一種基于IT云化的5G通信系統

章偉 余金清 王紅展

【摘要】 ? ?本文提出了一種基于IT云化的5G通信系統架構，采用功能資源池組合的方式，通過以太網對各資源池進行互聯，通過靈活的參數配置滿足不同的組網需求和網絡部署，很好地解決了未來對于大流量，高帶寬，低時延的通信網絡需求，在未來的通信系統中將會非常具備競爭力。

【關鍵詞】 ? ?資源池 ? ?系統架構 ? ?5G通信

引言

由于無線通信的不斷發展，尤其用戶對于大數據，視頻傳輸，可視電話，虛擬現實，海量數據連接以及低延時高可靠的需求，系統的帶寬要求越來越高，未來5G將達到10G～20Gbps需求，對于通信系統端到端處理的時延要求也越來越高。同時伴隨著芯片設計工藝的不斷進步，由原來的90nm不斷演進到5nm，設備的集成度越來越高。伴隨著業界IT化NFV，SDN趨勢演進，目前無線基站通信系統由于設計過于僵化而且功耗面積局限，已無法滿足未來用戶的需求。需要能支持更大帶寬、更高速率、更短的時延，以及IT通用化的通信系統，來滿足不斷的業務需求和通信應用。

一、設計思路

本文提出一種新型的基于IT云化的5G通信系統，這個系統由5大資源池組成，分別是基帶資源池、時鐘管理資源池、網絡交換資源池、通用計算資源池和電源管理資源池。如圖1所示。

下面針對每種資源池介紹其功能。

1.1基帶處理資源池

基帶資源池如圖2所示：

由一系列的基帶處理單元組成。基帶處理單元負責上下行基帶數據處理，由基帶處理芯片，可編程邏輯器件（FPGA/EPLD），中央處理器CPU，存儲器件（DDR，FLASH），以及大容量以太網交換芯片等組成。

基帶處理單元中的器件通過大容量以太網交換芯片進行互聯以及板內數據轉發交互，并對外提供多個光模塊接口。可以靈活配置為以太網模式或CPRI模塊，和RRU連接，即可以支持通過多個25G、56G或者100G光模塊走以太網或者CPRI和RRU相連從而進行數據傳輸。

1.2時鐘管理資源池

時鐘管理資源池由一系列的時鐘管理單元組成。時鐘管理單元負責為IT-BBU各資源池提供時鐘定時功能，由時鐘GPS，時鐘模塊，可編程邏輯器件（FPGA/EPLD），以太網交換芯片，CPU，以及存儲器件（FLASH/DDR）等組成。板間時鐘通過背板進行分發，框間時鐘通過以太網1588進行同步。通常情況下，時鐘管理單元有1個就可以，如果考慮系統更可靠，時鐘主備單元2個即可。

1.3網絡交換資源池

網絡交換資源池是由一系列網絡交換單元組成。網絡交換單元負責各資源池數據間的網絡交換和轉發，主要有以太網交換芯片，可編程邏輯器件（FPGA/EPLD），主控CPU以及存儲器件（DDR/FLASH）等組成，資源池之間的數據通過以太網進行交互，從而實現各資源池之間的數據互通。

1.4通用計算資源池

由一系列的通用計算單元組成。通用計算單元負責相關的數據存儲和計算，由大容量存儲硬盤、數據處理單元、管理CPU、專用的一些處理芯片ASIC、可編程邏輯器件（FPGA/EPLD），存儲器件（DDR/FLASH）和以太網交換芯片等組成。其中數據處理單元可能是X86架構CPU，或者ARM架構CPU，或者RISC V CPU，也可能是DSP或者網絡處理器NP，可編程的P4，GPU等。管理CPU對通用計算資源池進行相關的管理和控制，通用計算單元通過以太網進行數據交互，并對大容量存儲硬件進行數據讀寫操作。

1.5電源管理資源池

電源管理資源池是由一系列的電源管理單元組成。電源管理單元負責對IT-BBU通信系統供電和相關的電源控制。電源管理單元采用通用的電源管理模塊，并通過背板進行分發和數據交互。

這5種資源池之間的通信，在IT云化統一架構下進行統一管理。時鐘資源池和電源管理資源池屬于公共資源池，采用背板進行數據分發和通信交互，給其他資源池提供時鐘和電源;基帶資源池和通用資源池屬于專用資源池，需要通過網絡交換資源池進行數據分發和通信交互，以上采用統一的后臺管理平臺，通過后臺軟件靈活配置進行管理，支持的配置參數有：1、組網場景參數;2、組網的機型參數，分1U/2U/6U;3、基帶處理單元數量;4、時鐘管理單元數量;5、網絡交換單元數量;6、通用計算單元數量;7、時鐘管理單元數量;

具體的組網場景有如下四種：

第一種，如圖3所示為定制服務器。

第二種，如圖4所示為集中交換設備。

第三種，如圖5所示為BBU分布式基站。

第四種，如圖6所示為集中部署基站。

通過對資源池的靈活配置和管理，可以滿足不同場景下的組網需求和網絡部署，提升通信系統的競爭力。

二、具體實現

基于5G低頻宏站采用集中部署，和網絡設備一起放入集中式機房如圖7所示。此種組網方式下，5G基站系統采用基于IT云化，定義好基帶處理單元、通用計算單元、網絡交換單元，時鐘管理單元和電源管理單元。對于一個小區支持128天線、64天線、32天線、16天線等，小區帶寬高達200M，峰值速率達到20Gbps速率的設計來說，需要2個6U機框，同時軟件后臺對各單元配置如下：

1、基帶處理單元需要19個，分布在2個6U機框中;

2、網絡交換單元需要2個，分布在2個6U機框中;

3、通用計算單元1個，分布在1個6U機框中;

4、電源管理單元需要2個，分布在2個6U機框中;

5、時鐘管理單元需要2個，分布在2個6U機框中。

三、總結

本文提出了基于IT云化的5G通信系統，定義了基帶資源池，時鐘管理資源池，網絡交換處理資源池，通用計算資源池，電源管理資源池。采用以太網對各資源池進行互聯，并通過靈活的參數配置來滿足不同的組網需求和網絡部署，能很好地解決未來對于大流量，高帶寬，低時延的通信網絡要求，同時很好地實現無線和有線網絡融合，滿足未來靈活的組網需求，在未來將會非常有競爭力。

參 ?考 ?文 ?獻

[1]曹志剛 錢亞生，現代通信原理，清華大學出版社，2014

[2]吳朱華，云計算核心技術剖析，人民郵電出版社，2011

[3]李雪松 傅珂 柳海接入網技術與設計應用，北京郵電大學出版社，2009

[4] Jonathan Rodriguez 江甲沫 韓秉君 沈霞 朱浩 陳曉貝5G MOBILE NETWORKS，電子工業出版社，2016

[5]楊峰義 張建敏 王海寧， 5G網絡架構，電子工業出版社，2017

[6] Dharma P. Agrawal 譚明新，無線移動通信系統 電子工業出版社，2017

[7] 3GPP TS 38.104 V15.1.0，2018-03

[8] 3GPP TS 38.201 V15.0.0，2017-12

章偉： ?中興通訊股份有限公司，通訊高級系統工程師，碩士，主要研究方向通訊系統架構，無線通訊基帶系統;

余金清： ?中興通訊股份有限公司，FPGA/IC系統工程師，碩士，主要研究方向無線通訊基帶系統;

王紅展： ?中興通訊股份有限公司，FPGA/IC系統工程師，碩士，主要研究方向無線通訊基帶系統;