智能天線-超級回程從家庭基站到超大型基站

在智能手機(jī)和平板電腦高歌猛進(jìn)的同時，另一個大型的移動市場正在經(jīng)歷著轉(zhuǎn)變。這個四百多億的蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施市場面臨著來自多方面的侵蝕。

　　在發(fā)展中的小型基站的一個新級別會重塑當(dāng)前蜂窩網(wǎng)絡(luò)的格局。實際上，市場觀察者預(yù)期到2016年絕大部分新裝基站將會是各種版本的小型蜂窩。

　　與此同時，中國移動則在相反方向掌握了主動權(quán)，推廣類似數(shù)據(jù)中心的大型基站的建設(shè)。英特爾公司支持中國移動的這個舉動，并計劃在下一年借助其用在自家Xeon服務(wù)器CP上的一個類似DSP的協(xié)同處理器來進(jìn)入擠占市場。

　　從家庭基站到超大型基站

　　到目前為止，基站通常都是一個類型，被放置在室外天線塔下面的密封盒子里面。這些無線世界的大型主機(jī)從幾年前開始就受到一些被稱作“家庭基站”的小型住宅終端的攻擊，這些終端逐漸應(yīng)用到蜂窩服務(wù)不能覆蓋的獨立住宅的范圍。

　　作為下一代蜂窩網(wǎng)絡(luò)的一部分的家庭基站正處在緩慢穩(wěn)步上升階段。同時，這個概念迅速占領(lǐng)了傳統(tǒng)基站和家庭基站之間的空白區(qū)域。這些被叫做小型蜂窩的基站將會被一些運輸公司和私人公司應(yīng)用，以形成第二層無線網(wǎng)絡(luò)在城市里面提供更大的容量和擴(kuò)展在農(nóng)村的覆蓋范圍。

　　幾種不同類型的小型蜂窩將要面世，類似百萬分之一、兆份之一等概念和Metrocells仍舊在演變。有些將會集中在室內(nèi)安裝去服務(wù)相關(guān)的小部分人，當(dāng)他們坐或行走在辦公室和商店之間，將會逐漸被信號覆蓋。而另一些則需要牢固的安裝在室外服務(wù)大部分的移動用戶。

　　阿爾卡特朗訊在移動世界大會展示了其幾個小蜂窩基站，包括了圖左所示連接到博通參考設(shè)計的Metrocel而搭建的小型LTE網(wǎng)絡(luò)。西班牙電信在移動世界大會的演示網(wǎng)絡(luò)里同樣使用到了阿爾朗特朗訊的小型基站。

　　各方都認(rèn)為基站必須同時支持3G、LTE和WIFI網(wǎng)絡(luò)。它們在三網(wǎng)的相互間和新舊基站間做到無縫切換。

　　這些要求涉及到的軟件和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正在研發(fā)。例如第三代合作伙伴這個團(tuán)體正在設(shè)計一個IP流可移動性技術(shù)規(guī)格去把蜂窩的認(rèn)證、安全、管理能力嫁接到WIFI上面。

　　運營商希望促進(jìn)小型基站的合作，旨在分?jǐn)偨⑿聼o線網(wǎng)絡(luò)的巨額花費。在某些情況下，他們被逼和另一些運營商、政府和商家去共享安裝在街燈或者公共建筑上面的基站。

　　博通基礎(chǔ)設(shè)施部門的首席技術(shù)官Nick IIyadis聲稱：這三種途徑都可能會出現(xiàn)。有一些運營商會疊加一些小型基站到他們的大型基站網(wǎng)絡(luò)上。通過電信設(shè)備的控制平臺協(xié)議IUB直接連接小型基站和大型基站。一部分則應(yīng)用在獨立網(wǎng)絡(luò)的家庭基站和大型基站。剩下的那些則會采用中國移動定義的云無線接入網(wǎng)絡(luò)途徑。

　　“他們都有正反兩方面，我希望到最后這三者能夠共存。”IIyadis這樣說道。

　　對那些基站搭建商來說，這是一個很好的機(jī)遇。
基站供應(yīng)商的壓力

　　飛思卡爾半導(dǎo)體無線接入部門的市場經(jīng)理Stephen Turnbull說到：“運營商在尋找不同的方法去覆蓋信號，這給基站供應(yīng)商添加了不少的壓力。”他同樣提到：“在同一時間有很多的協(xié)議和形狀系數(shù)給到基站OEM廠家，所以在價格和效率方面他們面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。”

飛思卡爾半導(dǎo)體無線接入部門的市場經(jīng)理Stephen Turnbull說到：“運營商在尋找不同的方法去覆蓋信號，這給基站供應(yīng)商添加了不少的壓力。”

