随着智能终端蓬勃兴起，移动运营商面临数据流量指数级增长的挑战。站址建设艰难，使得现有网络建设很难在可接受的成本前提下，确保所需的网络质量和性能。lightRadio应运而生。其提供了一种全新的网络构架和设计理念，帮助移动运营商以最优成本提升网络容量和性能并优化客户业务体验。这来源于贝尔实验室的原创技术，在射频单元设计，基带处理构架，和传输环节都做出了革命性的创新，使基站部署灵活放置，不再受到环境限制，同时大幅节省总体拥有成本。
前言
随着双核，CPU主频，内存，操作系统等智能终端的核心部件正在朝着更高、更快、更强的目标发展，移动通信产业正在面临一个转折点，带来的是数据业务流量激增，现有的移动网络和构架越来越不能满足最终用户对业务体验的要求，这种情况导致无线网络变革势在必行。2011年2月阿尔卡特朗讯宣布推出lightRadio，这一来自贝尔实验室的原创技术，可有效解决运营商网络流量激增的难题，同时显著降低网络的技术复杂性、能源消耗及其它运营成本，该系统将能替代现有基站与大规模蜂窝站塔，缩减基站数量并简化基站建设。该项技术的发布，表明了阿尔卡特朗讯将颠覆性地改变未来移动网络构架和建设模式。
市场需求
过去几年是智能终端爆发式增长期，随着芯片技术突破和宽屏成本不断下滑，平板电脑和智能多媒体手机异军突起。而数据业务的良好适配也使这些终端带来大量移动数据流量需求。表1：预测了未来5年不同终端对数据流量的消耗。
图1：无线终端网络业务流量预测
另一方面根据摩尔定律，终端持续升级，业务开发商不断推出全新业务以适配终端能力，而新业务又带来更好用户体验，增加业务使用率和使用时间，并推动网络不断演进。网络性能升级，又为终端性能提升带来需求空间，形成一个封闭反馈的需求驱动环路。只要业务收入增长能够弥补网络扩容和升级费用，这个环路将一直循环往复。然而现有的网络构架和部署方式并不能有效支撑该模式。新频段拍卖、载频扩容，特别是为扩大网络容量和覆盖而激增的射频单元和天馈系统使建网成本急剧增加，使循环难以继续。具体而言，以下几个方面阻挠了网络建设和谐发展。
1.站址的稀缺性导致建网成本高企。对于移动运营商而言，设备采购只占总成本的很小部分。在中国，站址租用和施工成本大约是设备采购成本的3倍。传统架构的无线设备，巨大的天线令人畏之如虎，站址选择极为困难，同时要价高昂，在成本压力下的运营商难以确保网络质量。
2.无线数据流量时间维度的巨大差异，导致运营商处在如何同时降低成本和改进网络质量的两难境地：不同场所，不同时间，无线数据流量会有很大不同；主城区存在明显的话务潮汐效应。现有的无线网络架构，带宽资源不能够集中共用，为单个基站所独享。运营商要满足所有流量需求，必须提供极大的冗余带宽，会极大的增加运营商的建设成本，如只提供较少带宽，又会导致用户体验变差，不利于保持或提高客户满意度。
3.数据业务对基站的需求远大于流量增加所带来的利润增益：按照现有无线网络架构，2013年，运营商将陷入收支不平衡的窘境。如网络构架不变，运营商要满足日益增长的无线数据需求，需要大大增加无线基站数量，直接导致成本直线上升，最终入不敷出。
上述三个问题，其核心要点就是覆盖和容量。覆盖主要由站址密度和频谱资源所决定，当然天线配置和采用何种无线技术也扮演了极其重要的角色；同样站址密度和天线配置也影响了网络容量，而无线技术即频谱利用效率也对容量起了决定性的作用。lightRadio正是通过革命性的网络构架创新对以上5个因素进行优化来降低网络建设成本，同时实现网络演进并满足业务循环驱动的要求。这些优化包括了传输、站址租赁、基础建设、设备、能耗和运维成本。如下饼图表明了每个单项在网络建设成本中所占的位置。
图2：基站建设成本分项
