C-RAN 下的5G 無線接入網架構分析與研究

肖建云

（中睿通信規(guī)劃設計有限公司，廣州 510630）

可以說，隨著科技的發(fā)展，蜂窩結構的無線接入網受到了嚴峻的挑戰(zhàn)，本文根據目前移動通信系統(tǒng)的發(fā)展情況，以5G 為研究對象，分析了5G 無線接入網架構的關鍵技術。

1 基于C-RAN 的5G 無線接入網架構

1.1 5G 的要求

5G 網絡能夠為用戶提供真實的感知體驗以及個性化的服務內容，這使得5G 與3G 和4G 有著明顯的區(qū)別，而且5G 不再過于追求峰值速率，對于無線接入網的要求也變得更加苛刻和嚴格。首先，大容量并且全覆蓋的無線接入網是5G 需要認真完成的任務。其次，需要保證更高的速率和更低的時延，尤其是視頻業(yè)務已經占據了網絡業(yè)務的半壁江山。再次，需要融合多種技術和多種架構，5G 不能單獨發(fā)展。最后，降低能耗，實現(xiàn)綠色通信。值得一提的是5G 與4G 區(qū)別可以從公式c=λν 看出差別，其中c 是光速，是固定值，而λ 是波長，而ν 是頻率，頻率越高，速度越快，相應的頻段也越寬。目前我國的5G 初始中頻頻段：3.3-3.6GHz、4.8-5GHz 兩個頻段，如果5G 用高頻段，那么覆蓋能力會大幅減弱，而通過空間復用技術，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高基站的服務容量。

1.2 C-RAN 的特點

C-RAN 的長遠目標是為運營商提供低成本的網絡架構，并且讓用戶享受高質量的服務，它是以集中化處理、實時云計算和協(xié)作式無線電為基礎的綠色無線接入網架構，主要利用高速的光傳輸網絡，通過在遠端天線和中心節(jié)點間傳輸信號，從而覆蓋大面積的基站服務區(qū)域。無線網絡環(huán)境比較復雜，而且用戶的行為屬性處于動態(tài)變化中，這樣會降低無線接入網絡的性能，本文以基于C-RAN 的5G 無線接入網架構為例，它的承載方案如圖1所示。

圖1 C-RAN承載方案

1.3 RRU 部署

RRU 指的是射頻拉遠單元，它只負責信號模擬轉換后的射頻收發(fā)工作，并且通過布置大量的RRU，可以實現(xiàn)蜂窩網絡的全面覆蓋，所以一直以來，RRU 部署都是無線接入網的研究核心，當然也可以在RRU 的基礎上提高無線信號的處理能力，這樣能夠形成智能的RRU 部署方案，滿足業(yè)務需求量大的區(qū)域。至于普通區(qū)域，可以均勻部署RRU，而這時所有的RRU 都受到云平臺的統(tǒng)一管理，如果網絡的負載增多，無線接入網架構的自適應能力會增強，并對無線信號進行壓縮處理，適應鏈路帶寬的要求。RRU 級聯(lián)技術如圖2所示。

圖2 RUU級聯(lián)技術

1.4 云平臺

云平臺是RRU 與服務器之間的紐帶，彼此通過光纖進行連接，云平臺主要負責對小區(qū)域的RRU 進行調度，比如異構網絡的融合、緩存內容的分發(fā)等，這樣可以降低C-RAN 無線接入網架構的復雜度。

1.4.1 感知模塊

不言而喻，未來世界的網絡一定非常復雜，那么存儲用戶和網絡的情景信息顯得至關重要，而通過感知模塊，優(yōu)先獲得用戶的位置、優(yōu)先級以及應用類型等信息，從而準確判斷和推測用戶的需求，并為用戶提供個性化的服務，提高用戶的認可度。另外，在不遠的將來，“萬物互聯(lián)”將會極大地豐富人們的生活，同時接入網絡的設備數量會爆炸式的增長，對這些龐大的數據進行監(jiān)測需要耗費大量的成本，而通過情景感知的共享功能，可以減少這方面的開銷。

