WiMAX" title="WiMAX">WiMAX 802.16-2004基帶SoC" title="SoC">SoC可用于構(gòu)建更具經(jīng)濟(jì)效益的2GHz～11GHz許可或免許可頻段的用戶站和基站" title="基站">基站?；静捎肨DD或FDD技術(shù)與用戶站進(jìn)行通訊?；镜念愋桶ㄎ⑽?、微以及多扇區(qū)" title="多扇區(qū)">多扇區(qū)基站。本文簡(jiǎn)要介紹了TDD和FDD兩種模式的基站參考設(shè)計(jì)，并分析了采用富士通WiMAX SoC參考板進(jìn)行多扇區(qū)基站設(shè)計(jì)的方案。
圖1 TDD模式的富士通WiMAX SoC參考設(shè)計(jì)(采用內(nèi)置處理器)
TDD基站參考設(shè)計(jì)
采用WiMAX SoC參考板可以設(shè)計(jì)一個(gè)單扇區(qū)或多扇區(qū)WiMAX基站，這種參考板可設(shè)置成支持TDD或FDD模式。一般來講，一個(gè)運(yùn)營商級(jí)基站需要一個(gè)高性能的外置處理器，在TDD基站中，通信信道的上行和下行線路均可使用單頻率。這種單頻率操作是通過時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的——將信道調(diào)快，直到發(fā)送器和接收器中出現(xiàn)連續(xù)的信息流。TDD模式的主要優(yōu)點(diǎn)在于信道的時(shí)間占有率可以調(diào)整，使它能夠容納上行或下行線路的不對(duì)稱流量。由于信道的空閑時(shí)間減少，使它的效率比FDD更高，因?yàn)樵贔DD中，部分信道的空閑時(shí)間往往會(huì)在流量不對(duì)稱的情況下出現(xiàn)。TDD模式的富士通WiMAX SoC參考設(shè)計(jì)如圖1所示，該方案采用的是芯片內(nèi)處理器。
圖2 TDD模式的基站參考設(shè)計(jì)(采用外置處理器)
用WiMAX SoC設(shè)計(jì)多扇區(qū)基站
參考設(shè)計(jì)中的主要模塊包括無線通訊板、 WiMAX SoC、以太網(wǎng)和串行端口、電源模塊以及時(shí)鐘發(fā)生電路。應(yīng)用軟件和MAC功能采用板上閃存和SDRAM。DDS為ADC和DAC提供采樣時(shí)鐘，不過，只有在設(shè)計(jì)必須支持多信道帶寬時(shí)才會(huì)用到。如果信道帶寬是固定的，可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的時(shí)鐘源取代DDS，以降低成本。采用外置處理器的富士通TDD基站參考設(shè)計(jì)如圖2所示。
外置處理器通過DSI總線與WiMAX SoC連接。在這種應(yīng)用中，外置處理器可以用來運(yùn)行大多數(shù)的802.16-2004 MAC子層功能，以及復(fù)雜運(yùn)營商級(jí)基站的網(wǎng)絡(luò)管理、配置、安全管理、錯(cuò)誤和性能監(jiān)控和額外用戶應(yīng)用。芯片內(nèi)輔助處理器用來運(yùn)行MAC子層(下層MAC)的一組對(duì)時(shí)間敏感的功能。如圖2所示，外置處理器提供了SPI、I2C、軟件調(diào)試端口、DSI和以太網(wǎng)MAC模塊。
圖3 全雙工FDD模式基站參考設(shè)計(jì)(采用外置處理器)
圖4 多扇區(qū)基站的設(shè)計(jì)
FDD基站參考設(shè)計(jì)
FDD模式是通過給通信信道分配截然不同的上行和下行線路頻率來實(shí)現(xiàn)的。FDD在對(duì)稱流量系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)尤為突出，全雙工的FDD基站的實(shí)現(xiàn)過程如圖3所示。在全雙工FDD基站中，要將兩個(gè)WiMAX SoC連接到同一個(gè)DSI總線上。發(fā)送路徑中的芯片內(nèi)輔助處理器執(zhí)行發(fā)送下層MAC功能，而接收路徑中的芯片內(nèi)輔助處理器則執(zhí)行接收下層MAC功能。類似地，每個(gè)PHY都可處理發(fā)送或接收功能。由于必須用兩個(gè)獨(dú)立的射頻裝置來發(fā)送或接收，因此，提高了系統(tǒng)的總成本。
用SoC設(shè)計(jì)多扇區(qū)基站
