WiMAX" title="WiMAX">WiMAX 802.16-2004基帶SoC" title="SoC">SoC可用于構建更具經濟效益的2GHz～11GHz許可或免許可頻段的用戶站和基站" title="基站">基站。基站采用TDD或FDD技術與用戶站進行通訊。基站的類型包括微微、微以及多扇區" title="多扇區">多扇區基站。本文簡要介紹了TDD和FDD兩種模式的基站參考設計，并分析了采用富士通WiMAX SoC參考板進行多扇區基站設計的方案。

                            圖1 TDD模式的富士通WiMAX SoC參考設計(采用內置處理器)

       TDD基站參考設計

       采用WiMAX SoC參考板可以設計一個單扇區或多扇區WiMAX基站，這種參考板可設置成支持TDD或FDD模式。一般來講，一個運營商級基站需要一個高性能的外置處理器，在TDD基站中，通信信道的上行和下行線路均可使用單頻率。這種單頻率操作是通過時間來實現的——將信道調快，直到發送器和接收器中出現連續的信息流。TDD模式的主要優點在于信道的時間占有率可以調整，使它能夠容納上行或下行線路的不對稱流量。由于信道的空閑時間減少，使它的效率比FDD更高，因為在FDD中，部分信道的空閑時間往往會在流量不對稱的情況下出現。TDD模式的富士通WiMAX SoC參考設計如圖1所示，該方案采用的是芯片內處理器。 

                            圖2  TDD模式的基站參考設計(采用外置處理器)

       用WiMAX SoC設計多扇區基站

       參考設計中的主要模塊包括無線通訊板、 WiMAX SoC、以太網和串行端口、電源模塊以及時鐘發生電路。應用軟件和MAC功能采用板上閃存和SDRAM。DDS為ADC和DAC提供采樣時鐘，不過，只有在設計必須支持多信道帶寬時才會用到。如果信道帶寬是固定的，可以用一個簡單的時鐘源取代DDS，以降低成本。采用外置處理器的富士通TDD基站參考設計如圖2所示。

       外置處理器通過DSI總線與WiMAX SoC連接。在這種應用中，外置處理器可以用來運行大多數的802.16-2004 MAC子層功能，以及復雜運營商級基站的網絡管理、配置、安全管理、錯誤和性能監控和額外用戶應用。芯片內輔助處理器用來運行MAC子層(下層MAC)的一組對時間敏感的功能。如圖2所示，外置處理器提供了SPI、I2C、軟件調試端口、DSI和以太網MAC模塊。

        
                      圖3  全雙工FDD模式基站參考設計(采用外置處理器)

            
                                          圖4  多扇區基站的設計

        FDD基站參考設計

       FDD模式是通過給通信信道分配截然不同的上行和下行線路頻率來實現的。FDD在對稱流量系統中的優勢尤為突出，全雙工的FDD基站的實現過程如圖3所示。在全雙工FDD基站中，要將兩個WiMAX SoC連接到同一個DSI總線上。發送路徑中的芯片內輔助處理器執行發送下層MAC功能，而接收路徑中的芯片內輔助處理器則執行接收下層MAC功能。類似地，每個PHY都可處理發送或接收功能。由于必須用兩個獨立的射頻裝置來發送或接收，因此，提高了系統的總成本。

       用SoC設計多扇區基站

       多扇區基站可以服務一個以上的扇區。扇區指的是具有特定數量用戶的一個區域，扇區也可以根據一個地區的地理和結構特性來劃分，例如，高速公路可被劃分在一個扇區，而建筑物和辦公室則被劃分在另一個扇區。一個多扇區基站通常是由安裝在同一個盒子或軌道中的多個電路板組成的，它可提供一個同步信號，用以消除各個扇區傳輸過程中的干擾。信號的相互干擾會在許多方面對基站的性能產生影響，尤其會減慢通訊的速度，并導致部分或全部數據丟失。

       圖4所示的是一個4扇區FDD基站，它可以通過采用多個全雙工FDD參考板來實現，每個參考板可支持兩個射頻裝置，同時處理一個特定扇區的信號流量。射頻裝置與一個固定的寬射束天線系統連接，該系統可與多個特定的遠程客戶端設備進行通訊，或向一個尚未確定地點的客戶端設備所在地區提供服務。這種天線的射束寬度從15°到360°不等。分集式天線、自適應天線或多輸入/多輸出(MIMO)天線也可用于一個既定的系統，這些根據該系統的效率、工作頻率、帶寬以及方向特性而定。每個基站板按照為相關扇區設定的特定運營商頻率和信道帶寬發送或接收信號，隨著帶寬和用戶需求的增加，多個基站單元可疊加在一起，運用每個扇區的多信道提供額外帶寬。基于圖形用戶界面(GUI)的網絡管理軟件可在主機上運行，進行單個基站板的設置、流量監控和管理。

       如圖4所示，每個基站板都配有一個10/100/1000 Base-T以太網接口，使它能夠直接連接到一個基于吉比特或快速以太網的城域網(MAN)或其它寬帶網絡，作為蜂窩回程的一種途徑。外置處理器提供的T1/E1接口也是蜂窩回程的主要傳輸層之一。可在軟件中執行各種機制，動態分配上行和下行的信道帶寬，這樣可以根據實際需求和服務水平，通過優化帶寬的應用和包位數，提高系統效率。類似地，也可在軟件中執行算法，動態選擇和調整PHY和MAC層的參數，包括天線的分集、調制、發送功率、重傳機制以及幀長。這些算法的優勢在于可以提高容量和擴大覆蓋范圍，包括非視距用戶。基于服務等級(CoS)要求，如固定比特率(CBR)、保證信息率(CIR)或盡力服務(BE)，每種類型包含各種服務質量(QoS)規格(如最大和最小帶寬)。運用調試機制，軟件可以加強每種服務質量類型的規格。MAC層軟件采用IEEE802.16-2004標準中標明的機制、格式和協議來執行強制函數。

        結語

       富士通可提供帶有芯片內/外置處理器的TDD和FDD基站方案。全雙工基站的參考設計使用的是連接到同一個外置處理器的兩個WiMAX SoC，多扇區基站可以通過使用安裝在同一個盒子或軌道中的多個TDD或FDD參考板來實現，同時嚴格與其它基站同步，將信號干擾降至最低。根據天線的效率、工作頻率、帶寬和方向特性，天線系統包括固定式寬射束天線、分集式天線、自適應天線或MIMO。可在軟件中執行各種算法，為網內用戶提供不同的服務質量類型。由此，系統可執行各種機制，以動態分配信道帶寬和調整各種PHY和MAC層參數。