CN101868054A - 一种改进型分布式基站架构及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进型分布式基站架构及实现方法，装置由BBU和RRU组成，BBU连接为：激光器与串/并转换模块相连，光接口协议成帧与解帧模块分别与串/并转换模块、基带数据链路层处理模块、操作维护模块相连，基带数据链路层处理模块与上层接口模块相连，上层接口模块与上层相连；RRU连接为激光器与串/并转换模块相连，光接口协议成帧与解帧模块分别与串/并转换模块、基带数据物理层处理模块、操作维护模块相连，基带数据物理层处理模块与中频处理模块相连，中频处理模块与射频处理模块相连，射频处理模块连接天线；BBU的激光器与RRU激光器相连；本发明所用光传输带宽小、成本低、稳定性高、有利于系统升级。

Description

一种改进型分布式基站架构及实现方法

技术领域

本发明涉及一种改进型分布式基站架构及实现方法。

背景技术

所谓分布式基站，是指基站的数字基带处理部分和射频部分作为各自独立的模块分开放置并通过光纤相连的一种基站模式。正是由于分布式基站有别于传统宏基站所有模块集中在同一机柜的特点，使得其在移动通信组网和建设中具有传统宏基站所不具备的节省机房空间、提高覆盖能力和工程实施便利等优势。

在传统分布式基站中，数字基带处理部分即基带单元(BBU)主要用来完成基带处理功能，如编码、复用、调制、扩频、接口、信令处理、本地和远程操作维护功能，以及系统的工作状态监控和告警信息上报功能。射频部分即射频拉远单元(RRU)分为4个大模块：数字中频模块、收发信机模块、功放模块和滤波模块。数字中频模块用于光接口协议解析与映射、数字上下变频、模数A/D转换、数模D/A转换等，收发信机模块完成中频信号到射频信号以及射频信号到中频信号的变换。

BBU和RRU之间按照光接口协议(如IR、CPRI、OBSAI协议等)通过光纤连接，完成基带数据的传输，光接口协议支持星型连接、链形连接和环形连接等网络拓扑结构，RRU级联示意图如附图1所示。光接口协议定义了层一和层二协议来支持用户层的数据传输，BBU和RRU单元间同步等控制信息的发送和接收。用户层的消息是以IQ数据方式发送的，不同天线载波(AxC)的IQ数据按照光接口协议规定的帧结构格式组合后，经8B/10B编码和串并转换，通过光传输通道高速串行传输。

目前，光接口速率主要以2457.6Mbps为主，如在TD-SCDMA系统中，一个AxC的带宽只有1.28Msps，光纤上最多支持48个AxC，基本能够满足现有带宽需求。但在TD-LTE系统中，由于一个AxC的带宽最大为20M，因此在2457.6Mbps下光纤最多支持2个AxC，为了支持更多的AxC只能提高光接口速率。例如在TD-LTE八通道产品中，要求基站单扇区支持2个20MHz载波，那么BBU和RRU之间的光接口速率将高达20Gbps，采用现有的基站架构将会对设计难度及成本带来很大的压力。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统分布式基站架构存在的缺陷，提供一种光接口带宽占用小、成本低、稳定性高、有利于系统升级的改进型分布式基站架构及实现方法。本发明方法以数字信号处理和软件无线电技术为核心，该方法利用数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)实现数字信号处理和软件无线电技术，将传统分布式基站BBU中的部分基带处理功能，如调制解调、扩频解扩(如TD-SCDMA、WCDMA等3G系统)、加扰解扰、快速傅立叶反变换与正变换(如TD-LTE系统)等，移到RRU中进行处理，而保留BBU中其它功能不变，使BBU与RRU之间传输的用户数据由基带符号(symbol)变为基带比特(bit)，从而使光接口数据带宽需求大大减小，以满足各种高带宽天线载波数据产品的灵活组网应用。