　　目前市場上的大型基站供應(yīng)商有阿爾卡特朗訊、愛立信、華為、諾西，下年他們和如Airvana、IP.Acess和Ubiquisys等家庭基站供應(yīng)商之間應(yīng)該會有一場惡戰(zhàn)。

　　在低端市場的競爭尤其激烈。凱為半導(dǎo)體基礎(chǔ)設(shè)施部門的總經(jīng)理Y.J.KIM認(rèn)為在路由公司進(jìn)入之后，公司間的交火會更加多。而一些小供應(yīng)商可能會被那些已經(jīng)供應(yīng)家庭基站的巨頭收購。

　　僅服務(wù)于64到128個用戶的室外基站市場也是一個需要關(guān)注的領(lǐng)域。“從字面上看，目前在那里沒有任何部署，但運營商在這個方面沒有處理好，我認(rèn)為這一切將會變得異常有趣。”ABI Research 移動網(wǎng)絡(luò)部門的業(yè)務(wù)主管Aditya Kaul說道。“他們過去租用屋頂或者土地去安置信號塔和大型基站。”

　　Kaul堅信大型OEM廠家會主要集中在室外基站和室內(nèi)模式的小基站。但隨著運營商將他們的網(wǎng)絡(luò)通過這兩者整合到一起，他認(rèn)為“大供應(yīng)商會掌控局面，同時在接下來的兩三年里會逐漸收購那些小供應(yīng)商。”
從專用集成電路到片上系統(tǒng)

　　系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是逐漸集成化，小到半導(dǎo)體設(shè)計者可以用手拿著。傳統(tǒng)的大型基站通過應(yīng)用不同的ASIC、DSP和FPGA，經(jīng)過不同廠商設(shè)計，得到不同的產(chǎn)品。

　　在另一方面，小型基站由于SOC的價格、尺寸和功率優(yōu)勢等原因，它們向著多芯異相SOC發(fā)展。

　　由于到這個轉(zhuǎn)變，飛思卡爾、LSI和TI等基站硅提供者在今年早些時候為基站制造了28nm的SOC。

　　Kaul認(rèn)為“他們的策略就是依靠一個單芯片架構(gòu)控制小基站大基站的每一個細(xì)節(jié)。”

　　博通的IIyadis認(rèn)為片上基站是一個完美作品。這個公司現(xiàn)在仍然通過其最近收購Net Logic Microsystems和其他公司所獲得的內(nèi)部核心和IP技術(shù)來設(shè)計這些產(chǎn)品。

　　“把DSP、硬件加速核心、數(shù)據(jù)包處理器和回程功能加到單獨設(shè)備上是非常普遍的。”IIyadis如此說道。他同時拒絕評論任何未曾發(fā)布的產(chǎn)品。“到最后，一旦市場團(tuán)結(jié)在一起，WIFI也許會被集成到基站SOC，但現(xiàn)在說這個還為時過早。”

　　TI集成了一個32核心到期最新的Keystone II芯片上，其中包括了四個ARM 的A15處理器和他自家的C66X DSP和數(shù)據(jù)包處理器、一個RapidIO接口和天線電路。其主要競爭者飛思卡爾用e6500電源核心和128位AltiVec SIMD單元和SC3900 StarCore數(shù)字信號處理器來制造了QorIQ Qonverge芯片。

　　LSI則用了一個1GHZ以上的PowerPC核心和新的嵌入式安全性能在其最新的AXM2500芯片上。這公司在未來將逐漸過渡到ARM核心。

　　“最重要的是有大量的芯片集成，因此板會變得更便宜更小。同時耗費會更加少。”TI無線基礎(chǔ)設(shè)施部門的技術(shù)策略部主管Tom Flanagan如此說。

　　Cavium聲稱其通過將6個未定義的第三方DSP和四個64位MIPS核與其Octeon Fusion SOC集成到一起來占領(lǐng)市場。

　　“這就意味著我們可以處理更多的用戶資料，其上下行處理速度可以去到150M每秒。”Cavium的KIM說道。

　　KIM聲稱其網(wǎng)絡(luò)處理器應(yīng)用在十大OEM廠家中八間廠商的大型基站上面。但那些芯片不能在下一代設(shè)計中將其部分集成。

　　與此同時，Cavium也被吸引去制造這最新的小基站，并通過OEM系統(tǒng)抽樣傳遞給運營商。最新的Fusion SOCs將會在秋天量產(chǎn)。

　　PMC-Sierra同樣是一個供應(yīng)商，它目前有一系列的數(shù)據(jù)包處理器應(yīng)用在大基站、小基站和回程系統(tǒng)上面。
智能天線，超級回程

