基站采用時(shí)分雙工(TDD)或頻分雙工(FDD)技術(shù)與用戶臺(tái)(SS)進(jìn)行通信�；镜念愋桶ㄎ⑽⒒�、微基站和多扇區(qū)基站。TDD和FDD基站可以采用片上或外部處理器結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。全雙工基站參考設(shè)計(jì)中使用了一對與外部處理器相連的WiMAX SoC。
此外,多扇區(qū)基站可以使用多個(gè)裝在機(jī)箱或機(jī)架里的TDD或FDD參考板進(jìn)行開發(fā),并且與其它基站保持嚴(yán)格的同步,使得信號干擾最小。天線系統(tǒng)根據(jù)效率、工作頻率、帶寬和方向特性分為固定寬波束天線、分集式天線、自適應(yīng)天線或MIMO天線系統(tǒng)�？梢酝ㄟ^軟件實(shí)現(xiàn)各種算法,以便向網(wǎng)絡(luò)中的用戶提供不同的QoS類型。因此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各種不同機(jī)制,用于動(dòng)態(tài)分配信道帶寬與調(diào)整各種PHY和MAC層參數(shù)。
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| 圖1：使用內(nèi)部處理器的TDD模式基站參考設(shè)計(jì)。 |
TDD基站參考設(shè)計(jì)
單扇區(qū)或多扇區(qū)WiMAX基站可以采用WiMAX參考板進(jìn)行開發(fā)。該參考板根據(jù)選用的不同射頻模塊可配置成支持TDD或FDD模式。參考板可以使用內(nèi)部(片上)處理器或外部處理器。通常運(yùn)營級基站需要使用高性能的外部處理器。
TDD基站允許在通信信道中只使用一個(gè)頻率用于上行和下行鏈路。這種單頻工作基站需要足夠快地從時(shí)間上劃分信道,以便發(fā)送器和接收器看到的仍是連續(xù)的信息流。TDD模式的主要優(yōu)點(diǎn)是信道占用時(shí)間可以調(diào)整,因此非常適合上行或下行鏈路上開展不對稱業(yè)務(wù)流量的場合。因?yàn)樯舷滦袠I(yè)務(wù)流量不對稱時(shí)FDD模式會(huì)產(chǎn)生一定的信道空閑時(shí)間,而TDD模式下信道空閑時(shí)間很短,因此與FDD比起來效率要高得多。圖1是富士通公司采用片上處理器開發(fā)的TDD模式WiMAX SoC參考設(shè)計(jì)。
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| 圖2：使用外部處理器的TDD模式基站的參考設(shè)計(jì)。 |
該參考設(shè)計(jì)的主要模塊有射頻板、WiMAX基帶SoC、以太網(wǎng)和串口、電源模塊以及時(shí)鐘發(fā)生電路。應(yīng)用軟件和MAC功能使用板上的閃存和SDRAM。DDS用來產(chǎn)生ADC和DAC所需的采樣時(shí)鐘,不過只有在設(shè)計(jì)必須支持多信道帶寬時(shí)才使用這種時(shí)鐘。如果信道帶寬固定的情況下,可以用一個(gè)簡單時(shí)鐘源代替DDS來降低成本。圖2是采用外部處理器和富士通參考設(shè)計(jì)的TDD基站實(shí)現(xiàn)。
外部處理器通過“直接從接口”(DSI)總線與WiMAX SoC相連。在這種應(yīng)用中,外部處理器可以用來執(zhí)行大多數(shù)802.16-2004 MAC子層功能,并為復(fù)雜的運(yùn)營級基站提供網(wǎng)絡(luò)管理、配置、安全管理、故障和性能監(jiān)視以及其它用戶應(yīng)用。片上的輔助處理器用來執(zhí)行MAC子層(較低級MAC層)中的一組對時(shí)間要求嚴(yán)格的功能。如圖2所示,外部處理器提供SPI、I2C、軟件調(diào)試端口、DSI和以太網(wǎng)MAC模塊。
FDD基站參考設(shè)計(jì)
FDD模式下,通信信道的上下行鏈路頻率不同。FDD更適用于那些提供對稱業(yè)務(wù)的系統(tǒng)。全雙工FDD基站可以按圖3所示實(shí)現(xiàn)。在全雙工FDD基站中,2個(gè)WiMAX SoC被連到同一條DSI總線。發(fā)送路徑中的片上輔助處理器執(zhí)行較低層MAC中的發(fā)送功能,而接收路徑中的輔助處理器執(zhí)行較低層MAC中的接收功能。與此類似,每個(gè)PHY要么處理發(fā)送功能,要么處理接收功能。由于發(fā)送和接收需要用2個(gè)獨(dú)立的射頻模塊,因此FDD模式的系統(tǒng)總體成本會(huì)比較高。
