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关键词：软基站；主单元；远端射频单元；覆盖
1 引言
随着人们生活水平的不断提高，人们对健康和环保越来月关注，这客观上使得无线蜂窝网络的运营商寻找合适的蜂窝站址变得越来越困难。对移动运营商尤其是新的移动运营商来说，在一个网络的铺设前期，希望采用广覆盖、低容量密度的设备进行建网，以达到用最少的成本实现最大的覆盖目的，使广大用户享受到精品网络的良好服务。但随着用户规模的不断增长和业务需求的不断丰富，网络也需要不断扩容和调整。由于技术上的原因，在网络扩容和调整过程当中，原先连续覆盖的网络，往往会出现一个个盲点甚至一片片盲区，或者正好相反，在某些区域形成话务量的热岛，造成话务量的溢出。同时，一些特殊的复杂地形的覆盖，如地铁、地下室、室内、城郊、公路等，也是令人头痛的问题。传统上，由于技术和设备的限制，运营商和网络设计部门往往采用普通基站加直放站的方式来解决这些问题。这种解决方式缺点是会带来干扰增加，掉话率高，维护困难等问题。如何使用一种技术手段使网络呈现“软”特性，使网络在规划和优化当中具有自适应能力，使扩容、网络规划和优化、业务提供等变得更加容易是人们一直在思考的问题。为解决这些问题，最近人们提出了一种具有自适应能力解决方案的新型基站——软基站（Soft Base Station）。
所谓软基站，是指在一片覆盖区域内，一个射频单元（称为子站）通过光纤或其他数字化传输介质与处在远端的大容量基带处理资源池（称为主单元）相连，并在射频单元间共享基带处理资源、主控时钟单元以及操作维护平台，从而实现对周围相邻地区覆盖的基站系统。
2 软基站的特点
2.1 分布式覆盖（distributed converge）
由于软基站的主单元通过数字光纤等数字化传输设备与子站相连，子站与主单元之间可以相距较大距离，在建网初期通过在主单元周围拉出的子站，可以形成大片区域的连续覆盖，尤可解决市区与城郊的连续覆盖问题，与相同容量的传统基站相比其覆盖面积可以增加几倍甚至几十倍。由于软基站的子站只包含射频部分，因而体积可以小型化，这使得软基站可以灵活适应象地铁、地下室以及高层建筑室内等复杂地形和恶劣环境条件下的覆盖。通过光纤形成基站的串联还可应用于高速公路、铁路等的覆盖。子站室外设计的特性可适应恶劣室外环境，可在－40～60℃的环境下正常工作。
2.2 更软切换（softer handover）
软基站的子站与主单元共享基带资源池，可以将子站视为主单元的一个扇区，同一基站不同扇区间的宏分集合并可以在基站内进行，不同扇区之间的切换为更软切换，因此子站之间以及子站与其主单元之间切换为更软切换的关系。更软切换宏分集采用最大比率合并，从而提高了系统容量，降低了RNC的负荷。
2.3 软规划(soft network deployment)
子站既可视为主单元的远端扇区，也可视为与主单元不同的逻辑基站，与其相邻基站统一进行PN码规划和载频规划，网络规划简单容易。
2.4 软站点 (soft site)
子站所覆盖的地区如果因为话务量增加，数据业务的增长或网络调整优化等原因需要建设大容量基站，只需在子站上增加基带处理板即可成为与主单元独立的小基站，灵活适应网络建设需要。
2.5 软业务能力 (soft service provision)
子站只是主单元的射频远端，系统的升级只需对主单元进行即可，可以适应网络的升级和业务的升级，是网络升级和业务升级变得非常简单。
2.6 软兼容 (soft compatibility)
软基站具有良好的多标准、多频段兼容能力，主单元通过调用不同的软件即可支持不同标准、不同频率和不同版本的用户；而射频远端通过配置不同的射频器件即可支持不同的标准和频率，能够充分满足网络升级的需要，保护用户投资。
2.7 软基带资源（soft capacity）
