5G無線基站部署方式研究

馮幸　鐘其鏗

【摘要】? ? 本文從5G無線基站建設條件、成本、難易程度和后續(xù)網(wǎng)絡演進方式等探討了無線基站的部署方式，其中C-RAN的建設方式最符合5G網(wǎng)絡演進方向，其CU云化的部署方式更能支持運營商的垂直業(yè)務。

【關鍵詞】? ? 5G? ? C-RAN? ? CU云化

一、概述

2017年世界移動通信展（MWC 2017）上，多家公司展示了Cloud RAN方案和架構，意味著未來5G系統(tǒng)中C-RAN將扮演重要角色。縱觀業(yè)界態(tài)勢，運營商與多家設備商聯(lián)合發(fā)布C-RAN白皮書，聯(lián)合簽訂C-RAN無線云網(wǎng)絡簽署研究合作備忘錄（MOU），都表示C-RAN研究工作是5G標準和研發(fā)工作的重頭戲。

二、5G基站部署方式介紹

根據(jù)5G技術及設備發(fā)展，5G設備具體設備形態(tài)CU（即eNB的中心單元）、DU（即eNB的分布單元）、AAS/AAU（即射頻收發(fā)單元和天線一體化設備）可分離，也可集中。由于5G基站的應用場景以及運輸條件也會有不同，同時考慮到5G基站的運維難度等因素，未來的5G基站建設的過程當中，主要需要考慮設備的形態(tài)具體可分為三種：CU+DU+RRU/AAU、一體化NR、CU和DU合設+RRU/AAU的形態(tài)。目前運營商主要采用“CU和DU合設+AAU”的Massive MIMO基站，隨著商用程度及業(yè)務需求不斷成熟，部分地區(qū)基站已經(jīng)將CU/DU進行分離部署了。

三、D-RAN部署方式

D-RAN方式CU+DU布放于站點機房，AAU設備均布放于無線基站，該方案為傳統(tǒng)部署方式，2G、3G網(wǎng)絡多采用該方式。

D-RAN的部署方式具有很高的網(wǎng)絡可靠性。在用戶使用的過程當中非常安全，但D-RAN的部署方式也具有一定的缺陷，具體包括以下四個方面。首先，耗電量較大。由于機房的BBU都需要降溫設備，如空調(diào)等設備對其進行降溫。所以相應的電費成本會隨之增加，也增加了空調(diào)的能耗。第二，在設備的日常故障處理和日常的維護方面。由于需要進出鐵塔公司的基站建設機房，流程較為繁瑣，比如受到鐵塔公司的基站鑰匙借用流程的管控，以及鐵塔公司對于機房的管理制度和流程等，在網(wǎng)絡維護的過程當中會帶來一定的不便，也占用了更多的時間，提高了時間成本。第三，租金收益來看，整體抬高了租金，主要表現(xiàn)在D-RAN部署時，需要支付BBU設備的相關費用。需要與運營商或鐵塔公司等基站運營商簽訂相關的租賃協(xié)議，對設備進行租用，提高了運營的成本。第四。線路建設成本及無線配套建設成本較高。這種部署方式造成無線設備的利用率較低，同時需要為每個基站配備傳輸設備、BBU機框、無線配套設備以及設備板卡等相關的配置，提高了相應的成本。

四、 C-RAN部署方式

C-RAN方式AAU設備布放于無線基站，CU/DU合設于接入機房，該方案為現(xiàn)有4G網(wǎng)絡常用部署方式。目前主要是采用小集中的C-RAN架構方式，該架構方式與目前主流的兩級前傳的5G架構相契合。

4.1 C-RAN前傳方案

目前C-RAN主要有三種前傳傳輸方案，分別是單芯雙向白光直驅方案、彩光+無源波分方案、有源光路匯聚方案。

從節(jié)省纖芯資源角度和節(jié)省成本方面考慮建議采用彩光+無源波分方案。

4.2 C-RAN改造方案

以集中10個BBU為例，各配套及纖芯資源需求估算如下：

（1）空間需求

考慮到BBU的一般大小是3U，每一個集中機房需要新增兩個機柜設備，用于安裝交換機及DCDU等z相應的設備。除此之外，傳輸設備還需要新增2到4個綜合機柜（600*600mm），所以，一個集中機房需要8-12平米的使用面積。同時預留5G設備。兩個機柜位。

