从家庭基站到超大型基站：智能天线，超级回程

　　电子发烧友网讯：在智能手机和平板电脑高歌猛进的同时，另一个大型的移动市场正在经历着转变。这个四百多亿的蜂窝基础设施市场面临着来自多方面的侵蚀。

　　在发展中的小型基站的一个新级别会重塑当前蜂窝网络的格局。实际上，市场观察者预期到2016年绝大部分新装基站将会是各种版本的小型蜂窝。

　　与此同时，中国移动则在相反方向掌握了主动权，推广类似数据中心的大型基站的建设。英特尔公司支持中国移动的这个举动，并计划在下一年借助其用在自家Xeon服务器CP上的一个类似DSP的协同处理器来进入挤占市场。

　　从家庭基站到超大型基站

　　到目前为止，基站通常都是一个类型，被放置在室外天线塔下面的密封盒子里面。这些无线世界的大型主机从几年前开始就受到一些被称作“家庭基站”的小型住宅终端的攻击，这些终端逐渐应用到蜂窝服务不能覆盖的独立住宅的范围。

　　作为下一代蜂窝网络的一部分的家庭基站正处在缓慢稳步上升阶段。同时，这个概念迅速占领了传统基站和家庭基站之间的空白区域。这些被叫做小型蜂窝的基站将会被一些运输公司和私人公司应用，以形成第二层无线网络在城市里面提供更大的容量和扩展在农村的覆盖范围。

　　几种不同类型的小型蜂窝将要面世，类似百万分之一、兆份之一等概念和Metrocells仍旧在演变。有些将会集中在室内安装去服务相关的小部分人，当他们坐或行走在办公室和商店之间，将会逐渐被信号覆盖。而另一些则需要牢固的安装在室外服务大部分的移动用户。

　　阿尔卡特朗讯在移动世界大会展示了其几个小蜂窝基站，包括了图左所示连接到博通参考设计的Metrocel而搭建的小型LTE网络。西班牙电信在移动世界大会的演示网络里同样使用到了阿尔朗特朗讯的小型基站。

　　各方都认为基站必须同时支持3G、LTE和WIFI网络。它们在三网的相互间和新旧基站间做到无缝切换。

　　这些要求涉及到的软件和相关标准正在研发。例如第三代合作伙伴这个团体正在设计一个IP流可移动性技术规格去把蜂窝的认证、安全、管理能力嫁接到WIFI上面。

　　运营商希望促进小型基站的合作，旨在分摊建立新无线网络的巨额花费。在某些情况下，他们被逼和另一些运营商、政府和商家去共享安装在街灯或者公共建筑上面的基站。

　　博通基础设施部门的首席技术官Nick IIyadis声称：这三种途径都可能会出现。有一些运营商会叠加一些小型基站到他们的大型基站网络上。通过电信设备的控制平台协议IUB直接连接小型基站和大型基站。一部分则应用在独立网络的家庭基站和大型基站。剩下的那些则会采用中国移动定义的云无线接入网络途径。

　　“他们都有正反两方面，我希望到最后这三者能够共存。”IIyadis这样说道。

　　对那些基站搭建商来说，这是一个很好的机遇。

　　基站供应商的压力

　　飞思卡尔半导体无线接入部门的市场经理Stephen Turnbull说到：“运营商在寻找不同的方法去覆盖信号，这给基站供应商添加了不少的压力。”他同样提到：“在同一时间有很多的协议和形状系数给到基站OEM厂家，所以在价格和效率方面他们面临严峻的挑战。”

　　目前市场上的大型基站供应商有阿尔卡特朗讯、爱立信、华为、诺西，下年他们和如Airvana、IP.Acess和Ubiquisys等家庭基站供应商之间应该会有一场恶战。

　　在低端市场的竞争尤其激烈。凯为半导体基础设施部门的总经理Y.J.KIM认为在路由公司进入之后，公司间的交火会更加多。而一些小供应商可能会被那些已经供应家庭基站的巨头收购。

　　仅服务于64到128个用户的室外基站市场也是一个需要关注的领域。“从字面上看，目前在那里没有任何部署，但运营商在这个方面没有处理好，我认为这一切将会变得异常有趣。”ABI Research 移动网络部门的业务主管Aditya Kaul说道。“他们过去租用屋顶或者土地去安置信号塔和大型基站。”

　　Kaul坚信大型OEM厂家会主要集中在室外基站和室内模式的小基站。但随着运营商将他们的网络通过这两者整合到一起，他认为“大供应商会掌控局面，同时在接下来的两三年里会逐渐收购那些小供应商。”

