新一代通讯网络图像小册子(2017)

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    新一代小基站

  • C-RAN是一种集中化,基于云端的新型基站网络架构,运营商可以利用C-RAN提升服务质量、降低设备成本、降低运营成本和降低能耗。应科院正在开发一种灵活及高性能的 C-RAN 解决方案以满足工业需求。

     

    主要特性

    灵活的 C-RAN 结构

    应科院的C-RAN结构是基于标准的FAPI PS-PHY界面,便于集成商业PS软件。FAPI接口是由小基站联盟提出的一个标准接口,很多LTE/LTE-A基站都采用PS与PHY的接口作为商业解决方案。服务器与远程单元之间的任务分配由集中化程度和减少回传吞吐量所决定。应科院的物理层处理提供了灵活的结构,可以根据不同的需求进行部署。

     多基站协作处理

    我们的C-RAN解决方案提供了一个新型的集中化基带处理能力,可以实现更先进的多基站处理算法。比如多点协助处理、小区间干扰消除,以及有源天线波束选择,在小基站及异构网络拓扑中降低了基站之间的干扰,并且提升了频谱的利用率。这对增加系统的频谱利用率很有意义。

    伺服器端的负载均衡

    C-RAN的处理器集中化使计算资源动态分布。每个基站的处理实体都是在伺服器的处理器中动态分组和分布。在处理流量低的时候,系统可以关闭多余的处理器,或者切换到其他处理器中,以支援其他应用。这样就可以降低能量消耗和提升计算单元的硬体的利用率。

     

    应科院开发的灵活的C-RAN结构,具有集中化的PHYPS协助功能

     

    应科院 C-RAN 参考设

    这项目计划开发一个 C-RAN 的参考设计,包括基带池和基本 L2 / L3 协议栈功能,以实现端到端网路,支援以下功能:

    (1)  多个小区的载波聚合(CA),提供网路带宽灵活配置及更高吞吐量;

    (2)  动态小区合併和分裂以降低营运费用和优化网络表现;

    (3)  先进的MIMO技术,以提高频谱效率和可靠性。 该研发成果包括  (a) DL 和 UL 收发器 L1 链路仿真平台; (b) 商用级 C-RAN 基带池的参考设计和; (3) 完善的测试平台,验證 3GPP 标準的要求。

    應科院 C-RAN 規格

    Features C-RAN PHY
    Standard 3GPP release 10
    Bandwidth 5 , 10, 15, 20 MHz
    Duplexing FDD, TDD (All UL-DL configuration and special sub-frame configuration)
    # of users 256 users per sector
    16 UEs/TTI
    Cell Size Up to 10 km
    Mobility Up to 160 km/h
    Throughput DL: 300Mbps per sector
    UL: 150Mbps per sector
    UE support Category 1 to 6
    Synchronization GPS, 1588v2
    Advanced features CA
    4×4 MIMO
    Beam-forming (TM7 and TM8)

    C-RAN

    自优化和协调 LTE 小型基站

  • 本项目研发的用于LTE小型基站的SON和干扰协调技术,满足在4G异构网部署小基站的需求。此类网络部署可以让小 基站有效地分流宏基站的业务从而达到提高系统容量目的的。我们的技术加强了现有的LTE小基站基带核并并多小区协调,自配置,自优化来管理小区之间的干扰。

    项目的开发成果包括:

    1)增强的基带核和协议栈技术用来实现SON和干扰协调;

    2)LTE SON小基站参考设计包括L1链路和系统仿真平台,支持SON和干扰协调的基带(L1)和协议栈模块L2 / L3中的无线资源管理和媒体接取和一套完整测试平台 来验证小基站。

     

    LTE 小基站規格

    参数 规范
    Silicon Freescale BSC9131/BSC9132
    Broadcom BCM61735/BCM61755
    Standards 3GPP Release 9
    Bandwidth 5, 10, 15, 20MHz
    Duplexing FDD and TDD (All UL-DL conf., All special sub-frame conf.)
    Cell size Up to 10 km
    Mobility Up to 100 km/h
    Modulation DL/UL (QPSK, 16QAM and 64QAM)
    Users/TTI 16
    DL Throughputs Up to 150 kbits per sub-frame
    UL Throughputs Up to 75 kbits per sub-frame
    MIMO 2×2
    UE Support UE category 1 to 4
    Stack Interface Defined FAPI messages, Integrated with commercial 3rd party stacks
    Radio Interface ADI (JESD207 interface)
    Sniffer LTE/TD-SCDMA/GSM

