Развитые структуры базовых станций

Распределенные базовые станции

Распределенные базовые станции — это из вариантов макроячеек, в которых радиочастотные тракты расположены удалённо. Физическое расстояние между базовыми модулями BBU (baseband unit) и удалёнными радиомодулями RRU (remote radio unit) может изменяться от сотен метров до десятков километров. С точки зрения сотовых сетей, такая архитектура открывает возможности для реализации более гибкой топологии по сравнению с шестигранной топологией из централизированных базовых станций. Однако, в терминах архитектуры базовых станций самой по себе, настоящая разница заключается в том, что базовая станция должна иметь функцию работы с удалёнными радиомодулями, расположенными на каком-то расстоянии от центральных модулей. Это функциональность часто обеспечивается с помощью внутренних коммуникаций между модулей в пределах базовой станции, которая должна поддерживать стандарты оптической связи на большие расстояния, а также уметь рассчитывать и компенсировать задержку передачи от модуля RRU.

В общем случае, количество удалённых радиомодулей, поддерживаемых системой и необходимой пропускной способностью каналов связи распределенной структуры близко к классическим базовым станциям. Фактически, большинство распределенных и классических базовых станций, выпускаемых в настоящее время, представляют собой рабой варианты исполнения одного продукта, поддерживающего оба варианта. Следовательно,  требования к соединениям и архитектура обычно общие.

Системы c адаптивными антенными решётками

Системы с адаптивными антенными решётками базируются на принципе, что электронная диаграмма направленности может быть реализована из большого количества независимых зон покрытия в пределах географической области, обслуживаемой базовой станцией. Это требует значительного увеличения количества антенн по сравнению с классической реализацией. Цель такой архитектуры  — увеличить ёмкость и покрытие в определённой области.  Такие системы нормально развёртываются в городской и пригородной среде и дополняют классические базовые станции в высоконагруженных областях.

Формирование диаграммы направленности реализуется в обоих направлениях, и исходящем и входящем  и подразумевает интеллектуальную комбинацию сигналов от N базовых источников и M антенн (где N ≤ M) в порядке для формирования ортогональных лучей, несущих независимые пользовательские данные. Этот процесс включает три основные функции:

• калибровку приёмныхи передающих радиотрактов в базовой станции
• Расчётадаптивных весов для диаграммы направленности
• реализация самой сетевой диаграммы направленности

Сетевая диаграмма направленности требует доступа к множественным базовым частот и потоков радиоданных, что означает системная функция связи с модулем BBU, радио- или отдельно расположенного коммуникационного модуля идеально выбрана для реализации этой функции.

Допустимы различные конфигурации для систем с адаптивной антенной решеткой. Обычно их принято разделять на две категории: классические и интегрированные системы.

Классические системы с адаптивной антенной решеткой

Классические системы с адаптивной антенной решеткой  (ААА) базируются на архитектуре близкой к классическим базовым станциям (макросотам) с независимыми модулями, занимающимися базовой и радиообработкой. Система может быть реализована на основе централизованной или на основе рапределенной архитектуры и предоставляет емкость и покрытие сравнимые с макросотами. Архитектура классической ААА системы накладывает дополнительные требования по сравнению с классическими макроячейками:

• при значительном увеличении количества антенн, которые должны быть поддержаны, скорость передачи и количество соединений вырастают соответственно
• технология формирования диаграммы направленности (калибровка, вычисление весов и комбинирование сигналов) должна быть реализована в базовой станции. Если она реализована как часть внутренней связи, тогда классическая функция коммутации должна быть дополнена для поддержки этой дополнительной обработки I/Q радиовыборок, принятых от базового модуля и радиомодулей.

Структурная схема типовой классической базовой станции с адаптивной антенной решеткой приведена на рисунке 2.

Рисунок 2

Функция обработки I/Q (I/Q Switching) аналогична используемой в классической макросоте и может быть реализована либо часть модуля BBU либо в виде отдельного модуля. Функция формирования диаграммы направленности (beamforming) может быть реализована как часть модуля BBU, центрального коммуникационного модуля, радиомодуля RRU или распределена между несколькими модулями. Выбор места реализации зависит от архитектуры системы и требуемой гибкости, необходимой в данном приложении. В общем случае формирование диаграммы направленности ограничено индивидуальными радиомодулями,  то обработка адаптивной антенной решётки чаще всего реализуется самими радиоузлами, поскольку это минимизирует полосу пропускания для данных между модулями. В этот случае функции формирования диаграммы направленности обычно должна быть интегрирована в ПЛИС для цифрового радио. Если же формирование диаграммы направленности распределена между несколькими радиотрактами, то операции адаптивной антенной решётки должны выполняться в центре системы и, следовательно, реализована в модуле внутренней связи (Interconnect Module) либо как часть обработки I/Q в центральном базовом модуле BBU. На рисунке 2 изображены все возможные точки реализации функционала адаптивной антенной решетки.

Ссылки

1. Developing and Integrating a High Performance HET-NET (4G Americas white paper). October 2012.
2. LTE-Advanced, 3GPP (3GPP white paper, Jeanette Wannstrom). May 2012.
3. LTE Release 12: Taking Another Step Toward the Network Society (Ericsson white paper).January 2013.
4. LTE Release 12 and Beyond (Nokia Siemens Network white paper). October 2012.
5. CPRI Specification V6.0, Common Public Radio Interface (CPRI): Interface Specification.30 August 2013.
6. Open Base Station Architecture Initiative: BTS System Reference Document, Version 2.0.27 April 2006.
7. Open Base Station Architecture Initiative: Reference Point 3 Specification, Version 4.2. 18 March 2010.
8. ETSI Group Specification, Open Radio equipment Interface (ORI): Requirements for Open Radio equipment Interface (ORI) (Release 1), ETSI GS ORI 001, V1.2.1. August 2012.
9. ETSI Group Specification, Open Radio equipment Interface (ORI): ORI Specification, Part 1: Low Layers (Release 1), ETSI GS ORI 002-1, V1.1.1. October 2011.
10. IEEE Standard for Information Technology – Telecommunications and Information Exchange between Systems – Local and Metropolitan Area Networks, Specific Requirements Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications, IEEE Std 803.2-2008. 26 December 2008.
11. ITU-T Series G: Transmission Systems and Media, Digital Systems and Networks, Timing Characteristics of Synchronous Ethernet Equipment Slice Clock (EEC), G.8262/Y.1362. August 2007.
12. IEEE Standards, IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems, IEEE Std 1588-2002. 8 November 2001.

Источники

• http://xilinx.eetrend.com/files-eetrend-xilinx/download/201501/8130-15663-wp450-base-stn-connect.pdf

Материал предназначен для использования в образовательных целях