新一代WCDMA基站時代來臨
2006/4/4 13:26:54
南京銀線科技有限公司 供稿
根據移動通信基站技術發展歷程以及WCDMA基站技術的發展趨勢看，一般每隔4～5年就會出現基站的升級換代；WCDMA基站無論從市場要求還是基站技術本身的發展都驅使新一代基站的到來。WCDMA新一代基站采用模塊化結構、低成本、高性能，華為新一代基站引領WCDMA基站技術的發展。
基站的發展和演進概述
移動通信經歷了從模擬向數字、從窄帶向寬帶發展。基站作為移動通信網絡的最為關鍵的設備，其發展與移動通信技術的發展密切相關。GSM系統從1991年在歐洲開通第一個商用系統以來，歷經十五年的發展，從最開始沒有QoS的要求到目前全球網絡用戶數超過15億用戶。移動通信市場發展促使基站技術不斷發展，每隔幾年就有更高性能的新一代GSM基站推出。如下圖所示，基站發展和演進情況。從GSM基站技術的發展歷程可見，每隔4～5年就會出現基站的升級換代。
UMTS網絡從2001年在日本開通第一個商用網絡，發展到2005年底，全球商用網絡數超過100多個，總用戶數超過4000萬用戶，WCDMA已經進入其發展快車道。業界第一代WCDMA基站主要于1999年-2002年期間推出，每一款基站的出現都是由于市場需求的改變、技術的進步作用的。從WCDMA發展的市場需求以及技術的發展看，新一代WCDMA基站技術時代已經來臨。
WCDMA市場要求新一代基站來臨
第三代移動網絡經過幾年的發展，網絡規模越來越大、網絡的可靠性要求越來越高、網絡部署的困難越來越大。市場發展特點要求WCDMA基站特性具有高性能、低成本、靈活部署、面向未來。WCDMA新一代基站采用模塊化設計，集成度高、功能強大、功耗低、運維成本低，符合市場對3G基站的要求。
高性能
3G意味著全新的移動通信技術，因此運營商對基站性能無疑有了更高的要求。移動基站數量巨大，分布廣泛，應用條件千差萬別，基站性能的好壞也就極大地影響網絡的質量。因此，如何提高基站性能，保證網絡質量，是當前主要無線通信設備廠家面臨的關鍵問題之一，也是運營商選擇基站型號首先考慮的因素。新一代基站集成度高、可靠性高，支持全性能的HSDPA，滿足市場的高性能要求。
低成本
3G時代激烈競爭的運營市場促使運營商在提高服務水平的同時，也致力于千方百計降低網絡部署和運營成本，加之設備商的市場競爭同樣激烈，3G基站的成本壓力正在前所未有地加大。基站設備成本占移動通信網絡設備成本超過80%。所以業界無論是設備商還是運營商都非常關注如何能在3G基站上更省錢。新一代基站技術采用全新的ASIC設計，使得系統處理簡單、集成度更高，由此可大幅降低基站設備的部署成本；同時新一代基站采用高效率的功放技術，耗電少，降低了運維成本。
靈活部署
根據以往部署移動通信網絡所遇到的問題，可以預見3G網絡的部署可能面臨的挑戰。城區站址資源已被耗盡，傳統基站部署存在不可克服的困難。同時，人們對環保意識增強，也加大了今后3G站址建設位置的選擇難度。新一代基站擁有靈活的分布式基站形態，是解決運營商站址困難、實現靈活部署的有效解決手段。
面向未來
3G移動通信技術標準的快速演進超出了原有通信領域的發展速度，而這種高速的演進帶來了無線基站的升級成為運營商最為頭疼的問題。以開放的、模塊化的系統結構為核心的基站技術被普遍認為是3G基站發展趨勢。新一代基站具有開放的、模塊化的系統結構，功能實現靈活、系統改進與升級方便、多載波收發信機實現軟件平滑擴容，符合運營商網絡建設面向未來的要求。
技術發展造就新一代基站來臨
新一代基站的出現，離不開3GPP標準的成熟，移動通信技術的發展為新一代基站出現創造了條件。同時基站關鍵技術突飛猛進的發展驅使基站發展得更小、更省電、成本更低、可靠性更高。
標準制定為新一代基站創造了條件
