C-RAN技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用策略

文/鄭建 成立華

隨著5G商用牌照的發(fā)放，5G基站的建設(shè)正式邁進(jìn)快車道，無線基站的規(guī)模將不斷擴(kuò)大，隨之而來的無線接入網(wǎng)絡(luò)的機(jī)房、無線設(shè)備、傳輸設(shè)備、后備電源、空調(diào)等設(shè)備需要同期建設(shè)或租賃，導(dǎo)致CAPEX/OPEX逐年增高，未來5G網(wǎng)絡(luò)需要支持多種業(yè)務(wù)和應(yīng)用場景，5G的實(shí)現(xiàn)及部署，一方面是技術(shù)上的演進(jìn)和創(chuàng)新，另一方面也對運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和管理提出了更高的要求。隨著5G的來臨，傳統(tǒng)運(yùn)營商如何向綜合平臺運(yùn)營商進(jìn)行轉(zhuǎn)型。如何提供一個(gè)能夠面向各類應(yīng)用、靈活、開放、高效、易維護(hù)、易創(chuàng)新的新型網(wǎng)絡(luò)平臺，將成為運(yùn)營商在5G時(shí)代的核心競爭力。

因此必須考慮一種新的無線接入網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架來適應(yīng)新環(huán)境，才能從根本上解決以上所面臨的挑戰(zhàn)，滿足未來移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和營收同步發(fā)展的新要求。

1 5G C-RAN概念

C-RAN（Centralized， Cooperative， Cloud and clean RAN）的基本定義是：基于集中式處理，協(xié)作式無線電和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架的一種綠色無線接入網(wǎng)構(gòu)架(Clean system)，將所有或部分的BBU資源進(jìn)行集中放置形成一個(gè)基帶池并對其進(jìn)行統(tǒng)一管理和動(dòng)態(tài)資源分配，在提升資源的利用率、降低設(shè)備功耗的同時(shí)，通過對協(xié)作化技術(shù)的有效支持而進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)性能。

隨著近年的進(jìn)一步研究，C-RAN的概念也在不斷的演進(jìn)，在針對5G大寬帶、高頻段、多通道天線、海量無線接入以及低延時(shí)等需求，進(jìn)一步定義了集中單元與分布單元CU/DU（Centralized Unit/ Distributed Unit）的功能以及對下一代前傳網(wǎng)絡(luò)接口NGFI（Nextgeneration Fronthaul Interface）前傳架構(gòu)的重構(gòu)，使5G C-RAN的需求概念有了新的定義。

2 5G C-RAN演進(jìn)

主要演進(jìn)有兩點(diǎn)：

（1）無線資源的虛擬化中引入網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化NFV（NetworkFunction Virtualization）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN（SoftwareDefined Network）。

（2）5G網(wǎng)絡(luò)中BBU單元進(jìn)一步切分為集中單元CU和分布單元DU。集中單元CU和分布單元DU功能以處理內(nèi)容的實(shí)時(shí)性進(jìn)行劃分：集中單元CU主要包含非實(shí)時(shí)性的無線高層協(xié)議棧功能，同時(shí)支持部分核心網(wǎng)下層和邊緣應(yīng)用業(yè)務(wù)部署的功能；分布單元DU設(shè)備處理物理層功能和實(shí)時(shí)性需要的二層功能?？紤]到節(jié)省BBU和RRU之間的傳輸資源，部分物理層的功能可以上移至RRU來實(shí)現(xiàn)。

從具體的實(shí)現(xiàn)方案上，集中單元CU設(shè)備采用通用平臺實(shí)現(xiàn)，這樣不僅可支持無線網(wǎng)功能，也具備了支持邊緣應(yīng)用以及核心網(wǎng)的能力，分布單元DU可采用專用設(shè)備平臺或通用+專用的混合平臺來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)支持高密度的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化NFV框架引入后，在管理編排器MANO（Management and Orchestration）的統(tǒng)一編排與管理下，配合操作維護(hù)中心OMC（Operating and Maintenance Center）與網(wǎng)絡(luò)SDN控制器的功能組件，可以實(shí)現(xiàn)包括CU/DU在內(nèi)的端到端的靈活資源編排與配置，進(jìn)一步滿足運(yùn)營商快速按需的業(yè)務(wù)部署需求。

在4G網(wǎng)絡(luò)中，C-RAN相當(dāng)于BBU、RRU 二層架構(gòu)；在5G系統(tǒng)中，相當(dāng)于CU、DU和RRU 三層架構(gòu)。如圖1所示。

5G C-RAN基于CU/DU的兩級協(xié)議架構(gòu)、NGFI的傳輸架構(gòu)及NFV的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，形成了面向5G的靈活部署的兩級網(wǎng)絡(luò)云構(gòu)架，將成為5G及未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的重要方向。與傳統(tǒng)4G C-RAN無線網(wǎng)絡(luò)相比，5G C-RAN網(wǎng)絡(luò)依然具有集中化、協(xié)作化、云化和綠色四大特征，只是具體內(nèi)涵有一些演進(jìn)。

3 C-RAN架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 協(xié)作化技術(shù)

協(xié)作化技術(shù)可降低或消除鄰區(qū)干擾、提高邊緣用戶的吞吐量、提升邊緣用戶體驗(yàn)。同機(jī)房部署B(yǎng)BU易于實(shí)現(xiàn)框間高速互聯(lián)能力，實(shí)現(xiàn)站間和小區(qū)間協(xié)作信息的高帶寬、低時(shí)延交互，有利于協(xié)作化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)測試，基于C-RAN的站間協(xié)同開啟后，邊緣用戶下行平均速率提升50%～200%，邊緣用戶上行速率提升30%～200%。