     

    应科院商用級支持TD-LTE 和 FDD/TDD 双模的 LTE小基站

     

    LTE/LTE-advanced

    应科院正在将小基站技术推广到宏基站。

    LTE宏基站规格

    参数 规范
    Silicon Freescale B4860
    Standards 3GPP Release 10
    Bandwidth 5, 10, 15, 20MHz
    Sectors 3 sectors for up to 2 Tx
    2 sectors for up to 8 Tx
    Carrier Aggregation Supported
    Duplexing FDD, TDD (All UL-DL configuration and special sub-frame configuration)
    Cell size Up to 10 km
    Mobility Up to 160 km/h
    Modulation DL/UL (QPSK, 16QAM and 64QAM)
    Users/TTI 20
    DL Throughputs 300 kbits per sub-frame for each sector
    UL Throughputs 100 kbits per sub-frame for each sector
    MIMO 8 Tx, 4 Rx
    UE Support UE category 1 to 6
    Stack Interface Defined FAPI messages
    Radio Interface CPRI v4.2

     

    移动核心网软件 (EPC)

  • 应科院开发的 EPC 遵循 3GPP 标准的演进分组核心软件。 EPC是LTE 网络中的核心网络组件。该创新的LTE核心网架构在部署和扩展中具高度灵活性,能部署在很多不同的应用场景,包括未来向网络虚拟化演进的 LTE 网络。

    主要功能及优

    移动管理单元(MME

    • 终端(UE )移动性和会话管理、NAS 安全、认证、跟踪区域列表管理、移动切换(S1、X2)、寻呼等
    • 嵌入 HSS/PCRF(若打开计费功能,则无此功能)
    • 冗余备份:N+1

    数据包网关(SGW PGW)

    • 移动性锚点、用户数据包过滤、数据包转发、专用数据承载通道、带宽控制(AMBR、MBR)、计费(用量记录)、能支援 IPv4、IPv6、IPv4/v6 等
    • 配置选项:通过配置,可以将 SGW 和 PGW 合并(用于小型网络)或分开部署
    • 冗余备份:1+1

    系统管理

    • CLI/Telnet 管理主控台
    • HTTP Web 介面
    • 硬体系统管理、刀片、机架、冗余备份管理等
    • LTE EPC 软件业务管理、网络配置等

    控制平面处理器

    • 基于 Intel x86
    • 操作系统:Redhat Linux 或 运营商级 Windriver Linux

    数据平面处理器

    • 基于 Cavium 58xx/68xx
    • 操作系统:Cavium Simple Executable + Cavium Linux/Carrier Grade Windriver Linux

    LTE 机器类型通讯基带技术

  • 本项目旨在开发和研究LTE机器类型通讯(MTC)基带技术,以满足将来市场对机器类型通讯应用日益增长的需求。不同于常规的用户与用户之间的通讯,MTC侧重于无需用户的辅助的设备之间的通讯。市场预计LTE机器类型通讯会有十分广阔的应用前景,例如用来打造智能城市的基础设施,用于跟踪和监视系统,用于计费和付费系统等等。但同时,开发MTC技术将面临诸多技术挑战,例如减少用户终端的成本,增强系统的覆盖能力,处理巨大的终端设备接入量,优化不同数据类型的流量。

    本项目旨在提供LTE MTC终端的解决方案和技术支持。 本项目成果包括:

    (1)支持基础LTE-R9终端 和MTC 终端的基带和MAC层仿真平台

    (2)LTE MTC终端的参考设计

    (3)LTE MTC 终端测试设施以核实和验證3GPP标準要求

    (4)一个LTE MTC基带技术的专利申请。 LTE MTC终端基带和MAC层的主要技术包括:(1)LTE-R9 UE模型(2)低功耗Cat 0终端设计(3)单天线,单层传输和接收(4)TDD,FDD和HD-FDD模式(5)分集处理的覆盖範围扩展(6)TTI Bundling,SPS和QoS调度。

