C—RAN——融合4C理念的新一代無線網(wǎng)架構(gòu)

1.技術(shù)背景

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)逐漸興起，無線網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流量迅速上升。為了滿足不斷增長的無線寬帶業(yè)務需求，運營商不斷增加空中接口帶寬、增加基站數(shù)量，網(wǎng)絡的CAPEX/OPEX逐年增高，隨之而來的無線接入網(wǎng)絡的能源消耗問題也變得日益嚴重，同時潮汐效應導致基站利用率低下。必須考慮新的無線接入網(wǎng)絡構(gòu)架以適應新的環(huán)境，才能找到適合移動互聯(lián)網(wǎng)高性能、低費用、綠色無線接入網(wǎng)的方法，才能解決移動運營商所面臨的上述挑戰(zhàn)，并滿足營收和未來移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務同步發(fā)展的要求。

在市場競爭和現(xiàn)網(wǎng)問題的雙重驅(qū)動下，中國移動提出融合4C特點的綠色無線接入網(wǎng)。所謂4C，即Clean（節(jié)能減排）、Centralized（集中處理）、Cooperative（協(xié)作式無線電）和Cloud（利用了云計算能力的軟硬件平臺），這種具備4C特色的綠色無線接入網(wǎng)被稱為C-RAN。

2.網(wǎng)絡架構(gòu)

融合4C理念的新一代無線接入網(wǎng)架構(gòu)C-RAN理念的一經(jīng)問世，就備受關(guān)注。C-RAN的目標是減少基站機房數(shù)量，降低能耗，提高頻譜效率，并實現(xiàn)資源共享和動態(tài)調(diào)度，以實現(xiàn)低成本、高帶寬和靈活的運營。

C-RAN架構(gòu)如圖1所示，包括3個組成部分：

◆分布式無線網(wǎng)絡：由遠端無線射頻單元（RRU）和天線組成；

◆遠端無線射頻單元：由高帶寬低延遲的光傳輸網(wǎng)絡連接；

◆集中式基帶處理池：由高性能處理器和實時虛擬技術(shù)組成。

在C-RAN架構(gòu)下，運營商可以迅速地部署或者升級網(wǎng)絡。運營商只需要部署一些新的遠端無線射頻單元并連接到基帶處理池，就可以輕易實現(xiàn)網(wǎng)絡覆蓋的擴展或網(wǎng)絡容量的增加。如果網(wǎng)絡負載增加，運營商只需要在基帶池中增加新的通用處理器即可。

圖1 C-RAN網(wǎng)絡架構(gòu)

如圖所示，C-RAN主要包括三部分：由遠端無線射頻單元和天線組成的分布式無線網(wǎng)絡；由高帶寬低延遲的光纖或光傳輸網(wǎng)連接遠端無線射頻單元；由高性能低功耗處理器和實時虛擬技術(shù)組成的集中式基帶處理池。

技術(shù)的快速發(fā)展，正在加速C-RAN的全面實現(xiàn)。BBU+RRU基帶拉遠基站大量應用，多核、線程并行化處理通用處理器不斷發(fā)展，基站虛擬化技術(shù)不斷提升，以及云計算技術(shù)廣泛應用為C-RAN基帶池的實現(xiàn)打下基礎。C-RAN實現(xiàn)的保障是光傳輸網(wǎng)絡。Ir光口成熟商用，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)不斷發(fā)展，為C-RAN的實現(xiàn)提供了保障。寬帶功放技術(shù)成熟使得各種制式融合成為可能，協(xié)作技術(shù)（COMP）已經(jīng)成為LTE-A關(guān)鍵技術(shù)，微小區(qū)、云覆蓋成為無線網(wǎng)絡發(fā)展趨勢，全方位實現(xiàn)協(xié)作式無線電的目標也將逐步實現(xiàn)。

3.核心技術(shù)

