C—RAN在下一代網絡中的運用

李家興 石兵 向嬌

摘 要：本文首先對C-RAN技術發展由來進行概述，然后分析其架構、特點以及實現C-RAN所需的關鍵技術，最后分析了C-RAN技術在5G網絡技術中應用。

關鍵詞：C-RAN；5G網絡 架構；關鍵技術

1 C-RAN 概述

在高速發展的移動業務和日益增長的移動用戶需求的背景下，移動運營商面對著來自多方面的挑戰。無線網絡的總成本包含建設費用和運營費用，為了滿足用戶的流量需求同時提供更好的通信服務，無線網絡運營商會增加部署基站的數量，而隨著基站部署數量的增加，無線網絡的總成本也會相應增加，為了在達到用戶期望的數據速率服務的同時又支付更少的錢，未來的無線網絡需要一個新的架構來優化成本消耗。無線網絡的負載隨著用戶的移動會發生如同潮汐般的變化，用戶空閑時基站仍處于開啟狀態就會消耗大量的能量，為了平衡基站在忙碌和空閑時期的處理能力，未來的無線網絡需要有效動態分配基站的處理能力，提高利用率。在這樣的背景下，中國移動提出了一種新的無線接入網架構——云無線接入網絡（Cloud Radio Access Network，C-RAN），將云計算技術運用到無線接入網中，快速而靈活的訪問共享池動態配置的資源。為運營商提供一個低成本高性能的綠色網絡架構。

2 C-RAN的架構

在傳統1G，2G網絡架構的部署中，無線電和基帶處理功能集成在基站內部，天線模塊通常位于無線電模塊附近，用于連接它們的同軸電纜產生高損耗；在3G網絡部署中，基站分為無線電單元（RRH/RRU）和基帶信號處理單元（BBU/DU）。

在C-RAN中，為了優化負載較重和負載較輕的基站之間的BBU利用率，BBU被集中到一個稱為BBU / DU Pool / Hotel的實體中。BBU Pool在單元站點之間共享并被虛擬化，如上圖所示。BBU Pool是一個虛擬化集群，可以包含通用處理器以執行基帶（PHY / MAC）處理。X2接口采用新形式，通常稱為X2 +組織集群間通信。

3 C-RAN的特點

（1）集中部署。將BBU進行集中部署，能夠有效減少能量的損耗問題，于此同時進行集中部署可以便于運營商進行管理從而降低相應的運營成本。（2）協作無線電。通過無線電的協作處理能夠降低網絡架構的復雜度，通過協作處理的方式可以進一步提高系統的增益。協作處理的范圍不應該太廣，應盡量控制在幾個小區簇的情況下進行協作處理，這樣一方面可以降低復雜度，一方面可以提高系統的處理性能。（3）實時云架構。將資源通過相應的虛擬化技術分成虛擬資源，資源虛擬化可以一方面可以提高資源的利用率，一方面也可以實現資源的共享。（4）清潔系統。通過采取相應的技術手段實現C-RAN架構與傳統架構相比具有低成本、低延遲和高容量的優點。

4 關鍵技術

為了解決有效解決C-RAN問題，需要一系列關鍵技術進行支撐，關鍵技術需要解決RRU和BBU之間的連接、信號的協作處理、基帶處理池的互連以及基站如何虛擬化等問題。

（1）低成本光網絡傳輸技術。傳統方式下通過同軸電纜進行BBU與RRU之間的連接，這種方式導致信號在傳播過程中的損耗非常大，無法保證信號質量。目前常通過光纖部署的方式解決該問題，即RRU和BBU之間的連接運用光纖進行有效連接，可以在很大程度上減小信號在傳播過程中的損耗，從而減小光路傳輸的成本。（2）無線信號協同處理技術。通過無線信號之間的協同處理可以有效減小蜂窩系統所產生的小區間干擾，從而有效提高系統的頻譜資源。為保證多點協作技術所設計的系統有一個良好的性能，需要考慮算法來平衡系統所對應的增益以及調度復雜度等，在目前的研究中多點協作信號處理仍舊是一個熱點問題。（3）基帶處理池互連技術。為了解決潮汐現象，將更多的資源進行利用，可以將眾多的基帶處理池進行互聯，從而提高利用率。對于集中式基帶互聯技術而言需要建立一個高容量和低時延的交換矩陣，具體的交換池構建方法仍舊需要進步一步的考慮，不斷優化交換矩陣才能夠提高基帶池之間互聯的效率。一方面需要考慮技術的先進性，另一方面也要考慮由于技術的提升所帶來的成本增長，為降低技術成本目前可以使用光纖分布的方法將眾多的處理池進行互聯，從而構建一個更大的基帶池。（4）基站虛擬化技術。基帶虛擬技術基于高性能，低功耗計算平臺和軟件無線電技術。采用虛擬化技術將基站的物理資源虛擬成基帶處理池中的抽象資源，虛擬技術的處理可以讓更多的資源得到利用。網絡可以根據實時的負荷情況將基帶資源動態分配給相應的小區以滿足資源需求。

5 5G網絡中的運用

最底層的終端可以直接通過D2D進行通信，也可以通過上行鏈路發送信號到基站RRU，然后通過相應的網關向上傳輸至BBU池進行處理，通過BBU處理之后可以繼續向后臺云服務器進行訪問，從而將終端所需的服務映射到相應的后臺服務器中進行處理，進而每個終端都可以得到自己所需的業務，具體過程如圖2所示：

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