浅谈未来移动基站的主要发展方向

浅谈未来移动基站的主要发展方向

【摘要】任何系统如果想要维持旺盛的生命力，实现可持续的发展，就必须要保证系统具有良好的开放性，这也是移动通信系统未来发展的重要趋势。本文研究了移动通信开放式基站硬件体系架构的开放式基带处理系统与分布式射频系统，并从实时嵌入式操作系统、嵌入式通信传输机制、核心框架体系、硬件抽象层等方面对移动通信开放式基站软件体系架构展开了具体探讨。

【关键词】移动通信系统；开放式；基站体系；架构；硬件；软件

引言

在现阶段，移动通信系统基站的灵活性及互操作能力都存在着极大的缺失和不足。为缓解此类现象，本文从软、硬件架构这两个角度提出了新型的开放式基站体系架构。这种新型的基站体系架构能够极大地提高移动通信系统基站的灵活性及互操作能力，使移动通信系统在未来能够实现与时俱进的发展。

1、移动通信开放式基站硬件体系架构

移动通信开放式基站硬件体系架构强调无线电功能与关键接口，它定义了系统的唯一接口及实现软件无线电的硬件应用规律。由于无线电功能分布在各模块之间，可以组织不同的平台服务，实现无线电系统内部的信号波形功能。整个移动通信开放式基站硬件体系架构由开放式基带处理系统与分布式射频系统两部分构成。这两个系统之间通过标准的高速串行总线连接，由交换矩阵实现射频系统与基带处理系统的灵活分配。在高速串行总线上承载着开放的射频控制协议，而该射频控制协议可借鉴民用通信领域定义的CPRI和OBSAIRP3这两种规范，并对这两种规范进行波形适应性改造，最终实现开放的射频控制接口。移动通信开放式基站硬件体系架构如图1所示。

1.1开放式基带处理系统

开放式基带处理系统采用的是标准的商用总线，例如VPX、CPCI一E、CPCI、VME等总线。基带处理单元内部的各模块只需要参照标准商业总线标准开发，便可以插入到系统中，从而可以提升移动通信系统的开放性，增强通信系统对现有商用技术的应用，实现开发与应用成本的降低。整个开放式基带处理单元内部是由综合业务处理与接口单元模块、高速交换单元及基带处理资源池3个单元组成。

综合业务处理与接口单元能提供基于通用目的的处理器基本软件执行过程，其中包括通用处理器、随机存储器、只读存储器、以太网接口、人机界面接口等。其承载功能包括信号波形应用、操作环境、低速信号处理、信源编码、基本的交换与路由控制、无线电配置和系统控制等。高速交换单元包括控制面交换芯片、数据面交换芯片、通用处理器、RAM、ROM等，主要实现系统内部各模块之间

的数据面与控制面的高速通信。基带处理资源池由若干个通用信号处理单元组成，通用信号处理单元通过内部的高速交换总线实现FPGA、DSP、GPP整列，通过硬件抽象、动态重构、动态管理等技术实现内部资源的灵活分配与动态管控，其主要承载功能包括高速数据信号的传输、数据缓冲/存储、数据格式化、波形成形、信号算法处理、定时分配，并可向有效载荷提供外部接口。

1.2分布式射频系统

分布式射频系统由若干个覆盖不同频段、可配置或可重构的射频单元、功放单元、天线构成。分布式射频系统提供移动通信系统所需工作频段（VHF、UHF、C波段等）的射频前端功能，包括放大器、变频器、混频器、滤波器、AD/DA 转换器等模拟ASIC器件和必要的控制芯片以及天线接口、天线控制接口、测试与状态报告接口等，主要功能是承载包括射频信号的低噪声放大、前端滤波、混频、频率变换、数模变换、功率放大等。

2、移动通信开放式基站软件体系架构

移动通信开放式基站软件架构（见图2）采用的是软件通信体系结构（SCA），并且是通过操作环境将软硬件隔离开的。其操作环境是由实时嵌入式操作系统、通信传输机制及核心框架以及硬件抽象层这三部分构成。

2.1软件体系的实时嵌入式操作系统

嵌入式操作系统作为波形应用运行环境的重要组成部分，能够为上层波形应用提供出对底层物理硬件的抽象和封装，通过合理、有效的方式实现各种嵌入式计算机软硬件资源的组织和管理，并控制程序执行的流程，提供系统的调用接口及驱动程序等，确保用户能够方便地使用嵌入式计算机。

2.2软件体系的嵌入式通信传输机制

嵌入式通信传输机制用于屏蔽嵌入式操作系统异构性和网络协议异构性，实现软件无线电系统内各处理节点间的软件通信，保证系统中波形组件的分布式处理能力。借鉴/云计算0技术的基本理论、分布式数据处理模型以及技术应用，可以解决以往基站模型中存储空间及处理资源的瓶颈，将不均衡的业务处理分布化，形成均衡负载处理。嵌入式CORBA中间件不仅实现了分布式环境中应用软件的跨平台通信，还通过透明的远程功能调用、分离的对象定义和实现方法，规范了客户端和服务器端操作，提高了应用软件的分布式部署能力、可移植性和可重用性。

2.3系统的核心框架体系

基础模块是为支持核心框架而开发的底层公共模块，包括域描述文件解析器、组件连接管理器、波形部署管理器、资源管理器和波形开发公共库。核心模块是实现框架软件核心功能的模块，包括域管理器、设备管理器和文件管理器。

域管理器负责波形安装与删除、波形应用管理、波形控制管理和区域配置管理。设备管理器负责设备注册与注销、服务注册与注销、文件系统管理。文件管理器实现分布式文件系统，包括文件管理、文件系统和文件操作。

2.4基站的硬件抽象层

基站的多模功能由运行在操作环境上的波形应用软件来实现，开放式基站SCA系统的组成如图3所示。基站可根据需要运行ITE波形、TD一SCDMA波形、WCDMA波形、cdma20（刃波形、GSM波形、集群波形和抗干扰波形等，这些波形采用组件化建模进行设计。对波形组件的管理通过组件运行和管理框架控制接口进行，波形组件之间、波形组件与系统服务和设备之间通过组件运行和管理框架基本接口中定义的Port接口进行通信。波形与组件运行和管理框架服务接口之间通过中间件进行通信。对系统组件的管理由组件运行和管理框架控制接口通过基本设备接口进行，系统组件可以使用操作系统提供的所有服务，但波形组件仅可以使用部分操作系统提供的服务。这能最大限度地提高系统的开放性和波形的可移植性。整个体系支持波形的安装、启动、停止、动态加载/卸载等功能。

3、结语

本文探讨的移动通信系统开放式基站体系架构具有宽带大、模块多、网络层次扁平、资源共享便捷、运行高效节能等优势，是未来移动通信系统基站发展的大势所趋。移动通信开放式基站体系架构主要是基于软件通信体系结构的，能够极大地提高系统的灵活性，增强系统的互操作性，促进移动通信系统朝着广领域、大宽带、告诉移动的未来方向发展，并能够延长通信系统的使用寿命，大大降低通信系统的维护成本，大幅提高系统的模块化水平。

参考文献

[1]邓智怀.GSM网络干扰分析方法研究[D].电子科技大学，2012

[2]林雁.LTE无线通信系统若干关键技术研究[D].北京邮电大学，2011