    Cat – 0 MTC UE原型指标

    Parameter Specification
    Silicon Freescale BSC9132
    Standards 3GPP Release 12 (software upgrade to support upcoming Release 13)
    Bandwidth 1.4, 3, 5, 10, 15, 20MHz
    Duplexing FDD, TDD (All UL-DL configuration and special sub-frame configuration)
    MIMO DL: 2×2, 4×2
    UL: 1×2, 2×2
    Category Support UE category 0 to 4
    MTC R12 category 0 UE
    (Software upgrade to support upcoming R13 eMTC features)
    Pro-Se R12 Pro-Se (D2D)
    (Software upgrade to support upcoming R13 ePro-Se (eD2D)

     

    应科院的机器类型通讯终端原型机在2015年上海世界通讯大会现场演示

    4G 及下一代的移动网络功能虚拟化

  • 网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization,NFV)是电讯行业的一个主要趋势。网络功能虚拟化主要是将网路设备的软件与硬件解耦,网络功能以软件实现,并部署在通用的硬件平台上。它提供显著的灵活性,以提供不同的服务,包括4G,WiFi和下一代服务的基础设施。另外,它减少了资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)

    应科院在NFV的研发重点

    应科院提供一系列的LTE核心网络软件。应科院目前正在研发LTE核心网络软件的网络功能虚拟化(NFV),包括:

    • 性能优化:在虚拟化平台上,不像直接在硬件上运行,性能和吞吐量都会受到影响。应科院除了优化网络通讯协定栈,也分析NFV的基础设施造成的性能樽颈,进一步定位和解决性能问题。
    • 高可用性(HA):HA是以往都是基于专门的硬件平台上实现的,在NFV的环境下,我们将会使用软件的方法实现HA功能。
    • 开放式平台和标准:专注于开放标准(如OPNFV、ONP)和架构(如ETSI NFV架构)。

     

    本项目旨在研发将LTE网络子系统(EPC, Smallcell网关,安全网关,WiFi/LTE融合网关)整合成为虚拟网络功能的形式,整合后的NFV服务将可以部署到主流的开放标准NFV平台(包括WindRiver,Open Platform NFV –OPNFV)且可以由主流NFV编排器(Orchestrator)管理,以达到运营商级别的传输性能和高可靠性。本项目吸引了国际大型设备商参与合作,并致力于项目完成后将项目成果商用部署。

    項目成果:

    (1)虚拟化演进分组核心(EPC)软件

    (2)虚拟化LTE小小区网关软件

    (3)虚拟化安全网关软件

    (4)虚拟化WiFi / 4G融合网关软件

    (5)虚拟化LTE小小区管理软件

    (6)虚拟化网络协议栈软件

    (7)(a)系统集成和验证,(b)NFV平台建立和增强,和集成

    科院与业界合作

    应科院正在积极和业界在NFV技术上合作:

    NFV白皮书

    Network Functions Virtualization (NFV) for Next Generation Networks (NGN)

    开放型无线宽频创新平台

  • 应科院已经开发了多项LTE技术(如基带,射频系统和核心网络软件),成为在提供LTE技术的领导者之一。本项目利用应科院在LTE核心技术方面的竞争力,通过结合应科院和第三方的技术和产品,开发一个开放式无线宽频创新平台(WIP),为系统开发、集成和商业化验证提供一个可配置的网络环境。

    本项目成果包括:

    在室内和室外环境部署LTE小基站网络,支持自组织网络功能;

    部署WiFi接入点和WiFi / LTE汇聚网关,支持不同的策略控制下的流量卸载性能;

    有源天线系统波束成型功能的实现与测试;

    本专案也将开发互通性测试工具,协助系统互联互通测试和应用试验。

    展望未来,该WIP将演进成为一个开放的5G创新平台,包括C-RAN,移动边缘计算,基于网络功能虚拟化(NFV)的EPC,和应用(例如VR,IoV管理)等先进技术 。

    用於车联网的车内网关软件

  • 车联网(IoV)是新兴技术和行业发展趋势,全球拥有巨大的市场潜力,尤其在中国和亚太地区。 IOV主要由两大通信部分组成:(i)V2X(IEEE 802.11p)和(ii)无线回传(3G / LTE),能使数据分享到不同应用系统如导航,车辆状态监控,远程诊断,信息娱乐系统,路线规划和车队管理等。

