光移動回程小蜂窩面臨的挑戰(zhàn)及解決方案

張風(fēng)環(huán)

(蘭州交通大學(xué)電子與信息工程學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

隨著城市建設(shè)發(fā)展及居民環(huán)保意識的增強(qiáng)，站點(diǎn)選址越來越困難，傳統(tǒng)的宏覆蓋遇到了建網(wǎng)及覆蓋的瓶頸，城市中存在越來越多的無線覆蓋盲點(diǎn)或弱覆蓋區(qū)域?，F(xiàn)有以宏蜂窩站為主的網(wǎng)絡(luò)部署已經(jīng)很難滿足容量需求，隨著小蜂窩部署致密化的快速發(fā)展，無線接入天線越來越接近的用戶終端從中受益，最值得注意的是，下一代光的回程與其他接入網(wǎng)絡(luò)的收斂性相比具有很好的優(yōu)勢［1－2］。

1 小蜂窩光移動回程網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)優(yōu)勢

用戶終端的期望和交通需求是數(shù)據(jù)速率的提升，要實(shí)現(xiàn)這種期望望和需求就要進(jìn)行移動網(wǎng)絡(luò)的改造。這種轉(zhuǎn)型是表現(xiàn)在一些經(jīng)?？梢姷男袆踊蛴媱澐矫?，這樣的移動網(wǎng)絡(luò)宏觀改進(jìn)需要通過致密化或其他方式，及對小蜂窩作為補(bǔ)充大蜂窩的演進(jìn)。事實(shí)上，其代表的是不同的但兩端同時活躍的一個連續(xù)體，平行于部署的小蜂窩，有較高的容量增益可通過宏觀的改進(jìn)達(dá)到致密化。

今天，隨處可看到一個較快的發(fā)展趨勢，站點(diǎn)間的宏觀網(wǎng)格部署間的距離＜200 m與超過容量十倍的增加相比，站點(diǎn)的間距改進(jìn)到原來的兩倍。致密化現(xiàn)有的宏觀網(wǎng)格不一定是唯一替代的無線接入服務(wù)。在其特點(diǎn)和功能中:高階分區(qū)、通過載波聚合續(xù)譜、頻率選擇性調(diào)度、多輸入多輸出的擴(kuò)展并增加接收分集，可有助于改進(jìn)系統(tǒng)容量和用戶數(shù)據(jù)率［3－5］。

添加小蜂窩需要補(bǔ)充微宏觀層和WiFi區(qū)，以及專用的室內(nèi)解決方案。給出了移動寬帶網(wǎng)絡(luò)多樣性，運(yùn)營商和系統(tǒng)供應(yīng)商通常認(rèn)為，有很多努力是持續(xù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的透明度最終用戶和簡化操作的服務(wù)提供者。經(jīng)常提出的臨界特征在這方面是無線電的協(xié)調(diào)，共同交通網(wǎng)絡(luò)的管理，和通用光網(wǎng)絡(luò)化移動寬帶無線接入其回程。有時相對某些功能的必要性可挑戰(zhàn)由新模型在滿足移動寬帶數(shù)據(jù)需求的明天，例如運(yùn)行在不同的載體小蜂窩相比現(xiàn)有的宏觀層，從而降低要求在集中式無線電之間的協(xié)調(diào)層，準(zhǔn)備采取下一代移動回程網(wǎng)絡(luò)措施，因此需要某些因素潛在影響基礎(chǔ)設(shè)施。