（2）備電需求

機柜按每個機柜1KW進行計算，BBU設備按每功率550W來計算。所以每個集中機房需要一架200A的開關電源架。根據(jù)當前主要的設備廠家的具體情況，目前C-RAN主要在城區(qū)進行部署。按照倍電量3小時的要求。傳輸電量配備電8小時的相關要求，電池應為1400AH。

（3）纖芯需求

以BBU有3個扇區(qū)為例，采用1：6的彩光+無源波分方案，10個站點只需占用10條主干纖芯。

4.3 C-RAN集中分區(qū)劃分建議

C-RAN機房可選擇綜合接入機房或者條件好的無線機房（未移交給鐵塔），優(yōu)先通過已有綜合接入機房解決，如無現(xiàn)有綜合接入機房的場景，可通過新選址、現(xiàn)有傳輸機房或者條件好的無線機房進行改造。

C-RAN網(wǎng)需與傳輸微網(wǎng)格協(xié)同規(guī)劃，C-RAN片區(qū)劃分可基于傳輸綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)的微網(wǎng)格劃BBU池轄區(qū)，每個BBU池只下掛其轄區(qū)內(nèi)的RRU。

微網(wǎng)格：根據(jù)綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)內(nèi)光交箱、基站/集客/家寬等業(yè)務分布情況，將綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)劃分為更小的網(wǎng)格管理單元，即為“微網(wǎng)格”。其覆蓋半徑根據(jù)業(yè)務密集程度一般為 100m～600m。

4.4 C-RAN方式具有如下優(yōu)點

（1）節(jié)省傳輸設備。D-RAN部署一般而言1個BBU需要配置1端傳輸設備，采用C-RAN方式后，1端傳輸設備可以滿足多個BBU的傳輸需求，如果BBU集中放置機房設置在傳輸資源比較豐富的核心匯聚機房，還可以利舊現(xiàn)有傳輸資源。

（2）集中式方案，為站間協(xié)同提供了理想時延，易于實現(xiàn)CA，CoMP、 Super Cell、D-MIMO 等功能

（3）提高了傳輸系統(tǒng)的安全性。BBU集中放置在條件較好的機房，電源有保障，線路資源更加豐富，傳輸系統(tǒng)的安全性大大提高。

（4）BBU集中放置后便于設備的維護和擴容。

（5）BBU集中放置后可以集中配置BBU小區(qū)，減少BBU使用量，提高BBU利用率，減少投資，節(jié)省資源。

但同時C-RAN模式也存在一定的缺點：

（1）增加了對主干光纜纖芯的需求。

（2）BBU至AAU之間的光纜距離長，光纖跳節(jié)點增多，隱患點增多。

（3）由于BBU與AAU之間一般采用星形連接方式，一旦出現(xiàn)主干光纜發(fā)生中斷，將會發(fā)生較大面積的RRU斷站的情況，影響面較大。

（4）站點還有AAU等設備，AAU需要供電，仍然需要考慮AAU的取電和電源保障問題。

五、CU云化部署方式

CU云化部署AAU設備布放于無線基站，CU/DU分設，其中DU可以根據(jù)業(yè)務需求情況布放于無線基站或接入機房，CU部分通過云化方式部署在數(shù)據(jù)中心中，主要通過虛擬化NFV技術實現(xiàn)。

采用CU和DU架構可以將核心網(wǎng)絡的功能下移，且原先所有的L1、L2、L3層功能都能在BBU中實現(xiàn)，并且實現(xiàn)分離，可以分別放置在CU或者DU甚至RRU中實現(xiàn)。

這種架構下，NR協(xié)議棧的功能可以動態(tài)配置和分割，其中一些功能在CU中實現(xiàn)，剩余功能在DU中實現(xiàn)。為滿足不同分割選項的需求，需要支持理想傳輸網(wǎng)絡和非理想傳輸網(wǎng)絡。CU與DU之間的接口應當遵循3GPP規(guī)范要求。