　　有些大基站OEM廠商注意到了密集移動線路處理區(qū)域的轉(zhuǎn)變。相對于部署更多的小型蜂窩去處理通話，他們更傾向于提供有波束陣列的天線去捕捉更多的信號。

　　諾基亞西門子網(wǎng)絡(luò)收購了摩托羅拉在天線陣列方面有影響力的技術(shù)。據(jù)聞阿爾卡特朗訊和愛立信也在研究相同的技術(shù)。

　　一個類似的波束系統(tǒng)原型已經(jīng)應(yīng)用在用戶的家用路由器上面。“我家里面有一個這樣的路由，一旦其發(fā)現(xiàn)我在有效范圍出現(xiàn)，就會將信號轉(zhuǎn)移過來。”博通的IIyadis如此說。“但當(dāng)有很多用戶的時候，其效率就沒那么高，因為它要保證覆蓋整個范圍。”

　　ABI的Kaul說：“我個人對此有點懷疑。帶有智能天線的小型蜂窩會有效率增益，但當(dāng)你按比例放大網(wǎng)絡(luò)并將其引入到WIFI中來，這對一個系統(tǒng)處理來說，就會變得相當(dāng)復(fù)雜了。”

　　當(dāng)智能手機(jī)用戶從一個應(yīng)用程序轉(zhuǎn)移到另一個應(yīng)用程序，在天線線路模式里面的轉(zhuǎn)變將會變得更難控制。“這演示的是一個偉大的技術(shù)，但在現(xiàn)實世界里面，但我不知道部署好之后它怎么才能發(fā)揮出來一樣的效果。”Kaul補充說道。

　　TI的Flanagan說：“好消息就是這些陣列可以使用更小尺寸、更低價的功率放大器，這會減小屋頂?shù)碾娮用芗潭?。最終，一些運營商會采用天線陣列和小型蜂窩混合的解決方案。”

　　“無論怎么說，基站和天線從3G到LTE的發(fā)展方向促使蜂窩網(wǎng)絡(luò)的回程部分的數(shù)據(jù)速率由千兆位向萬兆位轉(zhuǎn)變。”PMC-Sierra移動和寬頻部門的市場部副總裁Robert O’Dell如是說。

　　Cavium說：“縱觀全球，運營商們應(yīng)用至少六種不同的的光纖和無線去連接基站線路回程到中心機(jī)房。 Cavium盡力去維持與每個技術(shù)領(lǐng)域芯片制造商之間的聯(lián)系去幫助他們在回程系統(tǒng)的設(shè)計里面獲得成功。”

　　無線選擇的工作范圍覆蓋從工作在6GHZ頻段的近視距解決方案到極高頻領(lǐng)域的詩句連接。在某些情況下，運營商甚至?xí)肳IFI這種低成本的方案去滿足其擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的需求。

　　IIyadis說：“從小型蜂窩的分布式網(wǎng)絡(luò)中找到一種經(jīng)濟(jì)的回程方案是非常困難的。”

在移動世界大會，諾基亞西門子通信展示其主動的波束天線，將其吹捧為小型蜂窩的替代品

　　在移動世界大會，諾基亞西門子通信展示其主動的波束天線，將其吹捧為小型蜂窩的替代品。

補充：中國和英特爾能否定義移動基礎(chǔ)設(shè)施？

　　即使有小型、微型和家用基站的出現(xiàn)。一些學(xué)派仍然認(rèn)為有些基站會變得更大，架構(gòu)裝配也如PC一樣簡單。

　　中國移動現(xiàn)在正在計劃用一個相當(dāng)于一個小型數(shù)據(jù)中心的X86架構(gòu)的服務(wù)器區(qū)取代大部分的基站。Intel，IBM，華為和中興已經(jīng)在云無線網(wǎng)絡(luò)接入的概念驗證設(shè)計方面有了合作。Intel已經(jīng)在研發(fā)配對其自家Xeon服務(wù)器芯片的下一代SOC，這能夠處理基站的的大部分DSP功能。

　　中國移動研究所的總經(jīng)理BILL HUANG說：“如果要把云無線網(wǎng)絡(luò)接入投入商業(yè)領(lǐng)域還需要幾年的時間，而將他們廣泛使用則需要上十年的時間。”中國移動是世界上最大的運營商，它們擁有6.5億的用戶。