　　从专用集成电路到片上系统

　　系统的发展趋势是逐渐集成化，小到半导体设计者可以用手拿着。传统的大型基站通过应用不同的ASIC、DSP和FPGA，经过不同厂商设计，得到不同的产品。

　　在另一方面，小型基站由于SOC的价格、尺寸和功率优势等原因，它们向着多芯异相SOC发展。

　　由于到这个转变，飞思卡尔、LSI和TI等基站硅提供者在今年早些时候为基站制造了28nm的SOC。

　　Kaul认为“他们的策略就是依靠一个单芯片架构控制小基站大基站的每一个细节。”

　　博通的IIyadis认为片上基站是一个完美作品。这个公司现在仍然通过其最近收购Net Logic Microsystems和其他公司所获得的内部核心和IP技术来设计这些产品。

　　“把DSP、硬件加速核心、数据包处理器和回程功能加到单独设备上是非常普遍的。”IIyadis如此说道。他同时拒绝评论任何未曾发布的产品。“到最后，一旦市场团结在一起，WIFI也许会被集成到基站SOC，但现在说这个还为时过早。”

　　TI集成了一个32核心到期最新的Keystone II芯片上，其中包括了四个ARM 的A15处理器和他自家的C66X DSP和数据包处理器、一个RapidIO接口和天线电路。其主要竞争者飞思卡尔用e6500电源核心和128位AltiVec SIMD单元和SC3900 StarCore数字信号处理器来制造了QorIQ Qonverge芯片。

　　LSI则用了一个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。这公司在未来将逐渐过渡到ARM核心。

　　“最重要的是有大量的芯片集成，因此板会变得更便宜更小。同时耗费会更加少。”TI无线基础设施部门的技术策略部主管Tom Flanagan如此说。

　　Cavium声称其通过将6个未定义的第三方DSP和四个64位MIPS核与其Octeon Fusion SOC集成到一起来占领市场。

　　“这就意味着我们可以处理更多的用户资料，其上下行处理速度可以去到150M每秒。”Cavium的KIM说道。

　　KIM声称其网络处理器应用在十大OEM厂家中八间厂商的大型基站上面。但那些芯片不能在下一代设计中将其部分集成。

　　与此同时，Cavium也被吸引去制造这最新的小基站，并通过OEM系统抽样传递给运营商。最新的Fusion SOCs将会在秋天量产。

　　PMC-Sierra同样是一个供应商，它目前有一系列的数据包处理器应用在大基站、小基站和回程系统上面。

　　智能天线，超级回程

　　有些大基站OEM厂商注意到了密集移动线路处理区域的转变。相对于部署更多的小型蜂窝去处理通话，他们更倾向于提供有波束阵列的天线去捕捉更多的信号。

　　诺基亚西门子网络收购了摩托罗拉在天线阵列方面有影响力的技术。据闻阿尔卡特朗讯和爱立信也在研究相同的技术。

　　一个类似的波束系统原型已经应用在用户的家用路由器上面。“我家里面有一个这样的路由，一旦其发现我在有效范围出现，就会将信号转移过来。”博通的IIyadis如此说。“但当有很多用户的时候，其效率就没那么高，因为它要保证覆盖整个范围。”

　　ABI的Kaul说：“我个人对此有点怀疑。带有智能天线的小型蜂窝会有效率增益，但当你按比例放大网络并将其引入到WIFI中来，这对一个系统处理来说，就会变得相当复杂了。”

　　当智能手机用户从一个应用程序转移到另一个应用程序，在天线线路模式里面的转变将会变得更难控制。“这演示的是一个伟大的技术，但在现实世界里面，但我不知道部署好之后它怎么才能发挥出来一样的效果。”Kaul补充说道。

　　TI的Flanagan说：“好消息就是这些阵列可以使用更小尺寸、更低价的功率放大器，这会减小屋顶的电子密集程度。最终，一些运营商会采用天线阵列和小型蜂窝混合的解决方案。”

　　“无论怎么说，基站和天线从3G到LTE的发展方向促使蜂窝网络的回程部分的数据速率由千兆位向万兆位转变。”PMC-Sierra移动和宽频部门的市场部副总裁Robert O’Dell如是说。

　　Cavium说：“纵观全球，运营商们应用至少六种不同的的光纤和无线去连接基站线路回程到中心机房。 Cavium尽力去维持与每个技术领域芯片制造商之间的联系去帮助他们在回程系统的设计里面获得成功。”

