WiMAX 802.16-2004基带SoC可用于构建更具经济效益的2GHz～11GHz许可或免许可频段的用户站和基站。基站采用TDD或FDD技术与用户站进行通讯。基站的类型包括微微、微以及多扇区基站。本文简要介绍了TDD和FDD两种模式的基站参考设计,并分析了采用富士通WiMAX SoC参考板进行多扇区基站设计的方案。

图1 TDD模式的富士通WiMAX SoC参考设计(采用内置处理器)

TDD基站参考设计
采用WiMAX SoC参考板可以设计一个单扇区或多扇区WiMAX基站,这种参考板可设置成支持TDD或FDD模式。一般来讲,一个运营商级基站需要一个高性能的外置处理器,在TDD基站中,通信信道的上行和下行线路均可使用单频率。这种单频率操作是通过时间来实现的——将信道调快,直到发送器和接收器中出现连续的信息流。TDD模式的主要优点在于信道的时间占有率可以调整,使它能够容纳上行或下行线路的不对称流量。由于信道的空闲时间减少,使它的效率比FDD更高,因为在FDD中,部分信道的空闲时间往往会在流量不对称的情况下出现。TDD模式的富士通WiMAX SoC参考设计如图1所示,该方案采用的是芯片内处理器。

图2  TDD模式的基站参考设计(采用外置处理器)

用WiMAX SoC设计
多扇区基站
参考设计中的主要模块包括无线通讯板、 WiMAX SoC、以太网和串行端口、电源模块以及时钟发生电路。应用软件和MAC功能采用板上闪存和SDRAM。DDS为ADC和DAC提供采样时钟,不过,只有在设计必须支持多信道带宽时才会用到。如果信道带宽是固定的,可以用一个简单的时钟源取代DDS,以降低成本。采用外置处理器的富士通TDD基站参考设计如图2所示。
外置处理器通过DSI总线与WiMAX SoC连接。在这种应用中,外置处理器可以用来运行大多数的802.16-2004 MAC子层功能,以及复杂运营商级基站的网络管理、配置、安全管理、错误和性能监控和额外用户应用。芯片内辅助处理器用来运行MAC子层(下层MAC)的一组对时间敏感的功能。如图2所示,外置处理器提供了SPI、I2C、软件调试端口、DSI和以太网MAC模块。

图3  全双工FDD模式基站参考设计(采用外置处理器)

图4  多扇区基站的设计

FDD基站参考设计
FDD模式是通过给通信信道分配截然不同的上行和下行线路频率来实现的。FDD在对称流量系统中的优势尤为突出,全双工的FDD基站的实现过程如图3所示。在全双工FDD基站中,要将两个WiMAX SoC连接到同一个DSI总线上。发送路径中的芯片内辅助处理器执行发送下层MAC功能,而接收路径中的芯片内辅助处理器则执行接收下层MAC功能。类似地,每个PHY都可处理发送或接收功能。由于必须用两个独立的射频装置来发送或接收,因此,提高了系统的总成本。

用SoC设计多扇区基站
多扇区基站可以服务一个以上的扇区。扇区指的是具有特定数量用户的一个区域,扇区也可以根据一个地区的地理和结构特性来划分,例如,高速公路可被划分在一个扇区,而建筑物和办公室则被划分在另一个扇区。一个多扇区基站通常是由安装在同一个盒子或轨道中的多个电路板组成的,它可提供一个同步信号,用以消除各个扇区传输过程中的干扰。信号的相互干扰会在许多方面对基站的性能产生影响,尤其会减慢通讯的速度,并导致部分或全部数据丢失。
图4所示的是一个4扇区FDD基站,它可以通过采用多个全双工FDD参考板来实现,每个参考板可支持两个射频装置,同时处理一个特定扇区的信号流量。射频装置与一个固定的宽射束天线系统连接,该系统可与多个特定的远程客户端设备进行通讯,或向一个尚未确定地点的客户端设备所在地区提供服务。这种天线的射束宽度从15°到360°不等。分集式天线、自适应天线或多输入/多输出(MIMO)天线也可用于一个既定的系统,这些根据该系统的效率、工作频率、带宽以及方向特性而定。每个基站板按照为相关扇区设定的特定运营商频率和信道带宽发送或接收信号,随着带宽和用户需求的增加,多个基站单元可叠加在一起,运用每个扇区的多信道提供额外带宽。基于图形用户界面(GUI)的网络管理软件可在主机上运行,进行单个基站板的设置、流量监控和管理。
如图4所示,每个基站板都配有一个10/100/1000 Base-T以太网接口,使它能够直接连接到一个基于吉比特或快速以太网的城域网(MAN)或其它宽带网络,作为蜂窝回程的一种途径。外置处理器提供的T1/E1接口也是蜂窝回程的主要传输层之一。可在软件中执行各种机制,动态分配上行和下行的信道带宽,这样可以根据实际需求和服务水平,通过优化带宽的应用和包位数,提高系统效率。类似地,也可在软件中执行算法,动态选择和调整PHY和MAC层的参数,包括天线的分集、调制、发送功率、重传机制以及帧长。这些算法的优势在于可以提高容量和扩大覆盖范围,包括非视距用户。基于服务等级(CoS)要求,如固定比特率(CBR)、保证信息率(CIR)或尽力服务(BE),每种类型包含各种服务质量(QoS)规格(如最大和最小带宽)。运用调试机制,软件可以加强每种服务质量类型的规格。MAC层软件采用IEEE802.16-2004标准中标明的机制、格式和协议来执行强制函数。

结语
富士通可提供带有芯片内/外置处理器的TDD和FDD基站方案。全双工基站的参考设计使用的是连接到同一个外置处理器的两个WiMAX SoC,多扇区基站可以通过使用安装在同一个盒子或轨道中的多个TDD或FDD参考板来实现,同时严格与其它基站同步,将信号干扰降至最低。根据天线的效率、工作频率、带宽和方向特性,天线系统包括固定式宽射束天线、分集式天线、自适应天线或MIMO。可在软件中执行各种算法,为网内用户提供不同的服务质量类型。由此,系统可执行各种机制,以动态分配信道带宽和调整各种PHY和MAC层参数。■