　　HUANG承認(rèn)云無線網(wǎng)絡(luò)接入需要大量的回程管道。中國擁有異常龐大的光纖將偏遠(yuǎn)的天線連接到數(shù)據(jù)中心。但這需要一軍隊的機(jī)器人去安裝足夠的光纖以滿足全國的實際應(yīng)用個。Huang開玩笑道。

　　然而，支持者們已經(jīng)研發(fā)出了演示系統(tǒng)，執(zhí)行現(xiàn)場測試和計劃在2013年中將其商業(yè)產(chǎn)品投入市場。“很明顯這不是一個技術(shù)很完善的產(chǎn)品，但我們用現(xiàn)代處理器去展示其潛力，這是可行的。”Huang如此說。

　　相對于目前分散的3G網(wǎng)絡(luò)，如此集中的系統(tǒng)理論上可以減少15%的投資費用、50%的生產(chǎn)費用和70%的電源損耗。中國的幾個城市已經(jīng)對這個系統(tǒng)實施試運行。有些已經(jīng)朝著更集中化的蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，但這并不包含云無線網(wǎng)絡(luò)接入的概念。

　　云無線網(wǎng)絡(luò)接入的在小型基站方面有很大的上升潛力，透過它可以擴(kuò)大蜂窩覆蓋的成本效益，尤其是相對于最新的LTE網(wǎng)絡(luò)的城市范圍覆蓋。

　　Huang說：“我的觀點是小基站將會越來越小，而大基站則會越來越大。以后的世界就是一個基站可以處理上萬個收發(fā)，而另一個則是一個單芯的基站SOC。”

我的觀點是小基站將會越來越小，而大基站則會越來越大。以后的世界就是一個基站可以處理上萬個收發(fā)，而另一個則是一個單芯的基站SOC

　　實際上，人們對蜂窩和WIFI的混合應(yīng)用期待已久。Huang說他早與硅晶片供應(yīng)商合作去鼓勵廠家去設(shè)計蜂窩和WIFI芯片套裝，這個套裝也應(yīng)該服務(wù)于手持設(shè)備和小型蜂窩基站。他認(rèn)為當(dāng)前蜂窩站點迫切需求需要被緩和，因此我們可以用手持設(shè)備芯片去建造。

　　“中國和Huang在驅(qū)動大型移動創(chuàng)造方面實際上有了展示業(yè)績記錄。”Marvell移動研發(fā)部門的副總裁Ivan Lee強(qiáng)調(diào)。“這就使建造大基站去減少其數(shù)量的安裝講得通了，現(xiàn)在這就快失控了。”

　　在Marvell，LEE也提到Huang在中國移動搞出來的杰出創(chuàng)造TD-SCAMA。“我們從零開始，但我們現(xiàn)在是排名第一的智能手機(jī)TS-SCDMA芯片供應(yīng)商，占領(lǐng)80%的市場份額。“lee強(qiáng)調(diào)。

　　Marvell在其下一代手持設(shè)備芯片與其客戶廣泛合作，這款芯片是LTE的時分復(fù)用版本，是緊跟著TD-SCDMA而產(chǎn)生的，LEE認(rèn)為TD-SCDMA的商業(yè)價值目前來說還是未知之?dāng)?shù)。

　　但是TD-SCDMA的用戶量在這一年會明顯增長，中國擁有世界上最多的智能手機(jī)用戶。LEE說。他補充道到年末，中國移動TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)規(guī)模會超過其中國內(nèi)應(yīng)用西方GSM和CDMA標(biāo)準(zhǔn)的主要競爭對手。

　　與此同時，Intel計劃在下一年發(fā)布一個應(yīng)用在其Xeon服務(wù)器上的系統(tǒng)處理器，這回幫助Xeon處理DSP任務(wù)，應(yīng)用得像一個基站。“我們將來也許會看到Intel在基站套裝與飛思卡爾和TI展開競爭。”ABI研究說的移動網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)主管說道。

　　博通的Nick IIyadis說道：“Intel已經(jīng)開始擴(kuò)大其市場份額，他們是一個財大氣粗的強(qiáng)勁對手。”博通聲稱他們再在計劃他們自身的基站SOC。

　　但Tom Flangan認(rèn)為對于“云無線網(wǎng)絡(luò)接入理論”，Intel希望透過次進(jìn)入基站領(lǐng)域。例如，光纖回程的需求對大部分運營商是毫無意思的。

　　Intel的XEON處理器有著不可忽略的問題，相對于TI和飛思卡爾等公司，他們在提高電源效率方面還有一段很長的路要走。我們添加了很多特別的功能，例如專用硬件的無線電處理，這甚至不會在DSP中編程。”——Rick Merritt