3.2 站間載波聚合

CA（載波聚合）可以通過多個(gè)連續(xù)或者非連續(xù)的分量載波聚合得到更大的傳輸帶寬，從而獲取更高的吞吐量和峰值速率?；贑-RAN的基站間的載波聚合提升載波聚合激活率20%左右，可實(shí)現(xiàn)“隨時(shí)隨地載波聚合”，提升CA在商用場景下的生效范圍。

圖1：4G與5G網(wǎng)絡(luò)C-RAN架構(gòu)對比示意圖

表1

3.3 BBU與RRU間前傳匯聚技術(shù)

RRU拉遠(yuǎn)對前傳光纖的需求大，可以通過引入前傳增強(qiáng)技術(shù)（如無源彩光或CPRI匯聚方案）減少對站點(diǎn)光纖資源需求。目前C-RAN有三種傳輸方案，結(jié)合成本、穩(wěn)定性及產(chǎn)業(yè)成熟度，建議優(yōu)先選擇單芯雙向白光直驅(qū)方案。如表1所示。

4 BBU集中范圍劃分原則

（1）為避免BBU間無法實(shí)現(xiàn)協(xié)同功能，C-RAN區(qū)域內(nèi)原則上不建議異廠家插花。

（2）對5G基站進(jìn)行C-RAN部署時(shí)，為提升網(wǎng)絡(luò)性能，減少網(wǎng)絡(luò)間干擾，C-RAN區(qū)域內(nèi)的物理站點(diǎn)要求連續(xù)覆蓋，不建議進(jìn)行“插花”組網(wǎng)。

（3）C-RAN覆蓋區(qū)域與傳輸微網(wǎng)格協(xié)同規(guī)劃，BBU池轄區(qū)盡量選擇界線明顯的市政道路、河流等做為邊界，同一社區(qū)盡量選擇在同一BBU池下，重疊覆蓋度高的區(qū)域盡量選擇在同一BBU池內(nèi)，每個(gè)BBU池只下掛其轄區(qū)內(nèi)的RRU。

（4）考慮經(jīng)濟(jì)、安全、纖芯需求、自身網(wǎng)絡(luò)后續(xù)需求，C-RAN資源池集中數(shù)量建議以6-12個(gè)BBU為宜。

5 C-RAN機(jī)房規(guī)劃原則

（1）考慮機(jī)房環(huán)境、承重、配套、穩(wěn)定及安全，建議中心機(jī)房應(yīng)選擇自留傳輸機(jī)房、物業(yè)敏感度低無逼遷風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)房空間充足、電源滿足后續(xù)擴(kuò)容、光纜纖芯資源充足的自留基站，不建議選用第三方物業(yè)的基站作為中心機(jī)房；考慮中心機(jī)房電力穩(wěn)定性因素，中心機(jī)房需配備油機(jī)發(fā)電。

（2）考慮空間、安全性及使用壽命，不建議選擇一體化機(jī)柜或簡易機(jī)房作為集中機(jī)房。

（3）C-RAN機(jī)房位置選取需結(jié)合微網(wǎng)格規(guī)劃，原則上需選擇綜合接入機(jī)房，如無現(xiàn)有綜合接入機(jī)房的場景，可通過新選址或利用現(xiàn)有條件好的無線機(jī)房進(jìn)行改造。

（4）新建機(jī)房可使用面積應(yīng)不低于30平方米，利舊現(xiàn)有存量機(jī)房的站點(diǎn)剩余可使用面積需滿足12-16平方米。

6 機(jī)房配套規(guī)劃原則

（1）機(jī)房電力引入容量需滿足無線、傳輸?shù)刃杞尤胂到y(tǒng)需求，并為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容及演進(jìn)做好預(yù)留，優(yōu)先采用直供電建設(shè)方式。

（2）按照機(jī)房面積空間、設(shè)備安裝的需求量和安裝區(qū)域的氣候環(huán)境等綜合考慮選用合適的空調(diào)，保障機(jī)房內(nèi)設(shè)備的正常運(yùn)行,要求機(jī)房室內(nèi)溫度保持在30℃以下，建議采用“1+1”模式配置2臺空調(diào)，空調(diào)功率需為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容及演進(jìn)做好預(yù)留。

（3）對于作為C-RAN機(jī)房的新建或現(xiàn)有綜合接入機(jī)房，需要新增蓄電池備電的站點(diǎn)，在空間和承重有限的情況下優(yōu)先采用鐵鋰電池，城區(qū)站點(diǎn)BBU后備時(shí)長不小于4小時(shí)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)站點(diǎn)BBU后備時(shí)長不小于6小時(shí)，拉遠(yuǎn)端RRU按照3小時(shí)備電。

7 結(jié)束語

本文對C-RAN技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中的具體工程實(shí)現(xiàn)提出一些應(yīng)用策略，C-RAN方案極大的降低建網(wǎng)成本，有效降低基帶資源配置，為多制式共存打下良好基礎(chǔ)，極大降低能耗，直接接入?yún)R聚層，優(yōu)化傳輸結(jié)構(gòu)，減少時(shí)延，極大縮小建設(shè)工期及運(yùn)維成本，5G是運(yùn)營商如今正通過創(chuàng)建集中式BBU池并利用其光纖網(wǎng)絡(luò)，來實(shí)現(xiàn)從蜂窩基站到BBU池的前傳，而進(jìn)一步的虛擬化部署于網(wǎng)絡(luò)的核心可以作為本文下一步的研究方向。