多扇區(qū)基站可以服務(wù)一個(gè)以上的扇區(qū)。扇區(qū)指的是具有特定數(shù)量用戶的一個(gè)區(qū)域，扇區(qū)也可以根據(jù)一個(gè)地區(qū)的地理和結(jié)構(gòu)特性來劃分，例如，高速公路可被劃分在一個(gè)扇區(qū)，而建筑物和辦公室則被劃分在另一個(gè)扇區(qū)。一個(gè)多扇區(qū)基站通常是由安裝在同一個(gè)盒子或軌道中的多個(gè)電路板組成的，它可提供一個(gè)同步信號(hào)，用以消除各個(gè)扇區(qū)傳輸過程中的干擾。信號(hào)的相互干擾會(huì)在許多方面對(duì)基站的性能產(chǎn)生影響，尤其會(huì)減慢通訊的速度，并導(dǎo)致部分或全部數(shù)據(jù)丟失。
圖4所示的是一個(gè)4扇區(qū)FDD基站，它可以通過采用多個(gè)全雙工FDD參考板來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)參考板可支持兩個(gè)射頻裝置，同時(shí)處理一個(gè)特定扇區(qū)的信號(hào)流量。射頻裝置與一個(gè)固定的寬射束天線系統(tǒng)連接，該系統(tǒng)可與多個(gè)特定的遠(yuǎn)程客戶端設(shè)備進(jìn)行通訊，或向一個(gè)尚未確定地點(diǎn)的客戶端設(shè)備所在地區(qū)提供服務(wù)。這種天線的射束寬度從15°到360°不等。分集式天線、自適應(yīng)天線或多輸入/多輸出(MIMO)天線也可用于一個(gè)既定的系統(tǒng)，這些根據(jù)該系統(tǒng)的效率、工作頻率、帶寬以及方向特性而定。每個(gè)基站板按照為相關(guān)扇區(qū)設(shè)定的特定運(yùn)營商頻率和信道帶寬發(fā)送或接收信號(hào)，隨著帶寬和用戶需求的增加，多個(gè)基站單元可疊加在一起，運(yùn)用每個(gè)扇區(qū)的多信道提供額外帶寬。基于圖形用戶界面(GUI)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件可在主機(jī)上運(yùn)行，進(jìn)行單個(gè)基站板的設(shè)置、流量監(jiān)控和管理。
如圖4所示，每個(gè)基站板都配有一個(gè)10/100/1000 Base-T以太網(wǎng)接口，使它能夠直接連接到一個(gè)基于吉比特或快速以太網(wǎng)的城域網(wǎng)(MAN)或其它寬帶網(wǎng)絡(luò)，作為蜂窩回程的一種途徑。外置處理器提供的T1/E1接口也是蜂窩回程的主要傳輸層之一。可在軟件中執(zhí)行各種機(jī)制，動(dòng)態(tài)分配上行和下行的信道帶寬，這樣可以根據(jù)實(shí)際需求和服務(wù)水平，通過優(yōu)化帶寬的應(yīng)用和包位數(shù)，提高系統(tǒng)效率。類似地，也可在軟件中執(zhí)行算法，動(dòng)態(tài)選擇和調(diào)整PHY和MAC層的參數(shù)，包括天線的分集、調(diào)制、發(fā)送功率、重傳機(jī)制以及幀長(zhǎng)。這些算法的優(yōu)勢(shì)在于可以提高容量和擴(kuò)大覆蓋范圍，包括非視距用戶?；诜?wù)等級(jí)(CoS)要求，如固定比特率(CBR)、保證信息率(CIR)或盡力服務(wù)(BE)，每種類型包含各種服務(wù)質(zhì)量(QoS)規(guī)格(如最大和最小帶寬)。運(yùn)用調(diào)試機(jī)制，軟件可以加強(qiáng)每種服務(wù)質(zhì)量類型的規(guī)格。MAC層軟件采用IEEE802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)明的機(jī)制、格式和協(xié)議來執(zhí)行強(qiáng)制函數(shù)。
結(jié)語
富士通可提供帶有芯片內(nèi)/外置處理器的TDD和FDD基站方案。全雙工基站的參考設(shè)計(jì)使用的是連接到同一個(gè)外置處理器的兩個(gè)WiMAX SoC，多扇區(qū)基站可以通過使用安裝在同一個(gè)盒子或軌道中的多個(gè)TDD或FDD參考板來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)嚴(yán)格與其它基站同步，將信號(hào)干擾降至最低。根據(jù)天線的效率、工作頻率、帶寬和方向特性，天線系統(tǒng)包括固定式寬射束天線、分集式天線、自適應(yīng)天線或MIMO?？稍谲浖袌?zhí)行各種算法，為網(wǎng)內(nèi)用戶提供不同的服務(wù)質(zhì)量類型。由此，系統(tǒng)可執(zhí)行各種機(jī)制，以動(dòng)態(tài)分配信道帶寬和調(diào)整各種PHY和MAC層參數(shù)。