　　无线选择的工作范围覆盖从工作在6GHZ频段的近视距解决方案到极高频领域的诗句连接。在某些情况下，运营商甚至会用WIFI这种低成本的方案去满足其扩展网络的需求。

　　IIyadis说：“从小型蜂窝的分布式网络中找到一种经济的回程方案是非常困难的。”

　　在移动世界大会，诺基亚西门子通信展示其主动的波束天线，将其吹捧为小型蜂窝的替代品。

　　补充：中国和英特尔能否定义移动基础设施？

　　即使有小型、微型和家用基站的出现。一些学派仍然认为有些基站会变得更大，架构装配也如PC一样简单。

　　中国移动现在正在计划用一个相当于一个小型数据中心的X86架构的服务器区取代大部分的基站。Intel，IBM，华为和中兴已经在云无线网络接入的概念验证设计方面有了合作。Intel已经在研发配对其自家Xeon服务器芯片的下一代SOC，这能够处理基站的的大部分DSP功能。

　　中国移动研究所的总经理BILL HUANG说：“如果要把云无线网络接入投入商业领域还需要几年的时间，而将他们广泛使用则需要上十年的时间。”中国移动是世界上最大的运营商，它们拥有6.5亿的用户。

　　HUANG承认云无线网络接入需要大量的回程管道。中国拥有异常庞大的光纤将偏远的天线连接到数据中心。但这需要一军队的机器人去安装足够的光纤以满足全国的实际应用个。Huang开玩笑道。

　　然而，支持者们已经研发出了演示系统，执行现场测试和计划在2013年中将其商业产品投入市场。“很明显这不是一个技术很完善的产品，但我们用现代处理器去展示其潜力，这是可行的。”Huang如此说。

　　相对于目前分散的3G网络，如此集中的系统理论上可以减少15%的投资费用、50%的生产费用和70%的电源损耗。中国的几个城市已经对这个系统实施试运行。有些已经朝着更集中化的蜂窝网络发展，但这并不包含云无线网络接入的概念。

　　云无线网络接入的在小型基站方面有很大的上升潜力，透过它可以扩大蜂窝覆盖的成本效益，尤其是相对于最新的LTE网络的城市范围覆盖。

　　Huang说：“我的观点是小基站将会越来越小，而大基站则会越来越大。以后的世界就是一个基站可以处理上万个收发，而另一个则是一个单芯的基站SOC。”

 

　　实际上，人们对蜂窝和WIFI的混合应用期待已久。Huang说他早与硅晶片供应商合作去鼓励厂家去设计蜂窝和WIFI芯片套装，这个套装也应该服务于手持设备和小型蜂窝基站。他认为当前蜂窝站点迫切需求需要被缓和，因此我们可以用手持设备芯片去建造。

　　“中国和Huang在驱动大型移动创造方面实际上有了展示业绩记录。”Marvell移动研发部门的副总裁Ivan Lee强调。“这就使建造大基站去减少其数量的安装讲得通了，现在这就快失控了。”

　　在Marvell，LEE也提到Huang在中国移动搞出来的杰出创造TD-SCAMA。“我们从零开始，但我们现在是排名第一的智能手机TS-SCDMA芯片供应商，占领80%的市场份额。“lee强调。

　　Marvell在其下一代手持设备芯片与其客户广泛合作，这款芯片是LTE的时分复用版本，是紧跟着TD-SCDMA而产生的，LEE认为TD-SCDMA的商业价值目前来说还是未知之数。

　　但是TD-SCDMA的用户量在这一年会明显增长，中国拥有世界上最多的智能手机用户。LEE说。他补充道到年末，中国移动TD-SCDMA网络规模会超过其中国内应用西方GSM和CDMA标准的主要竞争对手。

　　与此同时，Intel计划在下一年发布一个应用在其Xeon服务器上的系统处理器，这回帮助Xeon处理DSP任务，应用得像一个基站。“我们将来也许会看到Intel在基站套装与飞思卡尔和TI展开竞争。”ABI研究说的移动网络业务主管说道。

　　博通的Nick IIyadis说道：“Intel已经开始扩大其市场份额，他们是一个财大气粗的强劲对手。”博通声称他们再在计划他们自身的基站SOC。

　　但Tom Flangan认为对于“云无线网络接入理论”，Intel希望透过次进入基站领域。例如，光纤回程的需求对大部分运营商是毫无意思的。

　　Intel的XEON处理器有着不可忽略的问题，相对于TI和飞思卡尔等公司，他们在提高电源效率方面还有一段很长的路要走。我们添加了很多特别的功能，例如专用硬件的无线电处理，这甚至不会在DSP中编程。”——Rick Merritt

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