1.4.2 緩存模塊

將互聯(lián)網中的資源放在用戶觸手可及的網絡邊緣中，既能夠減少網絡流量，還能夠提升用戶的體驗。需要注意的是，網絡中的流量很多是音頻或者是視頻，可以反復下載，那么就可以使用和借助緩存技術，將這類內容存儲到中間服務器內，這樣可以滿足同一類用戶的需求，而且不需要通過遠程服務器，減輕了核心網的負擔。本地云平臺可以對感知模塊的數據進行分析，之后提高存儲內容的使用率，同時相鄰的云平臺可以存儲不同的內容，并且實現(xiàn)共享，但是需要注意的是，緩存不是越多越好，有些內容需要定時刪除和及時更新，這樣才能在緩存代價和效益之間找到最佳的平衡[1]。

1.5 服務器

后臺服務器可以看作是服務器的數據中心，并且可以進行劃分，比如虛擬OTT 網、虛擬物聯(lián)網等，這樣可以更好地利用業(yè)務特性，開發(fā)不同的管理系統(tǒng)。以虛擬物聯(lián)網為例，需要考慮系統(tǒng)差錯率的敏感度，同時所有的算法都是為了降低時延，這使得能耗的權重較低。

2 5G 無線接入網架構的關鍵技術

2.1 密集化

在未來幾年，5G 網絡會與4G、Wi-Fi 技術并存，可以說基站的類型有了極大的豐富，但是這種情況下，網絡拓撲結構會變得十分復雜，那么為了提高頻譜的利用率，就需要形成超密集的網絡，這會給網絡的運營和管理工作制造不小的困難，而且對于頻譜共享和回傳網絡等方面的問題，需要進行動態(tài)調整，并且合理配置資源和系統(tǒng)的參數[2]。

2.2 虛擬化

網絡虛擬化可以降低運營的成本，同時開發(fā)出統(tǒng)一的硬件平臺，為系統(tǒng)的管理、維護以及升級提供便利，這樣可以提高資源的利用率。本文主要分析兩者虛擬化技術：第一種，基帶池虛擬化，這就需要涉及BBU 的內容，它是基帶單元，包含所有數字基帶處理功能，每個RRU 發(fā)送信號的處理工作都可以在BBU 基帶池中的一個虛擬的處理單元內完成，這種情況下，當RRU 上傳數據后，云平臺中的BBU 基帶池就可以進行調度計算，將信息分配到合適的BBU 中。第二種，服務器虛擬化，可以通過SDN 的網絡架構，實現(xiàn)分布式的控制，并且促進云應用和云數據的融合，也可以使用NFV 技術，對數據和控制平面進行分離處理，從而按照需求對網絡設備中的軟件進行卸載和修改，完成業(yè)務擴展工作。SDN 和NFV 技術的應用原理如圖3所示。

2.3 分發(fā)化

隨著網絡架構的復雜程度不斷加深，為了有效改善服務器到客戶端的延遲情況，需要解決資源的不對稱性，可以將內容代理服務器部署在多個ISP 中，并在網絡中使用緩存服務器，根據節(jié)點的連接情況和響應時間，將用戶的請求導入到距離用戶最近的服務節(jié)點上，這樣可以解決互聯(lián)網擁擠的問題?？梢哉f，5G 無線接入網架構應用這種內容分發(fā)技術，可以提高系統(tǒng)運行的整體速度。

圖3 SDN和NFV技術的應用原理

2.4 綠色化

在提高頻譜資源的利用率上，5G 有很大的施展空間，而且通過減少功率，可以降低能耗，同時避免產生額外的污染。比如通過認知無線電技術，對空置的頻譜進行監(jiān)測，加上應用先進的抗干擾技術，可以給RRU 設置不同的功率，并利用感知模塊的參數配置，提高網絡的性能。

3 結束語

綜上所述，5G 時代即將到來，并且為人們提供豐富的上網體驗，但是目前的接入網架構無法滿足5G 的要求，而借助C-RAN可以很好地克服5G 普及和應用過程中的障礙。