软基站的主单元侧的基带处理采用资源池设计，软基站系统的不同标准的子站之间以及同一标准不同频率的子站之间动态共享基带资源池。这样由于信道资源的统计复用使资源的利用率大为提高，这就意味着用比常规基站少的多的资源就能达到常规站的容量效果。对每个子站来说，主单元会根据其需求动态的给其分配硬件资源。因此每个子站的硬件资源都是随着时间动态的发生变化。因此对子站来说，基带资源呈现软特性。
3 软基站体系结构
软基站体系结构包括以下几种：单站址单一子站、单站址多子站、分布式小区以及以上三种结构的组合。下面介绍这些体系结构和这些结构随着网络扩容的演进。
3.1 单站址单一子站
这种连接方式是除在主单元所在站址外，其他子站所在站址都采用单站址单一子站的覆盖方式。图3－1为采用这种覆盖方式的网络覆盖示意图。在图3－1（a）中软基站系统的主单元所在站址开始为单扇区覆盖，在其周围的站址上分布着由子站组成的单扇区，其中还有微小区（子基站3），这些子站与主单元通过光纤进行数据交换。
这种体系结构的软基站主要用在用户密度比较低的郊区。在用户密度比较低的郊区，初期网络规划的重点主要集中在给相对少的用户提供充分的覆盖，这样才能够吸引用户赢得竞争。由于软基站支持一个主单元连接多个子基站功能，采用单站址单子站的方式，一个较大容量的软基站系统可以覆盖比用常规基站覆盖面积大许多倍的面积。
这种覆盖方式的优点是充分利用基站剩余容量，降低Node B的投资，由于子基站体积都比较小，可以安装在天线杆或塔上，容易获得站址。与采用WCDMA和GSM/GPRS进行双模覆盖的方式相比，这种方式还具有更少的掉话率和更高的接入速度，所以更容易满足用户需求的优势。
该方案的另一个重要优点是网络扩容变得异常容易。图 3-1 给出了采用软基站方式的网络扩容路径。假设到某一时期主单元所在地区和微小区覆盖的室内网络容量变得紧张，可以通过对覆盖室内的子基站3增加基带处理功能（增加基带处理板）的方式把子站3变成一个小基站，然后在主单元处通过增加载波的方式把主单元变成多载波基站（假设开始主单元为单载波）如图3-1(b)所示。随着网络发展得到后期，主单元所在地区或子站2所在地区网络容量 变得紧张，可以通过对子站1加上基带处理功能（增加基带处理板）的方式把子站1变成一个小基站，然后在主单元或子站2增加载波的方式实现网络的再次扩容，如图3-1（c）所示。这种扩容方式由于网络各站址的射频部分都没发生变化，因而网络的覆盖区和切换区也没发生变化，从而不需对扩容后的网络从新进行网规和网优，实现网络的平滑扩容。扩容后原来主单元与子站之间的光纤传输变为Iub口。新的小基站原来的主单元通过星形连接组网，使原有设备得到充分利用。
3.2 单站址多子站
这种连接方式是单一站址由多个子站通过组合形成多扇区站址，如图3-2所示。这种连接结构一般应用在用户密度比较高，但又很难找到合适的机房放置Node B 理想 站址设立点，如繁华闹市区（CBD）等，或者在 理想 的站址设立点但机房的租赁费用很高或者业主的反对无法设立机房的地方。在这些情况下，采用软基站能够使射频部分和基带处理分离 40Km 以上的距离，通过把软基站的子站（射频远端）安装在天线杆或塔上，把基带处理和控制部分放在远方机房的主单元，运营商能够很容易使这一问题得到解决。而且容量和覆盖效果与采用常规宏小区基站一样。
3.3 分部式小区结构
这种分布式小区连接结构是指用多个分布在不同站址的子基站在主单元处共享一个小区（Cell）资源，实现对不同（连续或不连续）地区的覆盖。
这种结构适合用在用户密度比较低的农村地区、高速公路沿线、城中地铁或某些地下空间。由于在建网初期，在这些地区用户密度很低，采用一个站址一个小区的覆盖方式浪费宝贵的基带处理资源。在这些地区可采用软基站的分部式小区结构进行覆盖。一个带有软基站分布式小区覆盖例子如图3－3（a）所示，在主单元所在地区采用多扇区覆盖，子站1，2，3共享一个小区资源覆盖周围地区，子站4，5共享一个小区资源，组成分布式小区覆盖不同地区。
