基帶資源池網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型研究

魏巍

摘 要 傳統(tǒng)的無線接入網(wǎng)架構(gòu)面臨著諸多挑戰(zhàn)：系統(tǒng)容量干擾受限、多標(biāo)準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載缺乏靈活性以及高額的建設(shè)和運(yùn)維成本等。本文對(duì)GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和C-RAN架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋特性進(jìn)行分析。在多個(gè)小區(qū)達(dá)到相同覆蓋效果的情況下，對(duì)新舊兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行比較分析。C-RAN架構(gòu)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，針對(duì)該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特性，對(duì)解決潮汐問題進(jìn)行可行性分析。

【關(guān)鍵詞】全球移動(dòng)通信系統(tǒng) 潮汐效應(yīng) 虛擬基站集群 可行性

無線接入網(wǎng)（RAN）是現(xiàn)在通信領(lǐng)域的主要發(fā)展方向，運(yùn)營(yíng)商的基礎(chǔ)建設(shè)也日趨成熟。但在高速發(fā)展的移動(dòng)業(yè)務(wù)和日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商面臨著多方面的挑戰(zhàn)：高額的能耗、高漲的建設(shè)和運(yùn)維成本、緊張的頻譜資源、快速增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)流量以及日趨嚴(yán)峻的成本壓力。

為了解決上述問題，出現(xiàn)一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該架構(gòu)依托于"BBU+RRU"基站結(jié)構(gòu)，覆蓋不同區(qū)域的RRU通過光纖連接到BBU，基帶資源位于BBU部分，由所有RRU共享。

本文在吸收和借鑒國(guó)內(nèi)外學(xué)者相關(guān)研究成果和研究方法的基礎(chǔ)上，對(duì)基帶資源池網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的可行性進(jìn)行了分析研究。

1 C-RAN模型的建立

1.1 傳統(tǒng)RAN的數(shù)學(xué)模型

當(dāng)Value的值大于0時(shí)，新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)節(jié)約計(jì)算量；當(dāng)Value的值等于0時(shí)，兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所需的計(jì)算量一樣；當(dāng)Value小于0時(shí)，新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要更多的計(jì)算量。

2 計(jì)算機(jī)仿真及分析

2.1 計(jì)算機(jī)求值方法及流程

其中ρ的值隨著P值的變化而變化，此時(shí)可以通過借助計(jì)算機(jī)編程求得φi（t）關(guān)于時(shí)間t變化的值。根據(jù)數(shù)學(xué)模型，可以得出程序的流程圖如圖1所示。

2.2 基站數(shù)量對(duì)數(shù)學(xué)模型的影響

為了更好的得到傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和新型網(wǎng)絡(luò)對(duì)計(jì)算量的不同需求，可以從不同方面對(duì)計(jì)算量進(jìn)行求值。首先假定每個(gè)基站所需滿足的業(yè)務(wù)量占業(yè)務(wù)量最大值的百分比P為定值，不妨取99%，計(jì)算量將隨著基站數(shù)量的變化而變化。

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，根據(jù)上述流程圖可以編程并求得每個(gè)基站所要滿足的業(yè)務(wù)量。取N=9，可以得到如表1所示的數(shù)據(jù)。

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，9個(gè)基站所需要滿足的總業(yè)務(wù)量為：Total=886.73。采用新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，資源統(tǒng)一分配，根據(jù)上述流程圖可以編程并求得9個(gè)基站所要滿足的總業(yè)務(wù)量為：Total'=622.73。因此可以看到在基站數(shù)目N取9時(shí)，節(jié)約的計(jì)算量為：Value=264Q。

隨著基站數(shù)目的不斷變化，Total和Total'也隨著變化，通過程序得到相關(guān)數(shù)據(jù)并仿真可得圖2。

由圖2可知，在P一定下的條件下，但基站數(shù)目為1時(shí)，兩種架構(gòu)所需的業(yè)務(wù)量是一樣的。但隨著基站數(shù)量的增加，新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所需滿足的業(yè)務(wù)量都在增加，而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)增加的速率比新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更快一些。這說明新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加節(jié)約計(jì)算量，而且隨著基站的增加，這種節(jié)約越來越明顯。

2.3 基站處理能力對(duì)數(shù)學(xué)模型的影響

當(dāng)基站數(shù)目一定的，而基站要滿足的情況P不同，此時(shí)又是另外一種情況。假設(shè)基站的數(shù)目N確定，不妨取20，而P暫取85%，此時(shí)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中每個(gè)基站所需滿足的業(yè)務(wù)量如表2所示。

此時(shí)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)20個(gè)基站所需滿足的總的業(yè)務(wù)量為：Total=1799.10。而采用新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)，20個(gè)基站所需滿足的總的業(yè)務(wù)量為：Total'=1318.39。此時(shí)新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)節(jié)約的計(jì)算量為：Value=480.71Q。

在20個(gè)基站的情況下，隨著P的變化，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所需的總業(yè)務(wù)量的不同，可以得到圖3。

由圖3可知，在基站數(shù)量一定的情況下，隨著基站要滿足的百分比的增加，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所需滿足的業(yè)務(wù)量也都在增加。新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更節(jié)約計(jì)算量，而且隨著百分比的增加，這種節(jié)約越來越明顯。

3 結(jié)束語

C-RAN是基于集中化處理，協(xié)作式無線電和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架的無線接入網(wǎng)構(gòu)架， 集中式基帶處理可以大大減少覆蓋同樣區(qū)域所需基站的數(shù)量；面向協(xié)作的無線遠(yuǎn)端模塊和天線可以提高系統(tǒng)頻譜效率；基于開放平臺(tái)的實(shí)時(shí)云型基礎(chǔ)設(shè)施和基站虛擬化技術(shù)可以降低成本，共享處理資源，減少能源消耗，提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率。

仿真結(jié)果表明，基帶資源池網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)確實(shí)具有可行性。我們相信這種新型的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一定可以最終運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，推動(dòng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，為用戶建設(shè)低成本、高性能的網(wǎng)絡(luò)。

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作者單位

電子科技大學(xué)成都學(xué)院通信與信息工程系 四川省成都市 611731