    车内网关是推动车联网(IoV)应用系统旳关键。它连接车辆不同零组件部分和骨干网络的电子控制器(ECU),利用车载诊断(OBDii)接口,去存取和共享车辆信息和数据。还通过V2X(802.11p)和无线回传(IP / LTE)接口,提供了车辆、道路基础设施和互联网应用之间的IP网路连接和通信。

    该项目就车内网关进行可行性研究,并提供车内网关软件参考设计。同时也构建概念演示(PoC)系统,展示不同网关功能包括车辆状态监测、ECU信息和数据共享、提供互联网和网络连接等。验证不同技术重点和实现方式,包括

    1)网关软件设计的可扩展性和灵活性,支持多厂商标准协议,接口和型号(IP/LTE/802.11p/Wifi/CAN/OBDii),

    2)提供数据安全和设备验证等。

    该项目是应科院新IoV技术路线的起动项目。 PoC系统将被用于探索IoV / V2X市场,与客户和合作伙伴包括本地产业、大学和政府部门等作讨论和合作。项目团队透过与NXP和南洋理工大学(NTU)合作,将网关原型集成到他们在新加坡的“智能交通项目”试验平台,展示不同的网关功能。

    物联网设备管理和应用平台

  • 该计划项目专注于研究开发物联网(IoT)管理平台和解决方案的架构及应用。对于只发生,或在原型阶段缺乏的质量,如缺乏可靠性,扩展性及安全性,MAP能提供有效的解决方案

    每一个路灯都是一个独立单元,有自己的太阳能电池板和蓄电池(没有任何连线),无法远程监控。采用WSN技术后,所有的太阳能路灯就能组成一个局域传感器网络,再加上一个IoT网关设备和无线宽带接入网如LTE,太阳能路灯就能被IoT管理平台远程管理并控制.IoT管理平台带来的直接好处是能监视路灯组件(如太阳能电池板,蓄电池,电流等)状态,并可以远程控制路灯(如开/关,调光等)。

    另外,IoT解决方案还能带来多方面的好处,如节能,环保,降低维护费用等。事实上,这个项目结束后,只要找到感兴趣的行业合作伙伴,类似性质的应用视频监控,河道管理,水质监控等)可以很快开发出来。

    项目成果包括:

    1) 一个商业级的IoT管理平台,能灵活并可靠地管理不同类型的IoT设备;

    2)基于IoT管理平台之上的太阳能/风能设备管理应用(太阳能路灯管理,绿色能源设备组件管理)。

    高效率射频

  • 通讯技术小组已开发了先进的射频解决方案,以提高频谱效率和减低无线基础设施的功率消耗。

    有源天线系统(AAS):「智能砖」设计参考

    有源天线系统结合天线阵列和信号集成处理算法,以提供多天线与低联结并在用于多个频率带以增加数据流率。一个典型的有源天线系统,大小如一般传统的被动天线相同,但能提供更好的性能和对运营商有更大的利益。

    优点

    • 利用波束成形,增加容量
    • 降低总体成本
    • 更高的能源效率和射频性能
    • 更灵活调度

    P.11

    AAS:「智能砖」原型

    全双工技术

    应科院全双工解决方案,包括多段式相约。天线和模拟RF干扰相约,会取消大功率干扰和减少接收信号的动态。该残余干扰信号将通过数码相约来补偿。整个系统将弥补100dB以上的干扰。这使得在LTE系统中采用全双工系统。

    ct-multi-stage-cancellation

    多段式相约

    P.13

    应科院全双工模拟相约板

    天线特性

    应科院设有工业级水准的射频和天线测量设施, 并能提供天线设计和校准服务。该设施提供如下服务:

    • 三维辐射测量系统
      • 三维有源辐射测试 (TRP/TIS)
      • 三维无源辐射测试 (up to 6 GHz)
    • 比吸收率测试系统
    • 射频测量:矢量网络分析,频谱分析仪,信号发射器,信号分析仪,功率计…
    • 模拟软件: HFSS, CST
      • 比吸收率、最佳化电场和电流视觉化

    Antenna-photo01

    宽频基站天线阵列三维测量