这种结构的一个优点是节省基带处理资源，增大覆盖面积，减轻RNC负荷。这种结构的另一个重要优点是网络扩容非常容易。图 3-3(b)到(c)给出了这种结构可能的网络扩容路径。假设到某一时期子站4，5覆盖的地区网络容量变得紧张，可以通过把子基站3增加基带处理功能（增加基带处理板）变成一个小基站，在把共享同一小区资源的子基站4，5变成每个子站单独占有一个小区资源。随着网络发展得到后期，子站和主单元所覆盖的地区网络容量 变得紧张，可以把子站（包括子站4，5）加上基带处理功能（增加基带处理板）变成小基站，在主单元或其他子站增加载波的方式实现网络再次扩容，如图3－3（c）所示。这种扩容方式由于网络各站址的射频部分都没发生变化，因而网络的覆盖区和切换区也没发生变化，从而不需对扩容后的网络从新进行网规和网优，实现网络的平滑扩容。扩容后原来主单元与子站3之间的光纤传输变为Iub口。新的小基站与原来的主单元组成星形网，使原有设备得到充分利用。
3.4 混合式结构
这种连接结构是在一个由主单元和子站组成的软基站系统里，包含有以上三种结构的两种以上结构的组合。在一些城乡接合部的郊区，既有用户密度比较大需要多扇区覆盖的地方，又有需要覆盖但用户密度很低的地方（如地下空间）还有农村的村镇。在这些地区采用软基站的混合结构进行覆盖，可以用少的投资获得较好的覆盖质量。这种混合结构也是实际建网时用的最多的结构。
这种混合式结构的扩容也非常容易，也可以通过把某些子站通过增加基带处理功能变成小基站的然后把省下的主单元容量再分配给其他站址的方式扩容。
4 软基站与常规基站＋直放站方案相比的技术优势
与常规基站＋直放站方案相比，软基站吸收了常规基站＋直放站方案的优点，同时摒弃了其弊端。具体表现在以下几个方面：
（1）增加容量，扩大覆盖，降低干扰
直放站只是主基站覆盖的延伸，本身不提供额外的容量； 直放站采用同频转发，互调、空间干扰严重，降低了施主基站的容量，同时带来掉话率高、话音质量差、切换成功率低等弊端。
子站本身就是一个基站，与主单元连续覆盖时的更软切换关系，由于增益的提高，减少了干扰，增加了容量，扩大了覆盖面积。
（2）易于管理和维护
直放站需建立一套独立的维护系统，电源、环境以及设备告警信息无统一标准，无法与网上其他基站统一网管。直放站必须经常上站维护，导致后期维护工作量大。软基站的子站为逻辑基站，可与主单元统一维护，维护及环境监控信息通过主单元Iub接口上报网管中心。可免维护，掉电后自动重启。
（3）选址容易
为了避免干扰主基站，对直放站站址选择要求很高，选站困难，往往成为整个工程建设的瓶颈。
软基站的子站与常规基站的站址要求相同，同时由于其体积小，室外环境设计的特性，使选址相对容易。
（4）支持精确定位
由于直放站扩大的是主基站的覆盖范围，位置查询所获得的信息为主基站的经纬度，无法精确定位。软基站的子站的逻辑基站特性，位置查询所获得的信息为软基站子站的经纬度，因而支持精确定位。
（5）节省投资
直放站的投资并没有增加容量，平均每用户而言，增加了投资成本。软基站更软切换的特性增加了系统容量，平均每用户而言，减少了投资。同时由于子站之间以及子站与主单元之间共享基带处理资源池以及主控时钟单元，从而可以以更少的基带处理资源实现对相邻地区的覆盖，因而比直接新建基站投资更省。
（6）更高的资源利用率
由于在主单元基带处理资源在子站间动态共享，因而极大提高了资源利用率，变相降低了每个用户的设备成本。
5 UT的软基站方案
UT斯达康是最早倡导并开发软基站的厂家之一。早在 2001 年就开始软基站的研究，并在2003年开始了软基站的产品设计。如上图所示：UT斯达康的软基站方案由三部分组成：负责设备控制，基带信号处理和时钟同步的主单元MU，负责射频信号处理的远端射频单元RRU和负责在RRU与MU之间进行数据传输的宽带传输网络。
