5G基站虛擬化基站資源管理關(guān)鍵技術(shù)研究

黃婷

【摘要】電子通信行業(yè)是以電子信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以通訊電子為核心的無(wú)線通訊設(shè)備制造、生產(chǎn)和銷售行業(yè)。電子通訊行業(yè)以20年代電話通訊的產(chǎn)生為開始，經(jīng)過(guò)一兩個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，如今已經(jīng)成為越來(lái)越同生活緊密的行業(yè)。本文通過(guò)分析虛擬化基站資源管理的發(fā)展現(xiàn)狀及其基本特點(diǎn)，結(jié)合時(shí)代技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，對(duì)5G基站虛擬化基站資源管理的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究探討。這對(duì)于促進(jìn)整個(gè)5G產(chǎn)業(yè)和移動(dòng)通信行業(yè)的發(fā)展都具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】5G基站;虛擬化基站;資源管理

在移動(dòng)通信發(fā)展的歷程中，基站和基站相關(guān)技術(shù)始終發(fā)揮了重要的作用與價(jià)值，而隨著整個(gè)人類科技文明的進(jìn)步，基于5G時(shí)代的移動(dòng)通信技術(shù)水平也得以不斷提升。顯然為了進(jìn)一步改善和提升5G移動(dòng)通信的工作效率與質(zhì)量。虛擬化基站可通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)基站資源的有效管理，來(lái)進(jìn)一步確保整個(gè)移動(dòng)通信的順利和通暢。而本文致力于通過(guò)分析5G基站虛擬化基站資源管理的發(fā)展現(xiàn)狀及其技術(shù)要求，就其主要的技術(shù)形式進(jìn)行了研究和探討。

1. 移動(dòng)通信發(fā)展歷程

通信產(chǎn)業(yè)鏈有很多的變化，這些變化也讓整個(gè)電子信息通訊行業(yè)在技術(shù)或者手段層面不斷的變化?？傮w來(lái)說(shuō)，電子通訊行業(yè)是以2G+3G以及4G為主要代表的演變。

第一階段：這個(gè)階段是整個(gè)電子通訊行業(yè)的起步階段。我們稱之為第一代信息通訊時(shí)代，以1G和2G為主要的引領(lǐng)方向，在這個(gè)階段整個(gè)設(shè)備供應(yīng)者、運(yùn)營(yíng)商以及用戶之間是存在比較簡(jiǎn)單的關(guān)系的，整個(gè)產(chǎn)業(yè)興起于20世紀(jì)80年代，運(yùn)營(yíng)商基本處于控制整個(gè)壟斷市場(chǎng)階段。而這一階段主要以歐美國(guó)家為技術(shù)指導(dǎo)。

第二個(gè)幾段主要是以第二代網(wǎng)絡(luò)通技術(shù)為主導(dǎo)的時(shí)代，且歐美國(guó)家在電子通訊行業(yè)依然處于領(lǐng)先地位。從時(shí)間上看，20世紀(jì)90年代開始的第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)周期，但整個(gè)電子通訊行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈開始發(fā)生變化。形成了設(shè)備制造商、終端制造商、內(nèi)容/服務(wù)提供商、系統(tǒng)集成商、電信運(yùn)營(yíng)商以及其他的不同市場(chǎng)。

第三階段：本階段技術(shù)上主要以3G/4G過(guò)渡的周期為主導(dǎo)。技術(shù)市場(chǎng)開始走向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通訊階段。這個(gè)階段的電子通訊行業(yè)頻段開始出現(xiàn)大幅度的變化，而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也有所調(diào)整。產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)演變成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，運(yùn)營(yíng)商的主導(dǎo)地位不再特別明顯，價(jià)值產(chǎn)業(yè)鏈更加多元化，一些智能終端廠里開始直接向用戶提供產(chǎn)品和服務(wù)。

2. 移動(dòng)通信與虛擬化基站資源管理技術(shù)現(xiàn)狀研究

虛擬化基站的應(yīng)用關(guān)系到整個(gè)移動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步和變革，而在技術(shù)不斷發(fā)展的今天，虛擬化基站同樣進(jìn)入到了一個(gè)全新的發(fā)展階段。

2.1 虛擬化基站技術(shù)與發(fā)展分析

基站作為整個(gè)移動(dòng)通信行業(yè)發(fā)展的基石，是在一定的無(wú)線電覆蓋區(qū)域內(nèi)，借助一定的交換中心，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話終端之間相互交流和相互關(guān)聯(lián)信號(hào)的一種無(wú)線電收發(fā)信電臺(tái)。從一般的技術(shù)層面分析看，傳統(tǒng)的移動(dòng)通信基站的虛擬化資源管理包括對(duì)其內(nèi)部的信息數(shù)據(jù)管理以及無(wú)線電傳輸管理，所以其技術(shù)結(jié)構(gòu)通常為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與信號(hào)處理系統(tǒng)。不過(guò)在5G時(shí)代，人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度和質(zhì)量要求更高。所以傳統(tǒng)基站技術(shù)難以得到真正的應(yīng)用，由此推動(dòng)了虛擬化基站的發(fā)展。在創(chuàng)新的技術(shù)形式上，虛擬化基站借助于不同類型的軟硬件設(shè)施，通過(guò)相應(yīng)的信號(hào)虛擬化技術(shù)，將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)變?yōu)樘摂M狀態(tài)，并為用戶提供信號(hào)虛擬傳輸服務(wù)。目前的5G時(shí)代對(duì)虛擬化基站有了更高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即不僅能讓用戶完全完全享有早期傳統(tǒng)基站所提供的功能體驗(yàn)，也可以讓用戶感受5G時(shí)代虛擬化優(yōu)勢(shì)。

