无线网络家庭基站中Soc应用方案

适用于少量用户场合的小型蜂窝基站—家用基站已于近期问世，将成为实现无线数据服务的关键技术，正如Analysys的AlastairBrydon博士所言，"家用基站具备改变电信产业的潜力"。

最初的设想是把家用基站做成类似于WiFi接入点那样的纯粹家用产品，主要是为了改善室内信号覆盖、减轻日益拥挤的宏蜂窝网络中的3G数据流以及为无线网络运营商提供应对VoIP及WiFi威胁的方法。但人们越来越发现家用基站的潜力远远超过了这些：它们能够提供企业所需要的融合服务；随着移动宽带和4G应用日益增多，家用基站可以扮演都市"热区"的角色，使得运营商在其需要的地方精确实现信号覆盖和容量方面的目标；它们甚至可能成为在人口稀少的农村地区提供高性价比移动通信覆盖服务的关键。在某些方面，家用基站这些新功能还可取代传统微微蜂窝基站的应用。

沃达丰、Comcast、Sprint和软银等运营商都支持这一构想，并明确指出对他们来说家用基站的广泛部署越快越好。但这却是一个让原始设备制造商们头疼的问题，因为无论用于何处的家用基站其需求与限制条件都与以往的产品截然不同。

这也是业界首次需认真考虑基础设施的供应和易用性问题。对于用户自行安装的家用产品来说，这是一个涉及到"成败"的关键，而在那些运营商主导的应用如都市热区和为企业提供服务的场合，这个问题也同样重要。如果安装每个家用基站都需要熟练技术人员花费大量时间进行配置(传统的微微蜂窝基站就是这样)，那么部署成千上万的家用基站其代价将非常高昂。

同样，运营商也应认识到家用基站需要高可靠性和低维护成本。因此所有的家用基站必须包括自优化网络(SON)功能，以降低大量基站的网络维护成本。更重要的是还必须要有保证相邻家用基站能够在无线频谱范围内实现顺利通讯的功能，同时不会对宏蜂窝网络造成干扰。同样，家用基站必须与核心(有线)运营商网络实现无缝和可扩展连接，而核心网也须不断改进以便能与众多单独接入点有效整合。

家用基站还需要包含安全功能，这绝对是至关重要的。除了显而易见的防范服务盗窃和保护用户数据外，实际上还有更重要的作用。由于家用基站直接连接到移动运营商的网络中心，因此如果没有最严格的安全措施，恶意用户就可以使用它发动一场危及到整个蜂窝网络的攻击。

除包含新的功能，OEM厂商还需在成本方面实现新突破。宏蜂窝基站的价格通常在10,000美元以上；而家用基站的物料清单(虽然目前这还是一个有争议的问题)必须低于150美元，面对大众家用产品市场其价格应足够低。

最后一点也很重要，就是在易用性之外，家用基站还具备了很多消费类产品所具有的设计特性，尤其是小体积和低功耗。基于DSP的千兆赫解决方案需要几平方厘米硅片空间和超过10W的功耗，根本达不到上述要求。

因此只有通过硅集成方法才能化解诸如新功能、低价格和低功耗带来的压力。为满足这些需求，无线基带芯片厂商已开始提供一种新的半导体器件—单芯片家用基站，这是WCDMA领域最先进的产品，例如picoChip的PC302。

由于cdma2000和WCDMA都已经实现广泛部署，所以基于这些标准的大部分家用基站应用都被覆盖。相反，像中国的TD-SCDMA这样的新标准和LTE等未来发展项目，将会从一开始就包括家用基站，并将其作为运营商网络的固有组成部分。同时由于WCDMA已是世界各地大批量部署的成熟标准，所以其结果是WCDMA市场会极力沿着"消费化"道路前进。

在传统网络构建方式下，基站部署要经过精心的计划和协调，而消费化带来的影响除了文化冲击外，另一个就是可摆脱这种传统方法。当然这对家用基站并不适用，但却是许多变化及标准中增加一些额外应用的根本原因。

过去的网络架构是手动规划和配置的，对GSM来说，这意味着复杂的频率规划，因为基于WCDMA的系统要求配置独特的扰码。当节点加入到网络时，传统基站的传输功率还需要进行设置并不断调整。自配置家用基站必须自动执行所有这些任务，这一功能是整个设计工作的主要组成部分。为了做到这点，系统设计师需要获得周边环境无线通信信息—正是这一要求使得单芯片家用基站方案完全支持SON规则非常重要。另外家用基站芯片还要提供增强的安全性功能，以进行验证、定位检测、加密和防御DoS攻击。

家用基站的出现也涉及到整个网络架构。传统WCDMA网络包含一个与无线网络控制器(RNC)连接并与核心网络沟通的基站(NodeB)，NodeB和RNC之间的接口采用3GPPlub标准(TS25.434)，通过昂贵的专门租用线路实现。这样安排家用基站将面临巨大挑战，因为RNC的设计根本就不能使其与小型网络中的大量NodeB实现互连，虽然lub接口在理论上是标准的，但通常包含一些专用器件，租用线路不可能用于大众市场，而且传统架构也不适用于大众市场宽带连接本身所具有的竞争性和不对称性。也许最重要的是，迄今为止由RNC提供的许多无线控制功能(比如决定使用什么无线信道或分组调度)需要在本地由家用基站来提供。

这可以通过在家用基站接入点(或FAP)上将RNC和控制器的大部分功能转移到NodeB上实现。因此家用基站不仅需要支持空中接口，还要支持无线资源控制、用户面加密和分组数据汇聚协议(PDCP)。

由于这一原因，家用基站系统级芯片(SOC)需要的不仅仅是成本优化的"硬"版NodeBWCDMA物理层，还需更多处理能力和加速器以执行RNC堆栈功能。此外，它还要有正确的处理能力：物理层信号处理以及堆栈控制平面和网络处理的组合。

简化无线子系统并降低成本与降低基带器件成本同样重要。无线和基带芯片之间的无缝连接将无需使用外部元件(通常是FPGA)执行诸如内插和抽取滤波功能。