本发明的技术方案为：

一种改进型分布式基站架构，由基带单元BBU和射频拉远单元RRU组成，其特征在于：所述的BBU以下几个部分组成：激光器0、串/并转换模块0、光接口协议成帧与解帧模块0、基带数据链路层处理模块、操作维护模块0及上层接口模块。激光器0与串/并转换模块0相连，光接口协议成帧与解帧模块0分别与串/并转换模块0、基带数据链路层处理模块、操作维护模块0相连，基带数据链路层处理模块与上层接口模块相连，上层接口模块与上层相连；所述的RRU以下几个部分组成：激光器1、串/并转换模块1、光接口协议成帧与解帧模块1、基带数据物理层处理模块、中频处理模块、射频处理模块及操作维护模块1。激光器1与串/并转换模块1相连，光接口协议成帧与解帧模块1分别与串/并转换模块1、基带数据物理层处理模块、操作维护模块1相连，基带数据物理层处理模块与中频处理模块相连，中频处理模块与射频处理模块相连，射频处理模块连接天线；BBU的激光器0与RRU激光器1相连；本发明方法所使用装置的结构技术方案参见图2。该装置中BBU各个模块的功能如下：激光器0用于光电信号的转换；串/并转换模块0用于实现数据串/并及并/串转换；光接口协议成帧与解帧模块0用于实现将用户基带比特和控制管理数据封装成光接口协议无线帧以及将光接口协议无线帧解析成用户基带比特和控制管理数据；操作维护模块0用于实现本地BBU和远端各RRU的操作与维护，包括系统的工作状态监控和告警信息上报功能；基带数据链路层处理模块用于实现基带数据的CRC计算、编解码、交织解交织、速率匹配、传输信道的复用以及物理信道的映射等功能；上层接口模块主要实现与上层如网络层接口功能、信令处理等功能；该装置中RRU各个模块的功能如下：激光器1用于光电信号的转换；串/并转换模块1用于实现数据串/并及并/串转换；光接口协议成帧与解帧模块1用于实现将用户基带比特和控制管理数据封装成光接口协议无线帧以及将光接口协议无线帧解析成用户基带比特和控制管理数据；操作维护模块1用于实现本级RRU的操作与维护；基带数据物理层处理模块用于实现基带数据的调制与解调、扩频与解扩、加扰与解扰、IFFT与FFT等功能；中频处理模块用于实现基带数据与中频数据的变换；射频处理模块用于将中频数据与射频信号的转换，并通过天线发送和接收用户数据。

一种改进型分布式基站架构的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)BBU的上层接口模块通过接口从上层接收信令消息，在下行方向将解析的用户基带比特发送给基带数据链路层处理模块，在上行方向将接收的用户基带比特发送给上层处理；

(2)BBU的基带数据链路层处理模块负责层二的处理，也就是完成下行基带比特块的CRC计算、编码、第一次交织、速率匹配、传输信道的复用、第二次交织、物理信道的映射；同理，在上行方向分别完成物理信道的解映射、第一次解交织、传输信道的解复用、速率匹配、第二次解交织、解码、CRC校验，并将通过CRC校验的比特块发送给上层处理；

(3)BBU的光接口协议成帧与解帧模块0负责光纤无线帧的封装与解析，在下行方向将用户数据和操作维护数据按照光接口协议封装成在光纤上传输的无线帧，发送给串/并转换模块0；在上行方向将从串/并转换模块0发送来的光纤无线帧解析成用户数据和操作维护数据，再分别发送给基带数据链路层处理模块和操作维护模块0；

(4)BBU的串/并转换模块0在下行方向负责完成将来自光接口协议成帧模块0的数据8B/10B编码、并行数据与高速差分串行信号的转换后发送给激光器0；在上行方向负责完成将来自激光器0高速差分串行信号与并行数据的转换、8B/10B解码后再发送给光接口协议解帧模块0；

(5)BBU的激光器0负责下行链路数据的发送和上行链路数据的接收，以完成BBU与RRU之间的通信；

(6)RRU的激光器1负责下行链路数据的接收和上行链路数据的发送，以完成RRU与BBU之间的通信；

(7)RRU的串/并转换模块1在下行方向负责完成高速差分串行信号与并行数据的转换、8B/10B解码后发送给光接口协议解帧模块1；在上行方向负责完成来自光接口协议成帧模块1的数据8B/10B编码、并行数据与高速差分串行信号的转换后发送给激光器1；

(8)RRU的光接口协议成帧与解帧模块1负责光纤无线帧的封装与解析，在下行方向将从串/并转换模块1发送来的光纤无线帧解析成用户数据和操作维护数据，再分别发送给基带数据物理层处理模块和操作维护模块1；在上行方向将用户数据和操作维护数据按照光接口协议封装成在光纤上传输的无线帧，发送给串/并转换模块1；

(9)RRU的基带数据物理层处理模块负责层一的处理，也就是完成下行基带比特的调制、扩频或者IFFT运算、加扰或加循环前缀(CP)；同理，在上行方向分别完成解扰或去循环前缀、解扩或者FFT运算、解调，并将解调后的基带比特发送给光接口协议成帧与解帧模块1；