lightRadio的方案价值
lightRadio能够在5个维度帮助移动运营商持续不断的提升网络性能并改善用户业务体验。下图显示了lightRadio的网络构架。
图3：lightRadio网络构架
其中最基础的无线基站构架-传统宏基站和城市站（metrocell）基于三种不同的基带处理配置：融合小型化（基带处理和射频前端融为一体）；传统基带和射频分离以及集中化、云构架的基带池。众所周知，lightRadio在天线、射频、基带处理、无线网络控制器和网络管理等5个领域完成创新，通过5个领域的协同配合带来网络容量、覆盖和性能上的巨大提升。
一、平滑的网络融合
增加容量的最佳方案无疑是增加载频或者增加每载频的频宽。这对于在原有频段上扩容最为经济。然而对于新频段，由于天馈、射频和基带处理单元都需要重建，因此采用频谱利用率更高的技术成为不二选择。终端和用户从一种技术向另一种技术迁移需要一个时间过程，因此提供一种融合方案来兼顾现有网络和未来技术以实现网络容量的平滑过渡，无疑是经济最优方案。lightRadio就提供了这种从天线、基带处理直至控制器网元的多网络融合能力。
全新的基带处理单元基于独创的SoC构架，将以前离散的不同无线技术板卡集成到一个低成本高性能的处理芯片上，并能够通过远端程序控制下载来支持不同的无线技术。运营商能够通过在基带处理板卡上插入更多的SoC芯片实现网络扩容，同时还可以根据用户网络迁移状况通过远程程序下载调节不同网络之间的基带处理能力，随着负担均衡和处理池功能的引入，所有基带处理能力在不同网络之间的调配都将动态完成。与此相对应，宽带自适应有源天线也支持不同频段和技术之间的融合切换。和传统方案不同的是，新技术和频段的使用不需要额外的天馈和射频单元。这为网络建设带来便利。
二、优化站址容量
增加新载频无疑是提升小区容量的最佳方案。然而在主城区，原有小区载频数量已经达到频谱资源上限，很难进行有效扩容，而站址租赁和新频谱资源拍卖的高昂成本让人难以承受。因此需要部署更小的宏站和城市站（Metrocell）来提升站址密度以增加网络容量。
由于传统的宏基站需要机房空间来放置机架，因此对于主城区而言很难找到合适的站址空间，所以只有两种方法可供选择：
1、采用分布式构架，将无线射频远端通过光纤连接到集中式基带处理单元
2、将所有基带处理单元集成到单一的多标准支持的宽带有源天线中
两种方案可互为补充。运营商可根据基带射频的传输带宽、需求模型和建设成本进行选择。我们的lightRadio对以上两种模式都提供支持。对于光纤资源丰富区域，采用集中式基带处理模式，通过光纤连接到不同RRH，这能够有效的抗拒话务的潮汐效应。使网络资源利用效率最大化。当然前端也需要采用支持多模的RRH和天馈设备，使对于基建的要求降为最低。lightRadio产品家族除了宽带有源天线阵列外也提供了多模RRH来满足建网需求。而对于传输资源受限地点，比如热点高话务负荷区域，可以采用基带处理和天线集成设备，仅仅通过以太网/IP实现基站回传。阿尔卡特朗讯的lightRadio城市站专为此设计。我们将基于SoC的基带处理芯片整合到宽带有源天线阵列（Cube）中，实现任意摆放，完全省去对站址空间需求，同时采用以太网或PON+LAN的形式回传。
三、优化的技术演进模式
