R9版本的增強(qiáng)EDGE及其后續(xù)演進(jìn)，在GSM制式上可以提供高達(dá)24M的空中接口速率，同時實(shí)現(xiàn)了對WCDMA、HSPA甚至LTE的支持?；炯啥冗M(jìn)一步提高，接口標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化進(jìn)一步成熟，多?；竞腿獻(xiàn)P的多任務(wù)基站控制器成為主流，可以完美支持多無線電融合網(wǎng)絡(luò)。2002年10月，由多家電信設(shè)備制造商、模塊供應(yīng)商和元器件廠商發(fā)起建立了OBSAI組織（Open Base Station Architecture Initiative）。O

4、BSAI的最終目標(biāo)是建立一個開放的BTS設(shè)備制造市場，以使更多的模塊和元器件廠商參與BTS相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)模塊的研發(fā)和制造，以進(jìn)一步降低成本和提高性能。這樣，電信設(shè)備制造商只需集成相應(yīng)的模塊就可完成BTS設(shè)備的研發(fā)和制造，從而大大縮短開發(fā)周期和降低成本。類似的機(jī)構(gòu)組織還有CRPI。因此，模塊化IP系統(tǒng)架構(gòu)和多模將是BSS未來發(fā)展的一個重要特征。第五代基站系統(tǒng)還可能支持MIMO（多輸入多輸出）和OFDM（正交頻分復(fù)用），并引入軟件無線電，配合寬帶多載波功放技術(shù)的日趨成熟和成本降低，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟件基站。    可見第五代基站的核心是基于寬帶多載波技術(shù)的開放式架構(gòu)。

5、寬帶多載波技術(shù)也就是將寬帶多載波功放技術(shù)（Multiple Carrier Power Amplifier，MCPA）引入GSM射頻模塊，來替代傳統(tǒng)的窄帶模擬功放，從而實(shí)現(xiàn)射頻的寬帶化。    如圖2所示，MCPA的核心在于信號首先在數(shù)字中頻部分進(jìn)行合路，然后通過寬帶功放輸出，這就意味著一個物理模塊可以根據(jù)需求軟件配置為多個邏輯無線子載波而無須合路，這無疑有助于基站向更高集成度、更大容量、更低功耗方向前進(jìn)，將會極大的降低TCO。同時目前廣泛用于WCDMA MCPA模塊的DPD（Digital Pre-Distortion）等技術(shù)均可廣泛用于GSM基站，這樣將進(jìn)一步

6、提升GSM基站的業(yè)務(wù)支撐能力。實(shí)際上，采用了MCPA技術(shù)的GSM基站相當(dāng)于GSM基站的3G化甚至4G化，這無疑會極大提升GSM網(wǎng)絡(luò)的生命周期。    圖2 MCPA多載波模塊    多載波技術(shù)早在2002年就已經(jīng)在WCDMA基站上得到商用，其后在CDMA和TD-SCDMA廣泛應(yīng)用，但是直到2008年才率先由中興通訊等國內(nèi)制造商引入GSM領(lǐng)域。為什么有如此之多優(yōu)越性的MCPA最后才用于GSM呢？原因有以下幾點(diǎn)，首先是技術(shù)，WCDMA、CDMA等均為寬帶多載波制式，而GSM僅有200k頻率帶寬，頻率越窄，IF（中頻）和DAC（數(shù)字轉(zhuǎn)換）的

7、設(shè)計難度就越大；其次是成本因素，由于MCPA成本在初期較高，因此不適合于大規(guī)模部署的GSM制式；第三是標(biāo)準(zhǔn)因素，由于3GPPR8版本以前的GSM標(biāo)準(zhǔn)對于多載波等尚未涉及，因為多載波引入GSM在標(biāo)準(zhǔn)上也是空白。但由于市場潛力、架構(gòu)更新、降低成本、標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)等多方面因素，各主要GSM無線設(shè)備供應(yīng)商高度重視GSM的發(fā)展，基站產(chǎn)品向著更高密度、更小體積、更低功耗、范圍更廣的應(yīng)用靈活度、支持高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及支持多無線網(wǎng)絡(luò)的融合方向發(fā)展，尤其是無線關(guān)鍵技術(shù)之一的射頻模塊技術(shù)的研發(fā)更備受重視，以期降低成本，提高性能，以適應(yīng)新技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)帶來的要求，因此MCPA引入GSM就顯得水到渠成了。多載波GSM基站，降低