1.1 小蜂窩光移動回程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線接入網(wǎng)絡(luò)，一個最終目標(biāo)回程的解決方案是將天線連接到一個服務(wù)優(yōu)勢這種連接可以經(jīng)常涉及各種傳輸方案，包括模擬和數(shù)字在各種媒體上如光纖，微波和銅。作為一個光纖接入和有趣的挑戰(zhàn)光配電網(wǎng)(ODN)，一種方法在實(shí)現(xiàn)吸引了越來越多的關(guān)注最終用戶操作的靈活性，透明度和在促進(jìn)上述特征，包括集中式無線電協(xié)調(diào)是分裂單片基站到一個遠(yuǎn)程無線電單元(RRU)提供空中接口，和一個基帶單元(BBU)中的信號從空中接口處理，這種方法也很熟悉“遠(yuǎn)程”。RRU和BBU之間的協(xié)議是典型的公共廣播接口，CPRI本質(zhì)上是一種以時分多路復(fù)用(TDM)為基礎(chǔ)的協(xié)議進(jìn)行數(shù)字采樣的模擬信號收發(fā)天線。這種連接的解決方案往往被稱為“前牽引”，這里不強(qiáng)調(diào)其不同于傳統(tǒng)的回程［6］。

有很多司機(jī)的主要遠(yuǎn)程部署，從創(chuàng)建在BBU集群為減少小蜂窩干擾或簡化小蜂窩和大蜂窩的網(wǎng)站，全面演進(jìn)的主要目的是在較低的資本和運(yùn)營費(fèi)用高集中度。雖然CPRI可在諸多方面壓縮，比相應(yīng)的基于分組接入方案，其將典型的生成順序更重要的物理位每秒超過了其鏈接，其也提出了很高的在延遲方面的要求。在很大程度上，主要的遠(yuǎn)程在一個良好的成本模型演化鉸鏈上傳輸和處理，并在更多實(shí)際應(yīng)用中，有足夠的可持續(xù)性資源。

1.2 回程網(wǎng)絡(luò)的光學(xué)分組

光纖接入是主干遠(yuǎn)程解決方案的一個關(guān)鍵因素，列如透光訪問和配電網(wǎng)絡(luò)的增加和開辟豐富的新能源，預(yù)計主要的遠(yuǎn)程方法可以使小蜂窩獲得動力，作為一種方法提高無線接入的質(zhì)量和能力，以簡化宏和小蜂窩的網(wǎng)站，同時解決小蜂窩面臨的減化同步和安全小蜂窩的挑戰(zhàn)，以提高在密集的大、小蜂窩共享資源部署［7］。

上述主干遠(yuǎn)程中最重要的選擇回程是基于包的回程，其中有許多變種。雖小分組接入?yún)^(qū)是許多學(xué)科較廣的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，主題通常要解決的是一個半獨(dú)立的方式媒體使用。然而，不同媒體提供層以上不同的機(jī)會。ODN提供每比特的高容量和低成本，基于分組的回程解決的小蜂窩可能會導(dǎo)致傳統(tǒng)方法產(chǎn)生顯著的平衡比，例如不太先進(jìn)的包開關(guān)功能，可以部署在小的區(qū)，而更先進(jìn)的功能如分類和過濾可推遲一個中心站點(diǎn)。

1.3 超密集小蜂窩

通常在室內(nèi)，一般移動行業(yè)目前高度重視企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或大型場館室內(nèi)公共系統(tǒng)。一種趨勢是基礎(chǔ)設(shè)施的融合以滿足建筑的整個無線通信的需求。由于現(xiàn)有的分布式天線系統(tǒng)，WiFi和其他室內(nèi)段的發(fā)展支持高容量的連接，系統(tǒng)供應(yīng)商、企業(yè)租戶和地點(diǎn)業(yè)主將尋找機(jī)會以鞏固室內(nèi)無線接入。

在小蜂窩自發(fā)放電活動通過一個共同的ODN和宏電池包回程部署和連接到現(xiàn)有的宏網(wǎng)站，然后隨著小蜂窩數(shù)量的增長，其宏單元也可能會遷移到一個主干遠(yuǎn)程，從而避免過度轉(zhuǎn)接CPRI交通在ODN。隨著一些光學(xué)連接小蜂窩生長，現(xiàn)有的和新的移動回程是越來越吸引到光學(xué)領(lǐng)域接入和匯聚。