WCDMA標準有R99、R4、R5、R6等幾個版本，與基站相關的無線部分R99/R4標準在2000年才凍結，業界不同設備廠家于1999年-2002年期間推出了各自的WCDMA第一代基站，其技術標準都是基于3GPP R99/R4。而支持高速數據業務HSDPA功能主要集中在R5版本，其功能凍結時間是2002年，所以第一代基站支持HSDPA的能力是有限的。按照一般的開發流程，在標準基本功能凍結后，開始進行芯片設計和基站架構設計，所以從3GPP組織制定的WCDMA標準進程符合新一代基站時代的來臨。
同時在基站結構標準化的進程方面，在2003年6月由華為、愛立信、NEC、西門子和北電發起成立了一個CPRI(通用公共無線接口)標準化組織，致力于基帶、射頻接口的標準化，為新一代基站架構體系的形成鋪平了道路。
關鍵技術的發展驅使新一代基站出現
基站關鍵技術突破包括高效率的功放技術、高集成度的多載波射頻技術和高集成度的ASIC基帶處理技術。
基站功率放大器線性化程度更高，從而降低功耗，減少成本并提高可靠性。數字預失真處理技術(DPD)成功用于WCDMA基站，使得功放效率從傳統基站功放效率9%提高到19%。更高效率的功放技術Doherty在WCDMA基站應用方面已經獲得突破，Doherty功率放大器采用載波放大器和峰值放大器分別對寬帶信號的載波部分和峰值部分放大，成功的把WCDMA基站功放效率推到了一個新高，達到27.6%。功放技術線性化提高后，功放穩定性獲得增強，并且支持更寬的信號頻帶，配合高集成度的射頻器件，為基站收發信機實現多載波技術創造條件，使得基站功能模塊變得更小。
在基站設計中，高性能的ASIC(專用集成電路)設計，使得新一代基站采用全新的ASIC代替傳統的“DSP＋FPGA”設計。大大增強了基帶的處理能力強，實現更多用戶數和更大流量的HSDPA能力。
可見，關鍵技術的成功應用保障了體積更小、耗電更省、成本更低、可靠性更高的新一代基站出現。
新一代基站的基本特征
新一代基站所具有的特征主要是由市場需求和技術進步確定的。為了滿足運營商要求高性能、低成本、靈活部署、面向未來的組網要求，新一代基站應運而生。
集成的數字功放
隨著技術的發展，高效數字集成線性功放技術逐漸成熟，原有的獨立模擬功放技術正在逐步走向滅亡。新一代基站功放技術采用高效的DPD功放技術和Doherty功放技術。DPD技術和Doherty技術數字功放和寬帶收發信機結構相互結合，充分發揮其優勢，這是新一代基站最重要的特征。
采用DPD功放技術后，功放效率從9%提高到19%，采用Doherty功放技術后，功放效率達到27.6%。研究表明，考慮一個5000個基站的本地網，計算一年所需要的電費，采用新一代基站將會比傳統基站為運營商節省1470萬元RMB(3×1配置，電費按照0.7元/度計算)。新的功放技術帶來的不僅是電費的節省，還使更高的集成度、更大的容量和更好的穩定性。
多載波收發信機
新一代基站收發信機采用高集成度的射頻器件，支持更寬的信號頻帶，實現多載波技術。新一代基站射頻模塊由于功耗的降低，生產工藝的簡化，功放效率的提高，在節省電能的同時，也降低了對基礎電源和整機散熱的要求，增加了設備的穩定性，可以有效降低運營商在運維方面的投入，提高經濟效益。
3G網絡的建設不僅需要在啟動初期進行良好的覆蓋規劃，而且需要考慮到運營過程中長期的容量規劃，新一代基站具有的多載波寬帶收發信機技術很好的滿足了運營商的這方面需求，一個TRX可以支持多個載波，不僅降低了設備成本，而且未來的網絡升級更為簡便。
全性能HSDPA
全球3G市場度過了較長的低迷期后，開始進入快速發展階段，用戶對網絡性能的要求越來越高，無線數據業務速率已經成為運營商關注的重點。HSDPA融合了移動通信與寬帶接入的優勢，將大幅度提高移動網絡的業務承載能力。如何提供全性能的HSDPA技術，在網絡開始階段就支持更多的數據用戶接入，以及15個碼字的全速率數據業務，已經成為當前建網的新趨勢。新一代基站支持全性能的HSDPA能力，采用ASIC芯片組，一步到位支持最大15 HS-PDSCH碼/CELL，支持全部12種速率UE，從而更好的保護運營商的網絡投資。所以支持全性能的HSDPA也是新一代基站的重要特征之一。
開放的CPRI接口