UT斯达康的软基站方案的的主单元在设计时不但考虑支持对单一标准的基带信号的处理，而且考虑到未来一家运营商可能会采用多种技术标准（如采用WCDMA，TD－SCDMA建网和Wimax等）和多频段（如在1.9GHz、1.7GHz等）建网的需要，尽量采用软件化的处理平台，通过加载不同的软件即可支持不同标准和不同频段的基带信号处理，并且可以根据不同标准和不同频段用户对业务的需要动态分配硬件处理资源。UT斯达康将要推出的两款软基站NB8D24和NB8D48分别可带48个射频远端和96个射频远端。不但可支持WCDMA的不同版本，不同频段的射频远端，而且通过软件升级支持向TD－SCDMA，Wimax的射频单元。
UT斯达康的宽带传输网络设备在主单元MU与RRU之间不但支持类SDH光口传输，在没有光纤的地方还支持FSO传输。不管对于Iub口组网或基带射频端口组网，UT的基站都支持星型、链型和环型组网。主单元和RRU远端的最大传输距离可达 100Km 。
UT斯达康公司具有多种远端射频单元RRU产品。支持从一载一扇到三载一扇，功放20W/载扇和40W/载扇可选的室外型RRU－NB8R03，能够充分满足覆盖核心城区、城区、郊区和农村的需要，而室内型的NB8R01不但支持功率从100mW到1W可选，而且可接分布式天线系统，进行室内覆盖。
6、UT软基站的优势
第一，网络方案由于射频RRU可以直接架在天线端，因此省去了机房，预计在全国范围内运营商在机房方面节省的成本可以占40%到50%以上。
第二，UT斯达康RRU靠近天线安装，节省购置塔放TMA的费用和60%的溃线费用。
第三，在接收方向可以避免溃线损耗3－4dB，可以使覆盖的范围增加48%，站点减少30%。
第四，在发射方向由于获得了这3－4dB的增益，可以采用更低功率的功放，消耗更少的电能，可以降低运营商的建设成本和网络的运营成本。
第五，由于不同地区忙时出现的时间不同，通过不同地区、不同标准对基带资源的统计复用，可以节省30－40％的基带处理资源，节省网络的建设成本。
第六，采用软基站方案，把RRU独立出来一个产品，就可以把RRU变为支持不同标准和不同频率的宏蜂窝、微蜂窝、微微蜂窝产品。只对射频进行改造，就能生产出适合于不同标准，不同频段的射频单元，可进一步降低生产成本。通过更为灵活的、高质量的覆盖，完成精品网络的的建设。
第七，系统将成为一个透明的传输，设备具备了完全的监控，因此可以在主单元和远端射频之间实现非常好的监控，可以节省40％人力成本。
第八，建网速度快。由于采用软基站方案基站射频部分都已在工厂调好，在室外现场固定即可，所以安装非常方便。
第九，由于采用了基带池的方法，把部分的软切换变成“更软切换”，这样基站的覆盖，通话的质量、网络的指标比传统的方式会更好。
第十，由于采用软基站方案，所以整个设备的升级，只进行软件升级即可，升级非常简单方便，可以提高运营商的效率，更好地为客户服务。
总结整个运营成本，对两种城市进行比较，对小城市综合建网成本可以降低20%以上，对大城市会达到30%以上。在特大型城市，为了安全等等各方面，可以建多个软基站建网成本可以节省40％以上。
7、结束语
通过对软基站特性的分析，以及相对于直放站明显的容量大、用途广、易网规网优、安装简便、接收和发射衰减低、覆盖成本低等技术优势， 因此我们有理由相信，软基站在WCDMA网络建设中将有着广阔的应用前景。
参考用书
《无线通讯原理与应用》——Theodors S. Rappaport著，蔡涛、杜振民等译，电子工业出版社，1999
《UMTS Networks－Architecture，Mobility and Service》——Heikki Kaaranen, Ari Ahtiainen 著, JOHN WILEY& SONS,LTD，2001