(10)RRU的中频处理模块在下行方向负责将基带符号数据到中频信号的转换，具体包括数字上变频(DUC)、削峰(CFR)、数字预失真(DPD)、数模转换(D/A)，将转换后的模拟中频信号发送给射频处理模块；在上行方向，接收射频处理模块发送的模拟中频信号，通过模数转换(A/D)、数字下变频(DDC)将信号转换为基带符号发送给基带数据物理层处理模块；

(11)RRU的射频处理模块在下行方向负责将模拟中频信号调制到射频信号并通过功放发送给天线，实现下行载波信号的发送；在上行方向负责将天线载波信号接收并放大，再将射频信号转换为中频模拟信号发送给中频处理模块。

上述步骤(1)到步骤(11)重复执行，就是一种改进型分布式基站架构的工作原理。

本发明具有光口传输带宽小、成本低廉、稳定性高、有利于系统升级演进。

附图说明

图1为3G系统中BBU与RRU多级级联示意图。

图2为本发明的分布式基站架构框图。

图3为本发明的步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

在图2所示的装置中，本发明的装置：由BBU和RRU组成，其中BBU以下几个部分组成：激光器0、串/并转换模块0、光接口协议成帧与解帧模块0、基带数据链路层处理模块、操作维护模块0及上层接口模块，激光器0与串/并转换模块0相连，光接口协议成帧与解帧模块0分别与串/并转换模块0、基带数据链路层处理模块、操作维护模块0相连，基带数据链路层处理模块与上层接口模块相连，上层接口模块与上层相连；RRU以下几个部分组成：激光器1、串/并转换模块1、光接口协议成帧与解帧模块1、基带数据物理层处理模块、中频处理模块、射频处理模块及操作维护模块1，激光器1与串/并转换模块1相连，光接口协议成帧与解帧模块1分别与串/并转换模块1、基带数据物理层处理模块、操作维护模块1相连，基带数据物理层处理模块与中频处理模块相连，中频处理模块与射频处理模块相连，射频处理模块连接天线；BBU的激光器0与RRU激光器1相连。

在图2所示的装置中，由于BBU和RRU共同承担了用户基带数据的处理，因而BBU与RRU之间的只需要传输基带比特数据，而不是传统分布式基站系统中的基带符号数据，这使得BBU与RRU之间的光接口传输的信息量大大减少，从而节省了传输带宽。例如，在3G移动通信系统中，用户基带IQ符号通常均量化成15比特，如果基带调制方式为QPSK，则一个IQ符号代表2比特信息，因此传送一个符号需要30比特，若BBU直接将该2比特信息传输给RRU，则光接口传输的数据量将减少15倍，而信息量不变，因此能够有效降低BBU与RRU之间的数据带宽。因此，相比传统分布式基站构架，本发明方法所指的改进型分布式基站架构能够满足高AxC带宽需求的应用，且留有足够的带宽以适应3G移动通信标准的长期演进。

在图2所示的装置中，BBU的基带数据链路层处理模块在由传输信道到物理信道映射时，BBU除了需要将用户数据发送给RRU外，还需要将对应物理信道的各参数提前用户数据发送给RRU，这些参数包括物理信道类型、调制方式(如BPSK、QPSK、64QAM等)、扩频因子、信道化码号、IFFT运算相关参数、扰码号、时隙格式等，以供RRU侧的基带数据物理层处理模块能够执行相应物理信道的组帧与解析。BBU与RRU之间采用光纤连接，光接口传输协议需要在现有光接口协议基础上稍作改进，以适应RRU对用户数据进行物理层信道化处理。具体为数据通道和控制管理(C&M)仍然采用时分复用的传输机制，C&M仍然支持Ethernet或HDLC协议，需要修改的地方是确定各级RRU基带比特数据的摆放位置，以及增加传输物理信道各参数的IE消息。

在图2所示的装置中，由于采用了数字信号处理和软件无线电(SDR)技术，相对于传统分布式基站系统而言，硬件平台基本没有改变，可以通用，因此只需要升级BBU和RRU软件即可完成基站架构的升级，从而保护了运营商的硬件投资。

本发明的具体步骤如图3所示，包括以下步骤：

(1)BBU的上层接口模块从上层接收信令消息，在下行方向将解析的用户基带比特发送给基带数据链路层处理模块，在上行方向将接收的用户基带比特发送给网络层处理；

(2)BBU的基带数据链路层处理模块负责层二的处理，也就是完成下行基带比特块的CRC计算、编码、第一次交织、速率匹配、传输信道的复用、第二次交织、物理信道的映射；同理，在上行方向分别完成物理信道的解映射、第一次解交织、传输信道的解复用、速率匹配、第二次解交织、解码、CRC校验，并将通过CRC校验的比特块发送给上层处理；