8、TCO的利器快速建網(wǎng)，綠色覆蓋    傳統(tǒng)GSM基站的典型容量是12TRX，中興通訊2007年推出的業(yè)界最大雙密度基站容量也僅為18TRX。采用多載波技術(shù)以后，一個MCPA功放支持6個GSM載波，三倍于傳統(tǒng)的DTRU，且基站體積更小，單機(jī)柜可以支持高達(dá)36TRX的配置，疊加后支持72TRX。使用多載波技術(shù)后就不用寬帶合路器或空腔合路器了，減少了設(shè)備的故障點(diǎn)，也減少了插入損耗，因此其覆蓋能力優(yōu)于傳統(tǒng)GSM基站。    此外，多載波模塊可以靈活實(shí)現(xiàn)功率資源共享（功率池），可以靈活地實(shí)現(xiàn)覆蓋-容量模式之間的動態(tài)轉(zhuǎn)換，能進(jìn)一步提升基站的覆蓋范

9、圍。    在DPD等技術(shù)的幫助下，MCPA的功放效率進(jìn)一步提高。由于MCPA具備獨(dú)特的載波池，功率資源可以根據(jù)不同載波的話務(wù)量和所需功率動態(tài)分配，保證了功放輸出功率分配的靈活性和有效性，實(shí)際上也提高了基站的能源利用率。此外MCPA無需普通合路器之后，功率從載頻輸出之后的損耗大幅減少，因此在同樣覆蓋范圍下所需要的載頻功率大幅度降低。例如中興通訊采用MCPA的BS8800 SDR基站功耗僅為同樣配置下傳統(tǒng)GSM基站的70%甚至更低，如圖3所示。     圖3 MCPA多載波GSM基站降低CAPEX和OPEX 

10、0;  多載波GSM基站高集成度、低功耗、高輸出功率的優(yōu)勢，將大幅降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)所需要的基站數(shù)目，從而實(shí)現(xiàn)快速建網(wǎng)，綠色覆蓋?？鞓愤\(yùn)維，平滑擴(kuò)容    多載波模塊提高了基站集成度，降低了基站數(shù)目，從而也大幅降低了運(yùn)維成本和運(yùn)維難度，并可實(shí)現(xiàn)平滑擴(kuò)容。    例如GSM運(yùn)營商在建網(wǎng)初期配置為S222，后期隨著用戶數(shù)目增長需要擴(kuò)容到S666，若采用常規(guī)雙密度載波，那么需要再增加一個機(jī)柜和6個DTRU模塊，費(fèi)用昂貴。而采用MCPA技術(shù)后，運(yùn)營商僅在運(yùn)維中心進(jìn)行軟件配置即可，無需去站點(diǎn)增加硬件或修改連線配置，這樣無疑降低了擴(kuò)容難度，節(jié)

11、省了運(yùn)營商的人力資源和硬件費(fèi)用。綠色演進(jìn)    無線標(biāo)準(zhǔn)的多樣化和網(wǎng)絡(luò)部署的日趨復(fù)雜為運(yùn)營商長期可持續(xù)發(fā)展帶來巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的GSM基站無法實(shí)現(xiàn)平滑擴(kuò)容，而采用了MCPA技術(shù)的GSM基站則為實(shí)現(xiàn)SDR基站奠定了基礎(chǔ)。SDR（Software Defined Radio，即軟件無線電）技術(shù)設(shè)計和開發(fā)的基站系統(tǒng)，與傳統(tǒng)基站最大的不同之處在于其射頻RU單元具備軟件可編程和重新定義的能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了智能化的頻譜分配和對多標(biāo)準(zhǔn)的支持。基于寬帶多載波技術(shù)的GSM基站可在連續(xù)的20MHz頻帶范圍內(nèi)通過軟件配置同時支持GSM/WCDMA/LTE等多種制式，完成對多制式射頻信號的收

12、發(fā)處理。實(shí)際組網(wǎng)中可將射頻模塊配置成GSMWCDMA雙模，也可配置成WCDMA+LTE雙模，還可配置成GSMWCDMALTE多模，從而實(shí)現(xiàn)射頻單元在同頻段多制式情況下的融合和演進(jìn)，達(dá)到綠色演進(jìn)的目標(biāo)。    基于寬帶多載波技術(shù)的GSM新一代SDR基站解決方案，對運(yùn)營商的意義在于它不僅能出色滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中多制式、多頻段建網(wǎng)的需求，還能幫助運(yùn)營商隨著市場環(huán)境的變化對網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展策略和方向進(jìn)行及時有效的調(diào)整，以保證網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)競爭力和持續(xù)盈利能力。展望未來    2010年后，基于多載波技術(shù)的GSM基站的進(jìn)一步演進(jìn)可能是一個符合標(biāo)準(zhǔn)扁平化趨勢的I3BSS（智能化、信息化、IP化的接入網(wǎng)），向高級和低級兩極分化，將可能把BSC和核心網(wǎng)的功能融入Master BTS內(nèi)（即整