為了解決3G網絡建設中站址困難，實現靈活部署、低成本建網要求，新一代基站支持開放的公共無線接口(CPRI)。新一代基站可以把宏基站的部分載波通過標準的CPRI接口拉遠實現分布式組網。同時新一代基站出現了一種嶄新的基站形態——分布式基站，基帶處理部分(BBU)和射頻收發信機部分(RRU)設計成單獨的模塊，分布式基站不僅帶來了快速便捷的網絡部屬，而且有利于大幅降低運營商建網的成本，使運營商的CAPEX和OPEX大為降低，逐步成為了運營商關注的焦點。
新一代WCDMA基站時代已經來臨
新一代基站的現狀
從GSM和WCDMA的發展歷程來看，基站的演變在4～5年內將會有一次比較大的更新。所以WCDMA基站從2000年左右開始第一代的商用基站推出以后，在2005年和2006年應該是新一代基站走向市場的時代。第一代UMTS基站已經逐漸不能滿足運營商對建設高性能，低成本的網絡需求，因此，有必要推出新一代的UMTS基站來滿足客戶的需求，在提高運營商網絡質量的同時，有效降低運營商的網絡建設和維護成本。
進入2005年后，WCDMA技術已經邁入了一個新的發展階段，為了滿足運營商對高性能、低成本、靈活部署、面向未來建網的需求，業界各大UMTS基站設備制造商正逐步推出新一代基站設備。
華為新一代基站引領基站技術發展方向
華為公司充分利用在射頻領域積累多年的豐富經驗，創新性地將寬帶收發信機和數字功放集成在一個模塊，率先采用DPD技術和Doherty技術，推出了以此為射頻模塊基本架構的新一代基站。華為新一代基站代表了移動通信基站技術向標準化、模塊化發展趨勢，引領WCDMA基站技術的發展方向。
華為新一代基站采用寬帶收發信機和多載波功放，方便了網絡的平滑擴容，降低了設備成本；支持全性能和更高速率的HSDPA技術，充分滿足運營商開展高速數據業務的需求。新一代基站HSDPA功能采用自主研發的ASIC芯片，支持下行速率單小區最大14.4Mbps；華為新一代分布式基站具有更高的集成度(BBU只有1U 19英寸)和穩定性，使得網絡部署更加快速高效，大大節省運營商的設備成本和運營成本；華為新一代基站支持IP和E1的分路傳輸功能，在更好地滿足高速數據業務的同時，有效降低了傳輸成本。
基站的發展和演進概述
移動通信經歷了從模擬向數字、從窄帶向寬帶發展。基站作為移動通信網絡的最為關鍵的設備，其發展與移動通信技術的發展密切相關。GSM系統從1991年在歐洲開通第一個商用系統以來，歷經十五年的發展，從最開始沒有QoS的要求到目前全球網絡用戶數超過15億用戶。移動通信市場發展促使基站技術不斷發展，每隔幾年就有更高性能的新一代GSM基站推出。如下圖所示，基站發展和演進情況。從GSM基站技術的發展歷程可見，每隔4～5年就會出現基站的升級換代。
UMTS網絡從2001年在日本開通第一個商用網絡，發展到2005年底，全球商用網絡數超過100多個，總用戶數超過4000萬用戶，WCDMA已經進入其發展快車道。業界第一代WCDMA基站主要于1999年-2002年期間推出，每一款基站的出現都是由于市場需求的改變、技術的進步作用的。從WCDMA發展的市場需求以及技術的發展看，新一代WCDMA基站技術時代已經來臨。
WCDMA市場要求新一代基站來臨
第三代移動網絡經過幾年的發展，網絡規模越來越大、網絡的可靠性要求越來越高、網絡部署的困難越來越大。市場發展特點要求WCDMA基站特性具有高性能、低成本、靈活部署、面向未來。WCDMA新一代基站采用模塊化設計，集成度高、功能強大、功耗低、運維成本低，符合市場對3G基站的要求。
高性能
3G意味著全新的移動通信技術，因此運營商對基站性能無疑有了更高的要求。移動基站數量巨大，分布廣泛，應用條件千差萬別，基站性能的好壞也就極大地影響網絡的質量。因此，如何提高基站性能，保證網絡質量，是當前主要無線通信設備廠家面臨的關鍵問題之一，也是運營商選擇基站型號首先考慮的因素。新一代基站集成度高、可靠性高，支持全性能的HSDPA，滿足市場的高性能要求。
低成本