▲集中式基帶池

基帶資源集中放置（見圖2），可以減少機房數(shù)量，減少CAPEX和OPEX，降低配套設施能源消耗，綠色環(huán)保。同時，基帶資源集中共用，可以方便地實現(xiàn)動態(tài)資源調(diào)度，解決潮汐效應，提高網(wǎng)絡容量和頻譜效率，提高基礎設施資源利用率。隨著基帶處理能力的不斷提升，集中式基帶資源池已經(jīng)具備支持C-RAN組網(wǎng)的能力。相比整體化的大型機，有統(tǒng)一平臺、體積小、可級聯(lián)擴展的BBU基站更加靈活。根據(jù)目前業(yè)界最高處理能力，僅19英寸3U高的單框BBU最大可支持108載扇。在容量不高的區(qū)域，單框BBU即可支持多個基站，形成基帶資源池。BBU之間可通過光纖級聯(lián)，組成更大容量的基帶資源池，可支持1000載扇以上。

圖2 C-RAN集中放置基帶池

▲光傳輸網(wǎng)絡

基帶資源集中放置后帶來一個副作用——光纖拉遠基站大量增多。BBU不再僅僅連接機房所在樓頂?shù)腞RU，而是需要連接好幾公里甚至更遠的RRU天面設備，采用傳統(tǒng)的光纖直連方式顯然不合適。在城域網(wǎng)中有豐富的光纖資源，將RRU接入城域網(wǎng)與BBU相連即可解決光纖拉遠問題。但運營商的光纖資源并非無限，新建光纜管道成本高，如何高效利用光纖資源是C-RAN組網(wǎng)必須解決的問題。在光纖資源豐富的地方，建議采用光纖直驅(qū)方案，不需要任何設備或現(xiàn)網(wǎng)的改造即可簡單、快速部署。在光纖資源緊張的地區(qū)，可采用彩光直驅(qū)方案，目前的彩光光模塊可支持8種光波，每個光波即一個6G傳輸通道，相當于更多RRU到BBU之間的IQ的信號可在同一光纖上傳輸，從而提高光纖利用率，降低對城域網(wǎng)光纖資源的占用。

此外，光傳輸網(wǎng)絡的安全機制也是需要考慮的問題。環(huán)形組網(wǎng)可保障級聯(lián)站的可靠性，任何一段光纖意外損壞或者鏈路中任一個RRU損壞，會自動倒換到反向鏈路，不影響上級或者下級RRU的正常工作。

▲協(xié)作式無線電

C-RAN系統(tǒng)的一個主要目標是顯著提高系統(tǒng)頻譜效率，并提高小區(qū)邊緣用戶吞吐量。然而，眾所周知，在采用OFDM技術(shù)的蜂窩小區(qū)中，邊緣的用戶經(jīng)歷比較嚴重的信道間干擾（ICI），因而使得系統(tǒng)性能明顯降低。因為系統(tǒng)的容量是干擾受限的，因而不能通過不斷增加發(fā)射功率來解決該問題，導致單小區(qū)的無線資源使用效率較低。C-RAN將采用有效的多小區(qū)聯(lián)合資源分配和協(xié)作式的多點傳輸技術(shù)來有效提高系統(tǒng)頻譜效率。

4.C-RAN架構(gòu)的意義

C-RAN架構(gòu)是對傳統(tǒng)RAN架構(gòu)的一次深度變革，但從實際網(wǎng)絡狀況、建網(wǎng)成本和技術(shù)成熟度考慮，C-RAN并不能馬上取代傳統(tǒng)RAN。目前的C-RAN還處于初級階段，實現(xiàn)了基于光傳輸網(wǎng)絡的分布式BBU+RRU基站的架構(gòu)設計。下一步，C-RAN將實現(xiàn)全軟件無線電基站，BBU的基帶處理完全由基于信號處理器或通用處理器的軟件無線電實現(xiàn)。一旦BBU建立在信號處理器或通用處理器上，并可用軟件無線電實現(xiàn)基帶處理，C-RAN將演進為基于實時云構(gòu)架的虛擬基站。

5.結(jié)束語

自中國移動提出C-RAN以來，奧維通信持續(xù)關(guān)注C-RAN發(fā)展，積極與中國移動集團進行密切交流和配合，充分發(fā)揮自身在室分建設領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和應用優(yōu)勢，不斷在室分網(wǎng)絡覆蓋建設過程中積累豐富的方案應用、項目管理和實施經(jīng)驗，盡可能提高無線網(wǎng)絡建設的前瞻性，標準化和可持續(xù)發(fā)展的能力，傾力為運營商部署功能完備、性能卓越的商用網(wǎng)絡，推動中國C-RAN產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，為全球4G產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出貢獻。