(3)BBU的光接口协议成帧与解帧模块0负责光纤无线帧的封装与解析，在下行方向将用户数据和操作维护数据按照光接口协议封装成在光纤上传输的无线帧，发送给串/并转换模块0；在上行方向将从串/并转换模块0发送来的光纤无线帧解析成用户数据和操作维护数据，再分别发送给基带数据链路层处理模块和操作维护模块0；

(4)BBU的串/并转换模块0在下行方向负责完成将来自光接口协议成帧模块0的数据8B/10B编码、并行数据与高速差分串行信号的转换后发送给激光器0；在上行方向负责完成将来自激光器0高速差分串行信号与并行数据的转换、8B/10B解码后再发送给光接口协议解帧模块0；

(5)BBU的激光器0负责下行链路数据的发送和上行链路数据的接收，以完成BBU与RRU之间的通信；

(6)RRU的激光器1负责下行链路数据的接收和上行链路数据的发送，以完成RRU与BBU之间的通信；

(7)RRU的串/并转换模块1在下行方向负责完成高速差分串行信号与并行数据的转换、8B/10B解码后发送给光接口协议解帧模块1；在上行方向负责完成来自光接口协议成帧模块1的数据8B/10B编码、并行数据与高速差分串行信号的转换后发送给激光器1；

(8)RRU的光接口协议成帧与解帧模块1负责光纤无线帧的封装与解析，在下行方向将从串/并转换模块1发送来的光纤无线帧解析成用户数据和操作维护数据，再分别发送给基带数据物理层处理模块和操作维护模块1；在上行方向将用户数据和操作维护数据按照光接口协议封装成在光纤上传输的无线帧，发送给串/并转换模块1；

(9)RRU的基带数据物理层处理模块负责层一的处理，也就是完成下行基带比特的调制、扩频或者IFFT运算、加扰或加循环前缀(CP)；同理，在上行方向分别完成解扰或去循环前缀、解扩或者FFT运算、解调，并将解调后的基带比特发送给光接口协议成帧与解帧模块1；

(10)RRU的中频处理模块在下行方向负责将基带符号数据到中频信号的转换，具体包括数字上变频(DUC)、削峰(CFR)、数字预失真(DPD)、数模转换(D/A)，将转换后的模拟中频信号发送给射频处理模块；在上行方向，接收射频处理模块发送的模拟中频信号，通过模数转换(A/D)、数字下变频(DDC)将信号转换为基带符号发送给基带数据物理层处理模块；

(11)RRU的射频处理模块在下行方向负责将模拟中频信号调制到射频信号并通过功放发送给天线，实现下行载波信号的发送；在上行方向负责将天线载波信号接收并放大，再将射频信号转换为中频模拟信号发送给中频处理模块。

上述步骤(1)到步骤(11)重复执行，就是一种改进型分布式基站架构的工作原理。

在BBU对基带数据进行链路层处理时，需要使用信道编码，在实际应用中信道编码为卷积编码、turbo编码或不编码。

本发明的上述实施例仅仅为说明本发明的方法，本发明保护范围由权利要求书所限定。

Claims (2)

