C-RAN的應用和發(fā)展趨勢分析

C-RAN的應用和發(fā)展趨勢分析

摘要：C-RAN通過結合集中化的基帶處理、高速的光傳輸網絡和分布式的遠端無線模塊，形成綠色清潔、集中化處理、協(xié)作化無線電、云計算化的無線接入網構架。其在某種程度上“顛覆”了傳統(tǒng)的移動通信網絡架構，為移動通信設備市場開辟了新的發(fā)展機遇。通過對C-RAN的應用優(yōu)勢以及其發(fā)展趨勢分析，為未來相關技術的應用與推廣提供借鑒作用。關鍵詞：C-RAN，集中化處理，云計算，協(xié)作化0引言C-RAN技術通過結合集中化的基帶處理、高速的光傳輸網絡和分布式的遠端無線模塊，可以減少基站機房數(shù)量，降低能耗，提高頻譜效率，實現(xiàn)低成本，高帶寬和靈活度的運營，從而能更好地幫助現(xiàn)行的移動互聯(lián)網以及通信企業(yè)降低能耗、建設和運維成本，充分利用頻譜資源，最終達到業(yè)務的可持續(xù)增長。1C-RAN應用優(yōu)勢C-RAN的系統(tǒng)架構主要是由遠端無線射頻單元(RRU)與天線組成的分布式無線網絡，所有基帶處理單元和遠端無線射頻單元通過高帶寬、低延遲的光傳輸網絡連接起來。與傳統(tǒng)的移動通信網絡架構相比，C-RAN打破了RRU和BBU之間近距匯接的網絡結構。其主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面。1.1低成本根據運營商的統(tǒng)計結果，如圖1所示[1]，其相當一部分的支出是產生于包括勘站、土建和配套設備等方面，并且這三者相加而產生的成本支出目前大致已占到每站點CAPEX的50%左右，如此高的成本在很大程度上制約了企業(yè)的發(fā)展，減緩了企業(yè)的發(fā)展速度和規(guī)模的擴大，而C-RAN技術則可以大大減少機房的數(shù)量，很好地緩解企業(yè)的運營壓力。此外，站點租金和電費約占每站點OPEX(運營成本)的70%左右，如圖2所示[2]。并且隨著近年來我國房地產市場的調控，房屋租賃的費用正在逐漸增長，同時在2012年下半年，我國實行了階梯式電價收費模式，這無疑會造成運營企業(yè)的建設和運維成本大大增加，不利于企業(yè)未來的發(fā)展與可持續(xù)經營。圖1基站CAPEX分析圖2基站OPEX分析而在C-RAN架構中，基帶處理單元的機房數(shù)量可以減少一個數(shù)量級，從而可以有效減少基站的建設與運維費用，大大降低每MB成本；有效減少因站址機房建設和租賃、空調等附屬設施耗電帶來的成本壓力；實現(xiàn)配套資源的有效共享(GPS，電源，蓄電池，傳輸?shù)?；通過虛擬化技術完成基站處理資源靈活調配，實現(xiàn)業(yè)務量有效均衡，降低對單站的可靠性要求，從而降低成本。與此同時，集中式的基帶池和相關輔助設備可以集中放置在一些骨干中心機房內進行管理，簡化了運營管理，最大限度地減少了企業(yè)的管理成本，為企業(yè)未來的可持續(xù)發(fā)展及規(guī)模的拓展奠定了基礎。1.2高容量在C-RAN中，虛擬基站可以在基帶池中共享所有通信用戶接收和發(fā)送的信息、業(yè)務數(shù)據和信道質量等信息。同時C-RAN的整體架構相比較傳統(tǒng)技術而言，其更適合實現(xiàn)協(xié)作化無線收發(fā)技術，從而最終實現(xiàn)更高頻譜效率。目前的協(xié)作式發(fā)送/接收主要分為2種方式：聯(lián)合接收/聯(lián)合發(fā)送(JP)以及協(xié)作式調度/協(xié)作式波束賦型(coordinatedbeamforming，CBF)。前者需要較大的系統(tǒng)開銷，同時對于UE(用戶體驗)的數(shù)據需要在多個協(xié)作基站間共享。而后者則能夠通過協(xié)作式波束賦型，以“較小”的開銷提高小區(qū)邊緣用戶的吞吐量，多個傳輸點不必共享UE的服務數(shù)據。其性能比較如圖3和圖4所示[3]。圖3小區(qū)平均頻譜利用率圖4小區(qū)邊緣頻譜利用率由圖3和圖4可以清晰地看到，C-RAN的整體架構相比較傳統(tǒng)技術而言可以更好地提升小區(qū)的平均頻譜利用率以及邊緣頻譜利用率，從而更好地提升傳輸容量與速率，并且隨著將來多天線技術的普遍應用，在未來傳輸多個遠端天線模塊的無線信號所需的光傳輸鏈接帶寬可達到幾個吉比特每秒。1.3多網協(xié)同C-RAN架構優(yōu)先完成了基站到基站簇的集中演進，完成多站點間基帶資源的動態(tài)共享和互為容災備份，如圖5所示[2]。未來通過基帶單元的升級，進一步提升基站簇中站點間的協(xié)同性，并通過大容量的BBU間的互聯(lián)互通來實現(xiàn)基站簇間的協(xié)同性。與此同時，通過軟件無線電的方式C-RAN能夠提供更靈活的四網協(xié)同(2G、3G、WLAN和4G)，進而可實現(xiàn)電信業(yè)與IT業(yè)的深度融合。