到目前為止，還沒有明確提到住宅室內(nèi)移動接入，不是因為課題具有挑戰(zhàn)性，而是由于問題不遵循早期或自然在傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)中的討論。毫微微區(qū)可被看作是一個例外，但這些主要是由其他功能驅(qū)動，例如有限的室內(nèi)覆蓋。然而在光的滲透大幅增加的今天，實(shí)現(xiàn)光纖到家的部署和豐富的波長，應(yīng)該重新審視未來的小蜂窩，室內(nèi)覆蓋在特定的環(huán)境中的作用。目前一個合格的移動網(wǎng)絡(luò)是能夠使所有用戶的網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)在室內(nèi)活動，在其家中使用。

2 實(shí)現(xiàn)小蜂窩光移動回程的解決方案

移動和固定業(yè)務(wù)快速集成在某種程度上已經(jīng)產(chǎn)生，通過融合解決方案的服務(wù)優(yōu)勢無關(guān)訪問類型和一個基本的方法沒有網(wǎng)絡(luò)的參與，具體地說，智能手機(jī)和平板電腦有在創(chuàng)建用戶設(shè)備，LED的方式連接，或多或少地存在自由裁量權(quán)，來3GPP和WiFi系統(tǒng)。對于居家“固定”一般的寬帶連接，這是非常有可能的，絕大多數(shù)設(shè)備最終將進(jìn)行無線連接，通過WiFi和3GPP無線接入。從進(jìn)一步的進(jìn)化可以預(yù)計，從提高用戶終端驅(qū)動的“固定－移動”無目的的選用對無線接入，例如多鏈路路徑無縫的結(jié)合能力不同于平行的無線訪問。超高密度無線接入點(diǎn)可能出現(xiàn)的住宅和演變以類似的方式，作為企業(yè)，結(jié)合3GPP無線接入和WiFi。為充分授權(quán)的智能終端它還可以創(chuàng)建新的需要服務(wù)邊緣。

3GPP和WiFi根本的差異是前者本身是主干遠(yuǎn)程分體式，后者結(jié)構(gòu)限制這種分裂的實(shí)用性，特別是無線電接入速度和距離，這主要是由于無線資源和介質(zhì)訪問協(xié)議的存在。在時間上，它可能導(dǎo)致住宅接入點(diǎn)支持類似回程，即基于分組為WiFi和3GPP CPRI。在大多數(shù)情況下可以設(shè)想3GPP無線接入技術(shù)及其演化提供連接的服務(wù)來滿足可預(yù)見的住宅用戶和延遲的需要。這種方式主要是驅(qū)動將低成本，對客戶的能源效率和簡單性側(cè)，只涉及一個無線電頭或RRU。

2.1 毫米波點(diǎn)到多點(diǎn)的回程結(jié)構(gòu)解決方案

點(diǎn)到多點(diǎn)的系統(tǒng)本質(zhì)上是由一個單一的廣播或集線器的功能終端持續(xù)與多個遠(yuǎn)程終端鏈接。通過這種功能來支持N點(diǎn)無線電聯(lián)系只有(N+1)點(diǎn)的收音機(jī)，這是在PTP系統(tǒng)中PMP的根本優(yōu)勢，相比2 n收音機(jī)支持相同的N點(diǎn)鏈接這需要承擔(dān)更高的成本。此外，由于不需要專門為N到N設(shè)立連接端點(diǎn)，PMP架構(gòu)可有效地管理稀缺頻譜資源。

盡管傳統(tǒng)的PMP回程能在10 GHz或28 GHz頻帶操作，提高資源利用率，但微波技術(shù)不能為未來市場提供滿足帶寬方面所需的功能要求。

毫米波技術(shù)能夠?qū)ξ磥淼囊恍?yīng)用程序的需要進(jìn)行較好的定位。基于頻率較低的解決方案，微波無線系統(tǒng)可以滿足短期的帶寬需求。然而，當(dāng)這樣的解決方案的成本和頻譜的成本相比，毫米波的解決方案比其他解決方案顯得更有吸引力，如鋪設(shè)小蜂窩塔。因此，毫米波技術(shù)，特別是在Q(40.5～43.5 GHz)，適合新的回程場景和固定的服務(wù)需求，其主要優(yōu)點(diǎn):(1)大量光譜帶寬適用于較寬的通道。(2)自適應(yīng)吞吐率，效靈活的部署結(jié)構(gòu)。(3)支持靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。(4)完整和輕便的設(shè)備。(5)簡單和成本最低的分布光纖點(diǎn)。(6)低輻射水平。