1.一种改进型分布式基站架构，由基带单元BBU和射频拉远单元RRU组成，其特征在于：所述的BBU以下几个部分组成：激光器、串/并转换模块、光接口协议成帧与解帧模块、基带数据链路层处理模块、操作维护模块及上层接口模块，激光器与串/并转换模块相连，光接口协议成帧与解帧模块分别与串/并转换模块、基带数据链路层处理模块、操作维护模块相连，基带数据链路层处理模块与上层接口模块相连，上层接口模块与上层相连；所述的RRU以下几个部分组成：激光器、串/并转换模块、光接口协议成帧与解帧模块、基带数据物理层处理模块、中频处理模块、射频处理模块及操作维护模块，激光器与串/并转换模块相连，光接口协议成帧与解帧模块分别与串/并转换模块、基带数据物理层处理模块、操作维护模块相连，基带数据物理层处理模块与中频处理模块相连，中频处理模块与射频处理模块相连，射频处理模块连接天线；BBU的激光器与RRU的激光器相连；BBU的各个模块的功能如下：激光器用于光电信号的转换；串/并转换模块用于实现数据串/并及并/串转换；光接口协议成帧与解帧模块用于实现将用户基带比特和控制管理数据封装成光接口协议无线帧以及将光接口协议无线帧解析成用户基带比特和控制管理数据；操作维护模块用于实现本地BBU和远端各RRU的操作与维护，包括系统的工作状态监控和告警信息上报功能；基带数据链路层处理模块用于实现基带数据的CRC计算、编解码、交织解交织、速率匹配、传输信道的复用以及物理信道的映射功能；上层接口模块主要实现与上层如网络层接口功能、信令处理功能。RRU的各个模块的功能如下：激光器用于光电信号的转换；串/并转换模块用于实现数据串/并及并/串转换；光接口协议成帧与解帧模块用于实现将用户基带比特和控制管理数据封装成光接口协议无线帧以及将光接口协议无线帧解析成用户基带比特和控制管理数据；操作维护模块用于实现本级RRU的操作与维护；基带数据物理层处理模块用于实现基带数据的调制与解调、扩频与解扩、加扰与解扰、IFFT与FFT功能；中频处理模块用于实现基带数据与中频数据的变换；射频处理模块用于将中频数据与射频信号的转换，并通过天线发送和接收用户数据。

2.一种改进型分布式基站架构的实现方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)BBU的上层接口模块从上层收信令消息，在下行方向将解析的用户基带比特发送给基带数据链路层处理模块，在上行方向将接收的用户基带比特发送给上层处理；

(2)BBU的基带数据链路层处理模块负责层二的处理，也就是完成下行基带比特块的CRC计算、编码、第一次交织、速率匹配、传输信道的复用、第二次交织、物理信道的映射；同理，在上行方向分别完成物理信道的解映射、第一次解交织、传输信道的解复用、速率匹配、第二次解交织、解码、CRC校验，并将通过CRC校验的比特块发送给上层处理；

(3)BBU的光接口协议成帧与解帧模块负责光纤无线帧的封装与解析，在下行方向将用户数据和操作维护数据按照光接口协议封装成在光纤上传输的无线帧，发送给串/并转换模块；在上行方向将从串/并转换模块发送来的光纤无线帧解析成用户数据和操作维护数据，再分别发送给基带数据链路层处理模块和操作维护模块；

(4)BBU的串/并转换模块在下行方向负责完成将来自光接口协议成帧模块的数据8B/10B编码、并行数据与高速差分串行信号的转换后发送给激光器；在上行方向负责完成将来自激光器高速差分串行信号与并行数据的转换、8B/10B解码后再发送给光接口协议解帧模块；

(5)BBU的激光器负责下行链路数据的发送和上行链路数据的接收，以完成BBU与RRU之间的通信；

(6)RRU的激光器负责下行链路数据的接收和上行链路数据的发送，以完成RRU与BBU之间的通信；

(7)RRU的串/并转换模块在下行方向负责完成高速差分串行信号与并行数据的转换、8B/10B解码后发送给光接口协议解帧模块；在上行方向负责完成来自光接口协议成帧模块的8B/10B编码、并行数据与高速差分串行信号的转换后发送给激光器；

(8)RRU的光接口协议成帧与解帧模块负责光纤无线帧的封装与解析，在下行方向将从串/并转换模块发送来的光纤无线帧解析成用户数据和操作维护数据，再分别发送给基带数据物理层处理模块和操作维护模块；在上行方向将用户数据和操作维护数据按照光接口协议封装成在光纤上传输的无线帧，发送给串/并转换模块；

(9)RRU的基带数据物理层处理模块负责层一的处理，也就是完成下行基带比特的调制、扩频或者IFFT运算、加扰或加循环前缀(CP)；同理，在上行方向分别完成解扰或去循环前缀、解扩或者FFT运算、解调，并将解调后的基带比特发送给光接口协议成帧与解帧模块；

(10)RRU的中频处理模块在下行方向负责将基带符号数据到中频信号的转换，具体包括数字上变频(DUC)、削峰(CFR)、数字预失真(DPD)、数模转换(D/A)，将转换后的模拟中频信号发送给射频处理模块；在上行方向，接收射频处理模块发送的模拟中频信号，通过模数转换(A/D)、数字下变频(DDC)将信号转换为基带符号发送给基带数据物理层处理模块；

(11)RRU的射频处理模块在下行方向负责将模拟中频信号调制到射频信号并通过功放发送给天线，实现下行载波信号的发送；在上行方向负责将天线载波信号接收并放大，再将射频信号转换为中频模拟信号发送给中频处理模块。

Images