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| 圖3：使用外部處理器的全雙工FDD模式基站的參考設(shè)計(jì)。 |
設(shè)計(jì)多扇區(qū)基站
多扇區(qū)基站能夠服務(wù)一個(gè)以上的扇區(qū)。一個(gè)扇區(qū)就是指一塊在其中具有特定數(shù)量用戶的區(qū)域,扇區(qū)也可以根據(jù)區(qū)域的地理和結(jié)構(gòu)屬性劃分。例如,一個(gè)扇區(qū)覆蓋高速公路,另外一個(gè)扇區(qū)覆蓋建筑物和辦公室。多扇區(qū)基站通常由裝在機(jī)箱或機(jī)架里的多個(gè)電路板組成,并與其它多扇區(qū)基站保持嚴(yán)格同步。同步信號可消除向不同扇區(qū)發(fā)送時(shí)的相互干擾。信號間的干擾會(huì)以多種方式影響基站的性能,特別是干擾可能會(huì)降低通信速率,甚至導(dǎo)致數(shù)據(jù)部分或完全丟失。
圖4給出了一個(gè)4扇區(qū)的FDD基站,該基站可以用全雙工FDD參考板實(shí)現(xiàn)。每個(gè)參考板支持2個(gè)射頻模塊,并處理指定扇區(qū)中的業(yè)務(wù)。射頻模塊連接到固定寬波束天線系統(tǒng),該系統(tǒng)可以與多個(gè)特定的遠(yuǎn)程終端用戶端設(shè)備(CPE)位置進(jìn)行通信,或向CPE具體位置還不明確的某個(gè)區(qū)域提供業(yè)務(wù)。這些天線的波束寬范圍可以在15度到360度之間調(diào)整。根據(jù)特定系統(tǒng)的效率、工作頻率、帶寬和方向特性,也可以選用分集式天線、自適應(yīng)天線或MIMO天線系統(tǒng)。
每個(gè)基站板針對相關(guān)扇區(qū)以特定載波頻率和固定信道帶寬發(fā)送或接收信號。多個(gè)基站單元可以堆疊在一起,并使用每個(gè)扇區(qū)內(nèi)的多個(gè)信道提供額外的帶寬,從而從容應(yīng)對帶寬和用戶需求的不斷提高�；贕UI的網(wǎng)管軟件可以運(yùn)行在主機(jī)上,用于實(shí)現(xiàn)對每個(gè)基站板的配置、業(yè)務(wù)監(jiān)視和管理。
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| 圖4：多扇區(qū)基站的設(shè)計(jì)。 |
如圖4所示,每個(gè)基站板配備有1個(gè)10/100/1,000 Base-T以太網(wǎng)接口,可以直接連接到吉比特或基于快速以太網(wǎng)的城域網(wǎng)(MAN),或連接到其它各種寬帶網(wǎng)絡(luò),構(gòu)成一種蜂窩網(wǎng)絡(luò)回程的途徑。由外部處理器提供的T1/E1接口也是蜂窩網(wǎng)絡(luò)回程中主要的傳輸層之一。
可以用軟件實(shí)現(xiàn)不同的機(jī)制,動(dòng)態(tài)地為上行和下行數(shù)據(jù)流分配信道帶寬,根據(jù)實(shí)際需求和服務(wù)級別優(yōu)化帶寬利用率和數(shù)據(jù)包大小,從而提高系統(tǒng)的效率。同樣,可以用軟件來實(shí)現(xiàn)算法,以動(dòng)態(tài)地選擇和調(diào)整PHY與MAC層參數(shù),包括天線分集、調(diào)制、發(fā)送功率、重傳策略以及幀大小。這些算法可以提高容量和覆蓋范圍,以包含非視距用戶。通過開發(fā)不同的技術(shù)和算法,我們就可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)用戶的實(shí)際需求向他們提供不同的QoS類型。根據(jù)服務(wù)類別(CoS),如恒定比特速率(CBR)、承諾信息速率(CIR)或盡力而為(BE)的要求,每種類型包含不同的QoS規(guī)格(如最大和最小帶寬)。通過軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)度機(jī)制,可以執(zhí)行每種QoS類型中的規(guī)格。MAC層軟件使用IEEE 802.16-2004標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的機(jī)制、格式和協(xié)議實(shí)現(xiàn)必須的功能。