目前，虛擬化基站的設(shè)計(jì)建設(shè)體系已經(jīng)基本成熟，并在日常生活中得到了一定范圍的應(yīng)用。隨著5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，虛擬化基站會(huì)在未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)中發(fā)揮出更加重要的作用。而在這一過(guò)程中，虛擬化基站資源管理的作用至關(guān)重要。而從未來(lái)的技術(shù)趨勢(shì)性看，當(dāng)前的移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)5G高頻高速演進(jìn)，高頻線路板先行，在前沿電子通訊技術(shù)方面始終領(lǐng)先全球。值得一提的是，我國(guó)在5G商用以及技術(shù)通訊頻段等方面逐步占據(jù)了主導(dǎo)地位，且推出了越來(lái)越多的專利技術(shù)申請(qǐng)，且數(shù)量在超過(guò)歐美主要國(guó)家。可想而知我國(guó)電子通訊行業(yè)的前沿技術(shù)得到了快速發(fā)展，高頻通信獲得了超常規(guī)的速度發(fā)展。當(dāng)前，電子信息產(chǎn)品邁入了千兆赫茲（GHz）的高頻時(shí)代，以微波為代表的高頻等通信帶來(lái)高頻電路板需求。這也是我國(guó)電子通訊行業(yè)面臨的巨大商機(jī)和巨大優(yōu)勢(shì)。

2.2 虛擬化基站資源管理技術(shù)特征分析

跟傳統(tǒng)基站不同，虛擬化基站在資源管理方面有著很大的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，這些特征讓其在5G時(shí)代能夠更好的服務(wù)于用戶。

一是整體技術(shù)的市場(chǎng)通用化程度明顯得到提升。這是因?yàn)樘摂M化基站在運(yùn)作時(shí)其基礎(chǔ)為硬件操作平臺(tái)，而當(dāng)前時(shí)代和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)硬件平臺(tái)的技術(shù)含量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)早已不同往日，其在要求方有很大的相通性。因此，以此平臺(tái)為基礎(chǔ)開發(fā)的虛擬化基站在資源管理方面也用有比較高的通用化程度。

二是標(biāo)準(zhǔn)化程度高。在整個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，虛擬化基站必須利用軟件和硬件設(shè)施進(jìn)行數(shù)據(jù)虛擬。所以為了讓基站能夠同時(shí)滿足不同用戶的需求，保持用戶傳輸信號(hào)的統(tǒng)一，就需要對(duì)不同條件下的基站技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一化。所以虛擬化基站資源管理的標(biāo)準(zhǔn)化程度往往比較高。

三是保性更好。長(zhǎng)期以來(lái)在建設(shè)基站的時(shí)候都需要消耗很大的資源和原料，投入更多的成本，但一旦借助虛擬化技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信資源整合，顯然可以有效節(jié)約運(yùn)營(yíng)商的成本和開支，在不必維持大量工作系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，虛擬化基站的資源管理能減少對(duì)能源資源的依賴，這也十分有利于環(huán)境的保護(hù)。

總體而言，這種技術(shù)形式和技術(shù)特征，非常方便與整個(gè)虛擬化基站的資源管理，當(dāng)然要更好實(shí)現(xiàn)對(duì)其資源的管理，則必須通過(guò)一些比較有效的技術(shù)路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3. 5G基站虛擬化基站資源管理關(guān)鍵技術(shù)

虛擬化基站的資源有效管理對(duì)于推動(dòng)5G基站的應(yīng)用發(fā)展有很好的幫助。本文通過(guò)分析多方資料，對(duì)虛擬化基站資源管理中的無(wú)線頻譜資源池和基帶處理資源池技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)的研究。

3.1 虛擬化基站資源管理的無(wú)線頻譜資源池

傳輸速度和傳輸效率是5G同4G本質(zhì)上的差別，當(dāng)前的4G的傳輸速度基本可以滿足日常生活和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但是對(duì)于一些要求比較高的行業(yè)或者說(shuō)了為了滿足用戶更好的體驗(yàn)，則4G技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。按照一般的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，5G移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)傳輸速率峰值可達(dá)到所要求的10Gbps。為了滿足5G移動(dòng)通信技術(shù)的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅?G基站對(duì)技術(shù)的要求性會(huì)更高。其中，無(wú)線資源頻譜就是最重要的一項(xiàng)。因此，無(wú)線頻譜資源池成為了虛擬化基站資源管理的關(guān)鍵技術(shù)。