此外，Q帶鏈接可以承受高干擾和各種氣候條件。經(jīng)比較后，信號57～64 GHz頻譜(U－波段)取決于氧分子的共振，因此這是嚴(yán)重的衰減譜傳播，這種傳播結(jié)果導(dǎo)致的鏈接范圍很短。70～80 kHz頻譜(E頻段)是專為 PTP微波鏈接，可能是一個低成本集成的MMIC模塊。因此，毫米波的PMP方案已在薩拉班德結(jié)構(gòu)提出了一個有效的解決方案，可在一個回程LTE小蜂窩內(nèi)通過經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式實(shí)現(xiàn)的所要求功能。

2.2 薩拉班德結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

薩拉班德網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是一個分層，PMP基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)由節(jié)點(diǎn)相連的無線電傳輸，并通過遠(yuǎn)程管理回程網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)實(shí)例。該解決方案架構(gòu)作為一個分布樹連接服務(wù)提供商存在點(diǎn)(POP)的中繼節(jié)點(diǎn)的最終到達(dá)用戶終端，分組終端是移動基站。建筑采用了1 GHz范圍的發(fā)射機(jī)，且可裝多路獨(dú)立渠道，聚集數(shù)100 Mbit·s－1，以實(shí)現(xiàn)半雙工時分雙工(TDD)頻道提供所要求的吞吐量。

2.3 潛在的無線寬帶系統(tǒng)

在大規(guī)模部署的主干遠(yuǎn)程住宅ODN小蜂窩服務(wù)的家庭設(shè)備中，CPRI處理成為可擴(kuò)展性的重要解決方案，使小蜂窩自發(fā)放電活動以菊花鏈?zhǔn)皆谥醒朕k公室或光線BBU終止之前，CPRI允許TDM聚集。然而，在超高密度的情況下，相對于傳達(dá)數(shù)字無線電信號樣本會使電信業(yè)20年在TDM層次上允許CPRI發(fā)揮更大的作用，給終端用戶上層鏈接RRU也預(yù)設(shè)了一個精細(xì)的時分交換結(jié)構(gòu)，在一個網(wǎng)絡(luò)固有的問題上由于復(fù)雜的分界點(diǎn)服從任何中央位置管理，多廠商CPRI開關(guān)會更容易處理更高的網(wǎng)絡(luò)，簡化了RRU作為這些將從嵌入CPRI開關(guān)被釋放的功能。為了避免CPRI復(fù)用每個連接需要天線較低的功能。

住宅光連接服務(wù)及其管理可以利用增加部署天線的靈活性及其服務(wù)之間的邊緣。光纖接入資源管理在中心天線和無線接入管理處使用無線功能網(wǎng)絡(luò)區(qū)。一個靈活的ODN有效地支持主要的遠(yuǎn)程連接，對天線開辟了一個非常活躍和需求驅(qū)動的供應(yīng)廣播基帶功能，并具有較高的資源池。

3 結(jié)束語

對小蜂窩與其的光分布和連通網(wǎng)絡(luò)的使用情況從移動當(dāng)前進(jìn)化外推和住宅接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了介紹。這表明進(jìn)一步尋找潛在的轉(zhuǎn)化小蜂窩和光纖接入，創(chuàng)建一個新的住宅無線接入的生態(tài)系統(tǒng)有較大壓力。本文提出了波段PMP回程建筑工程中提出的薩拉班德體系結(jié)構(gòu)。該解決方案在一個具有成本效益上利用PMP傳輸方式波段光譜提供多Gbit·s－1的容量，此外這種體系結(jié)構(gòu)為小蜂窩的固定接入和OPEX回程提供了優(yōu)勢。

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