3G時代激烈競爭的運營市場促使運營商在提高服務水平的同時，也致力于千方百計降低網絡部署和運營成本，加之設備商的市場競爭同樣激烈，3G基站的成本壓力正在前所未有地加大。基站設備成本占移動通信網絡設備成本超過80%。所以業界無論是設備商還是運營商都非常關注如何能在3G基站上更省錢。新一代基站技術采用全新的ASIC設計，使得系統處理簡單、集成度更高，由此可大幅降低基站設備的部署成本；同時新一代基站采用高效率的功放技術，耗電少，降低了運維成本。
靈活部署
根據以往部署移動通信網絡所遇到的問題，可以預見3G網絡的部署可能面臨的挑戰。城區站址資源已被耗盡，傳統基站部署存在不可克服的困難。同時，人們對環保意識增強，也加大了今后3G站址建設位置的選擇難度。新一代基站擁有靈活的分布式基站形態，是解決運營商站址困難、實現靈活部署的有效解決手段。
面向未來
3G移動通信技術標準的快速演進超出了原有通信領域的發展速度，而這種高速的演進帶來了無線基站的升級成為運營商最為頭疼的問題。以開放的、模塊化的系統結構為核心的基站技術被普遍認為是3G基站發展趨勢。新一代基站具有開放的、模塊化的系統結構，功能實現靈活、系統改進與升級方便、多載波收發信機實現軟件平滑擴容，符合運營商網絡建設面向未來的要求。
技術發展造就新一代基站來臨
新一代基站的出現，離不開3GPP標準的成熟，移動通信技術的發展為新一代基站出現創造了條件。同時基站關鍵技術突飛猛進的發展驅使基站發展得更小、更省電、成本更低、可靠性更高。
標準制定為新一代基站創造了條件
WCDMA標準有R99、R4、R5、R6等幾個版本，與基站相關的無線部分R99/R4標準在2000年才凍結，業界不同設備廠家于1999年-2002年期間推出了各自的WCDMA第一代基站，其技術標準都是基于3GPP R99/R4。而支持高速數據業務HSDPA功能主要集中在R5版本，其功能凍結時間是2002年，所以第一代基站支持HSDPA的能力是有限的。按照一般的開發流程，在標準基本功能凍結后，開始進行芯片設計和基站架構設計，所以從3GPP組織制定的WCDMA標準進程符合新一代基站時代的來臨。
同時在基站結構標準化的進程方面，在2003年6月由華為、愛立信、NEC、西門子和北電發起成立了一個CPRI(通用公共無線接口)標準化組織，致力于基帶、射頻接口的標準化，為新一代基站架構體系的形成鋪平了道路。
關鍵技術的發展驅使新一代基站出現
基站關鍵技術突破包括高效率的功放技術、高集成度的多載波射頻技術和高集成度的ASIC基帶處理技術。
基站功率放大器線性化程度更高，從而降低功耗，減少成本并提高可靠性。數字預失真處理技術(DPD)成功用于WCDMA基站，使得功放效率從傳統基站功放效率9%提高到19%。更高效率的功放技術Doherty在WCDMA基站應用方面已經獲得突破，Doherty功率放大器采用載波放大器和峰值放大器分別對寬帶信號的載波部分和峰值部分放大，成功的把WCDMA基站功放效率推到了一個新高，達到27.6%。功放技術線性化提高后，功放穩定性獲得增強，并且支持更寬的信號頻帶，配合高集成度的射頻器件，為基站收發信機實現多載波技術創造條件，使得基站功能模塊變得更小。
在基站設計中，高性能的ASIC(專用集成電路)設計，使得新一代基站采用全新的ASIC代替傳統的“DSP＋FPGA”設計。大大增強了基帶的處理能力強，實現更多用戶數和更大流量的HSDPA能力。
可見，關鍵技術的成功應用保障了體積更小、耗電更省、成本更低、可靠性更高的新一代基站出現。
新一代基站的基本特征
新一代基站所具有的特征主要是由市場需求和技術進步確定的。為了滿足運營商要求高性能、低成本、靈活部署、面向未來的組網要求，新一代基站應運而生。
集成的數字功放
隨著技術的發展，高效數字集成線性功放技術逐漸成熟，原有的獨立模擬功放技術正在逐步走向滅亡。新一代基站功放技術采用高效的DPD功放技術和Doherty功放技術。DPD技術和Doherty技術數字功放和寬帶收發信機結構相互結合，充分發揮其優勢，這是新一代基站最重要的特征。