在技術(shù)原理方面，我們所強(qiáng)調(diào)的無(wú)線頻譜更多為一種以無(wú)線電波或者電磁波二存在的頻率。這種頻率關(guān)系到整個(gè)信號(hào)傳輸?shù)慕Y(jié)果。如今5G移動(dòng)通信對(duì)于頻譜復(fù)用效率的技術(shù)要求性更高。因此，無(wú)線頻譜資源池對(duì)于提高5G移動(dòng)通信的信號(hào)傳輸速率和傳輸穩(wěn)定性有著重要的意義，通過(guò)在無(wú)線網(wǎng)中接入無(wú)線頻譜資源池，也可以有效提高虛擬化基站資源管理過(guò)程中所需要的數(shù)據(jù)處理能力和傳輸能力。

3.2 虛擬化基站資源管理的基帶處理資源池

除了無(wú)線頻譜資源池外，基帶處理資源池也是虛擬化基站資源管理的關(guān)鍵技術(shù)之一?；鶐幚碣Y源池是指基帶容量的共享，從而實(shí)現(xiàn)基帶資源的動(dòng)態(tài)分配。在虛擬化基站的資源管理過(guò)程中，由于不在配置有傳統(tǒng)基站的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，而是主要依靠硬件平臺(tái)完成虛擬網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)工作。因此，在這一過(guò)程中對(duì)基帶處理資源出的要求會(huì)更高。通過(guò)有效應(yīng)用基帶處理資源池，可以充分利用現(xiàn)網(wǎng)充足的骨干、核心傳輸系統(tǒng)，提高基站在信息處理過(guò)程中的效率。而且，基帶處理資源池具有高集成度、多制式、大容量、可靈活調(diào)度等優(yōu)點(diǎn)，在虛擬化基站的資源管理過(guò)程中會(huì)發(fā)揮出更加重要的作用。

3.3 絡(luò)虛擬化NFV平臺(tái)技術(shù)

隨著現(xiàn)代技術(shù)的創(chuàng)新，為了更好地對(duì)基站虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，集合資源，提升應(yīng)用效率，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)NFV的出現(xiàn)，讓這些成為了可能。目前整個(gè)5G基站資源管理都在朝著虛擬化方向進(jìn)步和變革。在技術(shù)層面，借助虛擬化，能滿足分布在天線端的BBU的虛擬化資源池由Cloud端統(tǒng)一進(jìn)行管理調(diào)度的要求，從而達(dá)到優(yōu)化資源的配置和使用的效果。為了滿足C-RAN虛擬化技術(shù)集中化處理的要求，L2層功能結(jié)構(gòu)的不同劃分對(duì)應(yīng)的負(fù)載動(dòng)態(tài)變化范圍非常大，對(duì)L2層控制面的調(diào)度和處理能力有了更嚴(yán)苛的要求。上面所面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)就要求在5G基站中對(duì)操作系統(tǒng)有非常強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力以及極高的軟件處理性能。同時(shí)，對(duì)于虛擬化處理技術(shù)NFV，5G也要求需要有強(qiáng)有力的NFV平臺(tái)軟件的支撐，來(lái)實(shí)現(xiàn)各種虛擬化業(yè)務(wù)，并與L2層的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完美的融合。

總體而言，這類技術(shù)可以充分發(fā)揮我國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)智能終端優(yōu)勢(shì)。2019年以來(lái)，我國(guó)智能手機(jī)設(shè)備出貨量持續(xù)增長(zhǎng)，截止到2019年12月，去年我國(guó)智能手機(jī)出貨量規(guī)模為3.72億部，其中5G手機(jī)出貨量規(guī)模為1376.9萬(wàn)部，預(yù)計(jì)明年5G手機(jī)出貨規(guī)模將進(jìn)入到快車道。可見移動(dòng)終端的普及讓我國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的更快，更加具有市場(chǎng)應(yīng)用，基于市場(chǎng)智能終端的應(yīng)用，我國(guó)移動(dòng)支付規(guī)模達(dá)到數(shù)十萬(wàn)億，基于第四代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和創(chuàng)業(yè)企業(yè)更是成為全球領(lǐng)先的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。

4. 結(jié)束語(yǔ)

虛擬化基站的建設(shè)將是促進(jìn)新一代移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展的重要途徑，也可以全面加快5G移動(dòng)通信的商業(yè)應(yīng)用進(jìn)程。在一定的技術(shù)實(shí)踐環(huán)境中，為了有效改善虛擬化資源管理質(zhì)量，本文對(duì)整個(gè)移動(dòng)通信行業(yè)發(fā)展歷程、虛擬化資源管理技術(shù)現(xiàn)狀特征以及虛擬化資源管理技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了深入全面的分析研究。同時(shí)本文結(jié)合時(shí)代技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，對(duì)5G基站虛擬化基站資源管理中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討，這些研究對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和虛擬化基站的應(yīng)用有很好的幫助。

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作者簡(jiǎn)介：黃婷，廣東揭陽(yáng)人，畢業(yè)于倫敦國(guó)王學(xué)院，碩士，研究方向：電子信息工程、通信工程、智能控制、控制系統(tǒng)。