如何構建5G之基礎——C—RAN
2017-07-29 11:33:44 未知 |
移動運營商正計劃著支持未來千兆級LTE及5G網絡。為此，他們必須使網絡更加密集，以實現高吞吐量、低延遲的服務。要實現網絡的致密化，需要在整個無線接入網（RAN）中，每隔幾百英尺就部署一座小型蜂窩基站，或者拆分現有的宏基站扇區來提升容量等。無論是對于小型基站還是宏基站，C-RAN都是實現RAN的使能架構，為5G奠定基礎。因此，C-RAN正是當今無線行業的一大趨勢。
C-RAN中的“C” 既可指“集中式（Centralised）”無線接入網（RAN），也可以指“云（Cloud）” 無線接入網。目前，運營商們正積極部署集中式無線接入網。中國移動一直處于此網絡架構變革的最前沿，并在過去幾年中積極部署C-RAN。其他地區的網絡運營商（特別是在美國）如今也在積極部署C-RAN，以期望隨著市場的成熟能夠更多地實現對行業的承諾。
在傳統宏蜂窩網絡中，遠程無線電單元安裝于蜂窩基站塔頂部并配有天線，通過光纖連接至位于蜂窩基站塔底部的基帶單元（BBU）。 BBU是一個無線基帶設備，每小時可處理數十億比特的信息，并將終端用戶連接到核心網絡。每座蜂窩基站都有自己的BBU，位于站內的某些機房或機柜內。
圖1. C-RAN 架構.
C-RAN提供了一種更為精良且高效的替代方案。（見圖1.）C-RAN將每個基站中的BBU集中于BBU池（亦稱為C-RAN中樞）。C-RAN中樞本身就可以服務于多個蜂窩基站，并替代每個站點中的傳統BBU。一旦對部分資源池加以利用，還能夠減少所需的BBU設備總量。因此集中式RAN為最終實現云 RAN的重大轉變鋪平了道路。在云RAN中，BBU的處理被虛擬化，每個虛擬BBU都能夠支撐30座甚至更多的基站，以實現資源池的高利用率。此版本的C-RAN有望從根本上促成5G的實現。但是，虛擬化的前一階段是集中化，這也是目前無線行業所處的階段。
未來屬于光纖
通過在C-RAN中樞實現BBU集中化，名為前傳（Fronthaul）的新物理層被引入網絡。前傳指的是BBU池與蜂窩基站或小型基站站點中的遠程無線電單元之間的鏈路。光纖能夠提供更多的帶寬，因而成為前傳的最佳選擇。但由于地理位置的不同，也還是會有使用微波鏈路的時候。然而，由于鋪設新光纖的成本與挑戰，同時也為實現當前資源利用最大化，一些網絡運營商正通過光纖網絡融匯技術來利用現有的光纖資產，如光纖到戶（FTTH）網絡。
光纖網絡融匯指的是單一接入網絡中多種服務的組合。換言之，即用一條管道傳送全部或多種形式的通信服務。當前的許多大型服務提供商都在同時運營有線及無線網絡服務，因此將二者融匯至單一網絡并最大化資產利用是非常合理的。光纖網絡融匯進程的主要驅動力來自于使能技術的開發、用戶需求和服務提供商的能力。
FTTH網絡覆蓋廣泛，能夠完美地支持快速增長的移動應用，如分布式天線系統（DAS）、小型蜂窩基站和Wi-Fi回程和/或C-RAN前傳。為最大限度地利用現有光纖資產，運營商正在現有光纖上使用波分復用（WDM）技術，通過單條光纖獲得8條、16條、甚至40條信道。單條光纖上運行的信道越多，總體成本就越低。（見圖2）
圖 2. WDM 架構.
WDM是指在單條光纖上使用多個波長（波長復用）或將含有多個波長的單根光纖分離成多條含不同波長的光纖（解復用）的方法，每個波長的光都攜帶不同的信號。在無源WDM中，復用時可使用光學濾波器預設允許通過的波長范圍；解復用時通過薄膜濾波器技術允許另一范圍的波長通過。當薄膜層堆疊在一起，它們之間的表面所產生的連續反射會形成干涉效應，從而使其只允許特定波長通過，而對其它波長進行反射。
無源WDM技術非常適合C-RAN前傳網絡，因為它無需有源光傳輸層就能處理波長，而無需對其進行供電，這也是小型蜂窩基站部署中需要考量的重要因素。使用無源WDM，服務提供商就能夠提供更廣泛的服務，采用全新商業模式以提供創新服務，并通過現有FTTH網絡打入新市場。
C-RAN的優勢
C-RAN可提供包括減少資本支出、降低維護成本以及提升空間利用率等諸多優勢。由于操作員可在中央位置進行維護而無需驅車前往各個基站，BBU維護成本得以降低。他們通常能夠利用現有的中央辦公室或蜂窩基站基礎設施來創建C-RAN中樞。除了節約硬件成本，C-RAN還能夠在電力、冷卻和場地租賃等方面顯著節約成本。亞洲是C-RAN最早展開商用部署的地區，運營商的運營支出下降了30% 至50%。*
實現4.5G和5G的第一步是RAN的集中化。運營商如今正通過創建集中式BBU池并利用其光纖網絡，來實現從蜂窩基站到BBU池的前傳。
而第二步將是虛擬化。虛擬化已經部署于網絡的核心，最終也將拓展至RAN。
而當C-RAN發展為云 RAN，我們就真正有望迎來卓越的無線網絡服務了。運營商也認識到了這一點，如今正在逐步展開行動，希望通過集中化實現這一愿景。