采用DPD功放技術后，功放效率從9%提高到19%，采用Doherty功放技術后，功放效率達到27.6%。研究表明，考慮一個5000個基站的本地網，計算一年所需要的電費，采用新一代基站將會比傳統基站為運營商節省1470萬元RMB(3×1配置，電費按照0.7元/度計算)。新的功放技術帶來的不僅是電費的節省，還使更高的集成度、更大的容量和更好的穩定性。
多載波收發信機
新一代基站收發信機采用高集成度的射頻器件，支持更寬的信號頻帶，實現多載波技術。新一代基站射頻模塊由于功耗的降低，生產工藝的簡化，功放效率的提高，在節省電能的同時，也降低了對基礎電源和整機散熱的要求，增加了設備的穩定性，可以有效降低運營商在運維方面的投入，提高經濟效益。
3G網絡的建設不僅需要在啟動初期進行良好的覆蓋規劃，而且需要考慮到運營過程中長期的容量規劃，新一代基站具有的多載波寬帶收發信機技術很好的滿足了運營商的這方面需求，一個TRX可以支持多個載波，不僅降低了設備成本，而且未來的網絡升級更為簡便。
全性能HSDPA
全球3G市場度過了較長的低迷期后，開始進入快速發展階段，用戶對網絡性能的要求越來越高，無線數據業務速率已經成為運營商關注的重點。HSDPA融合了移動通信與寬帶接入的優勢，將大幅度提高移動網絡的業務承載能力。如何提供全性能的HSDPA技術，在網絡開始階段就支持更多的數據用戶接入，以及15個碼字的全速率數據業務，已經成為當前建網的新趨勢。新一代基站支持全性能的HSDPA能力，采用ASIC芯片組，一步到位支持最大15 HS-PDSCH碼/CELL，支持全部12種速率UE，從而更好的保護運營商的網絡投資。所以支持全性能的HSDPA也是新一代基站的重要特征之一。
開放的CPRI接口
為了解決3G網絡建設中站址困難，實現靈活部署、低成本建網要求，新一代基站支持開放的公共無線接口(CPRI)。新一代基站可以把宏基站的部分載波通過標準的CPRI接口拉遠實現分布式組網。同時新一代基站出現了一種嶄新的基站形態——分布式基站，基帶處理部分(BBU)和射頻收發信機部分(RRU)設計成單獨的模塊，分布式基站不僅帶來了快速便捷的網絡部屬，而且有利于大幅降低運營商建網的成本，使運營商的CAPEX和OPEX大為降低，逐步成為了運營商關注的焦點。
新一代WCDMA基站時代已經來臨
新一代基站的現狀
從GSM和WCDMA的發展歷程來看，基站的演變在4～5年內將會有一次比較大的更新。所以WCDMA基站從2000年左右開始第一代的商用基站推出以后，在2005年和2006年應該是新一代基站走向市場的時代。第一代UMTS基站已經逐漸不能滿足運營商對建設高性能，低成本的網絡需求，因此，有必要推出新一代的UMTS基站來滿足客戶的需求，在提高運營商網絡質量的同時，有效降低運營商的網絡建設和維護成本。
進入2005年后，WCDMA技術已經邁入了一個新的發展階段，為了滿足運營商對高性能、低成本、靈活部署、面向未來建網的需求，業界各大UMTS基站設備制造商正逐步推出新一代基站設備。
華為新一代基站引領基站技術發展方向
華為公司充分利用在射頻領域積累多年的豐富經驗，創新性地將寬帶收發信機和數字功放集成在一個模塊，率先采用DPD技術和Doherty技術，推出了以此為射頻模塊基本架構的新一代基站。華為新一代基站代表了移動通信基站技術向標準化、模塊化發展趨勢，引領WCDMA基站技術的發展方向。
華為新一代基站采用寬帶收發信機和多載波功放，方便了網絡的平滑擴容，降低了設備成本；支持全性能和更高速率的HSDPA技術，充分滿足運營商開展高速數據業務的需求。新一代基站HSDPA功能采用自主研發的ASIC芯片，支持下行速率單小區最大14.4Mbps；華為新一代分布式基站具有更高的集成度(BBU只有1U 19英寸)和穩定性，使得網絡部署更加快速高效，大大節省運營商的設備成本和運營成本；華為新一代基站支持IP和E1的分路傳輸功能，在更好地滿足高速數據業務的同時，有效降低了傳輸成本。
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