5.1 DU部署

為了使靠近天面的一側可以更快的實時進行數(shù)據(jù)處理的功能。建議DU部署在無人機房的貼面測。由于5G的帶寬不斷增大，天線數(shù)量也較多。RRU與BU之間的CPRI的帶寬經(jīng)常達到100GBPS量級。所以建議在進行DU部署時，將 BBU和RRU部署在較近的距離。通常建議部署在數(shù)百米之內(nèi)可以。使用短距高速光模塊，這樣的部署方式可以降低部署成本。這樣的部署方式，還有利于后續(xù)融入4/5G的BBU，以及引入同時引入4/5G的協(xié)同技術

5.2 CU部署

傳輸網(wǎng)（如SPN）可分為三級架構：接入環(huán)、匯聚環(huán)和核心環(huán)，相應的，CU部署位置也有四種：接入機房、匯聚機房、骨干匯聚機房和核心機房，如下圖所示：

5.3 CU-DU分設的優(yōu)缺點

CU-DU分離架構的三大顯著優(yōu)勢為：實現(xiàn)基帶資源的共享，提升效率;降低運營成本和維護費;更適用于海量連接場景。將CU-DU進行分離架構的方式還可以使5G的接入網(wǎng)后續(xù)具有更強的可擴展性，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

基于CU可以更進一步的構建智能化的網(wǎng)絡，引入熱門的人工智能和大數(shù)據(jù)的方式。實現(xiàn)人工智能與大數(shù)據(jù)的完美融合。例如，對相關用戶可以進行基于CU的大數(shù)據(jù)分析，利用CU-DU分離的架構方式。提升網(wǎng)絡的性能，同時還可以對相關的算法進行快速的迭代。這樣的架構方式不僅可以降低運維成本，進一步促進設備的更新迭代和智能的運維，還可以在人工智能的協(xié)助下進一步降低網(wǎng)絡優(yōu)化的成本，提高網(wǎng)絡優(yōu)化的效率。增加企業(yè)的收益。

基于CU可以實現(xiàn)業(yè)務創(chuàng)收方式的改進，實現(xiàn)數(shù)字化的服務，通過CU與MEC的集成部署，為數(shù)字創(chuàng)收提供了一種新的思路。具體來講就是依托于CU實現(xiàn)無限能力的開放，通過設計更多的貼近用戶的新業(yè)務的部署，實現(xiàn)數(shù)字化服務的創(chuàng)收。提高企業(yè)的收益。通過MEC部署對新業(yè)務進行有效的支撐，從而實現(xiàn)數(shù)字化業(yè)務的快速更新和上線。

CU-DU 分離架構可能遇到的三大問題包括：單個機房的功率容量有限;網(wǎng)絡規(guī)劃及管理更復雜時延問題。

六、結束語

本文通過闡述了5G基站的三種部署方式，得出C-RAN部署方式是最符合投資節(jié)省和當前技術發(fā)展趨勢，特別是CU云化方式是符合運營商發(fā)展垂直行業(yè)最好的網(wǎng)絡部署方式，將助力運營商開辟傳統(tǒng)流量和人口紅利模式外的業(yè)務新增長點。

參? 考? 文? 獻

[1] 閆淵，陳卓， 5G中CU-DU架構、設備實現(xiàn)及應用探討[J]. 移動通信， 2018，42（01）： 27-32

[2] 余嗣兵， 淺析5G有線接入建設方案[J]. 郵電設計技術， 2020（01）：75-77

[3]Qorvo技術社區(qū)、5G系統(tǒng)RAN架構解析之CU和DU的應用和功能切分方式

馮幸（1979.04），男，廣東茂名，研究生，工程師，從事通信工程建設管理工作（中國移動通信集團廣東公司佛山分公司）;

鐘其鏗（1984.07），男，廣東湛江，本科生，工程師，從事通信工程設計規(guī)劃工作（廣東南方電信規(guī)劃咨詢設計院有限公司）。