新技术引入会带来全新的频谱资源，更高网络容量和新网络功能，比如CoMP，ICIC等。阿尔卡特朗讯的lightRadio在设计伊始就支持现在和可预期的未来无线技术。我们的基带处理单元通过动态程式控制来支持3G，LTE和极其演进技术。因此运营商可以很轻易的根据终端发展和用户迁移模式从100%的3G网络平滑演进到100%的LTE网络。硬件无需任何变化。同时基于SoC基带处理芯片设计，使无论位于远端站址还是处于集中式基带池，都能基于云的构架实现资源协同处理。此外，阿尔卡特朗讯贝尔实验室对SON技术进行了突破延伸，该自优化网络技术将不再仅仅应用与无线接入网络，而是包括分组核心、IP承载和其他公开频段无线技术，比如WiFi，的整个端到端网络。在整个网络构架上创建了一个全新的逻辑层面，我们称之为“无线IP智能”。该端到端的优化能力，能够帮助运营商自动协调全网资源，一直以最优成本满足用户需求。
四、频谱资源利用最大化
新频段和老频段存在不同无线链路损耗，以2.6GLTE网络为例，其小区半径仅仅是900M小区半径的三分之一。因此高频段无线技术在共站过程中不可避免会产生覆盖空洞，而业务在漫游过程中也会大量发生降级，影响用户体验。为了解决这一问题，运营商大量采用4路甚至是8路接收分级来弥补链路预算差距。而这带来一个问题– 铁塔将天线臃肿。由于2G，3G和LTE处于不同频段，因此铁塔上将分别需要不同的天馈系统和射频单元，无论是4路或8路接收分级还是可预见的4X4 MIMO技术，将彻底摧垮现有的铁塔天线布局。为此阿尔卡特朗讯开发了多频段RRH，同时可以支持所有无线技术所涉及的频段，如和双频天线对应使用，将大大降低铁塔的天馈和射频单元数量。使网络建设和新频谱资源利用成为可能。
五、优化的天线功能
全新的天线功能主要用于优化网络覆盖和容量，比如MIMO技术。阿尔卡特朗讯将射频单元和天线技术相结合，创造出智能有源天线阵列，能获得MIMO增益和波束赋型能力，使无线发射功率能够根据小区负荷和业务流量的改变动态的直接锁定所需用户。其核心就是Cube-无线魔方，是一个6×6×4.5厘米的立方体，集成了天线，馈线和射频单元，并且支持2G、3G、 LTE多标准技术融合。图4介绍了Cube和有源天线阵列的构架。
图4：Cube和有源天线阵列示意图
从图可以看到，Cube由天线振子，双工器和功放等部件构成。单个Cube的工作频宽是20MHz，可工作在700M~2.6GHz。最大发射功率为5W。多个Cube的组合就构成了宽带有源天线阵列，图中显示了一个8X2的有源天线阵列的组成。通过场强叠加其等效发射功率为40W，同时支持2X20MHz的工作带宽，并可以工作在两个不同频段上。通过垂直波束赋型，其能够提升30%的网络容量，并用最少功耗完成最大网络覆盖。此外由于每个Cube单元是完全独立，因此当部分Cube发生故障时其能够自动重新配置天线阵列来实现冗余。由于所有的有源天线阵列都通过CPRI接口连接到集中式基带处理，因此像ICIC技术完全能够被邻小区所使用来显著提升信噪比。
除了以上几点外，lightRadio还在CPRI接口的传输速率需求上实现突破，通过贝尔实验室原创的I/Q压缩算法可以将系统对CPRI接口的传输速率节省三分之二。为多种承载技术应用提供可能。举例而言，4X4MIMO，10MHz带宽LTE小区原CPRI传输速率需要1.843Gbit/s，采用lightRadio的I/Q压缩算法仅仅需要680 Mbit/s传输带宽，完全能够在传统的G比特传送网上进行传输，比如PON。这与传统裸纤建设模式相比，将大大降低对光纤资源的消耗，使基站部署更为灵活。
总结
阿尔卡特朗讯lightRadio产品系列完全针对移动运营商所面临的网络建设难点进行设计，通过颠覆性的原创网络构架在5个维度上优化未来无线网络，通过射频单元灵活组合和可编程控制的网元设备，帮助移动运营商持续降低整体网络拥有成本，并适应业务和流量负荷的不断变化。一个基于云的，支持自适应、多频段、多标准的革命性的lightRadio无线产品系列终将协助运营商实现“高质量、低成本”的网络建设终极梦想。