圖5C-RAN網絡構架2C-RAN發(fā)展趨勢作為一種新的無線架構模式，C-RAN未來的發(fā)展趨勢主要有以下3個方面。2.1光傳輸技術趨勢隨著3GPPTD-LTE向LTE-Advanced的后向演進，多跳連接的網絡拓撲以及支持8天線的高階MIMO配置對OBRI(openBBU-RRHinterface)鏈路提出了極具挑戰(zhàn)性的需求。因此，光纖傳輸技術是未來通信行業(yè)的發(fā)展趨勢。從目前C-RAN無線信號傳輸?shù)膸捫枨髞砜?，主要?)GSM：1Gbit/s可承載40個載波，200kHz帶寬/載波；2)TD-SCDMA：1Gbit/s可承載4個載波，1.6MHz帶寬/載波；3)TD-LTE：10Gbit/s可承載1個8x載波，20MHz帶寬/載波。光傳輸技術僅能夠有效提升信息的傳輸效率與容量，在無線信號傳輸技術上，CPRI/Ir接口帶寬從2.5Gbit/s逐漸增加到6.144～10Gbit/s。隨著WDM技術的發(fā)展，商用系統(tǒng)單根光纖的容量可達3.2T以上。隨著近年來我國的光纖網絡鋪設、架構技術的不斷成熟以及被廣泛生產和應用，其成本也在逐步降低，其中2.5G和10G商用光模塊的價格近幾年隨著技術的逐漸成熟，其價格也在逐年下降，平均降幅達到35%～70%[4]。依據城域傳送網光纖資源豐富程度，特別是接入環(huán)的光纖資源狀況，企業(yè)可采用不同的部署方案。1)當管道/光纖資源充足或建設光纖管道方便的地區(qū)，可采用光纖直驅部署方式，聯(lián)合規(guī)劃無線網及傳輸網建設；2)管道資源較緊張或新增光纖建設困難的地區(qū)可采用對接入層進行WDM/OTN升級，充分挖掘現(xiàn)有光纖傳輸能力；3)室內分布式系統(tǒng)，可采用統(tǒng)一無源光網絡UniPON，同時提供數(shù)據接入和無線接入。2.2協(xié)作化處理眾所周知，在采用OFDM技術的蜂窩小區(qū)中，邊緣的用戶經歷比較嚴重的信道間干擾(ICI)，使得其系統(tǒng)性能明顯降低，需要采用基站間協(xié)作技術降低干擾，采用干擾協(xié)調以及聯(lián)合處理技術來解決，所以需要基站獨立處理向協(xié)作化處理的演進。而C-RAN系統(tǒng)的一個主要目標是顯著提高系統(tǒng)頻譜效率，并提高小區(qū)邊緣用戶吞吐量。從圖6[5]與圖7[6]之間的SU-BF和SU-CoMP用戶速率分布的比較可以看出，CoMP(協(xié)作多點傳輸)具有較大的應用潛力，其可以進一步提高頻譜效率以及小區(qū)邊緣吞吐量和繼續(xù)挖掘TD-LTE的優(yōu)勢，從而減少基站間干擾，改善小區(qū)邊緣覆蓋更高的頻譜效率，最終提供更好的用戶體驗。同時為了進一步降低網絡復雜度，可以在調度時限制進行協(xié)作服務的終端數(shù)量，也可以在實際傳輸時指定參與協(xié)作的小區(qū)集合。2.3虛擬化當前的BBU處理板是為某種專用的通信標準(如GSM、TD-SCDMA或LTE)而設計的，并僅能支持固定數(shù)量的載波。計算所需資源(如DSP，F(xiàn)PGA或GPP等)一般專門用來完成基站的物理層或MAC層的處理。所謂的虛擬化是指將計算機的資源抽象化。對用戶隱藏了計算平臺的物理屬性，僅顯示另一個抽象的計算平臺。如果在基站系統(tǒng)中運用這一概念，“固定”設計機制帶來的問題將迎刃而解。并且當虛擬基站實體的負載發(fā)生變化時，系統(tǒng)可以決定是否調整資源分配。如需要調整，所有的調整都將通過軟件進行。在此機制下，很容易通過軟件重新分配資源以構造支持不同標準的基站處理資源可在全局范圍內進行分配，從而顯著改善資源的利用率。因此，相信在未來的移動網絡中，將出現(xiàn)基于實時基站虛擬化技術的基帶池。圖6SU-BF用戶速率分布/kbit·s-1圖7SU-CoMP用戶速率分布/kbit·s-13結束語C-RAN作為目前最新的無線接入網構架，雖然能夠幫助企業(yè)有效地降低運營成本，改善管理方式，節(jié)能減排，提升頻譜效率的阻力，為用戶提供更好的使用體驗和高性能的網絡，但是其中依然存在眾多的不足，目前C-RAN技術框架內還有一些技術細節(jié)仍待商榷，一些關鍵技術問題仍待攻克。因此，我們只有提前開展針對新型無線接入網網絡架構的研究，才能夠使相關領域的技術發(fā)展走得更快，從而為用戶提供更好的網絡服務與成本優(yōu)惠。：劉三思(1979-)，男，四川仁壽人，通信工程師，主要從事通信咨詢設計工作與研究。參考文獻：[1]王曉云，黃字紅，崔春風.C-RAN：面向綠色的未來無線接入網演進[J].中國通信，2010，7(3)：107-112.[2]陳沫，陳奎林，劉光毅.新型無線接入網絡架構研究[J].電信科學，2011，27(1)：76-82.[3]李星，宋愛慧，胡泊.C-RAN為移動通信帶來的機遇和挑戰(zhàn)[J].電信網技術，2011(7)：14-18.[4]陳紅彬.關于移動通信技術的應用與發(fā)展研究[J].廣東科技，2012，21(9)：183.[5]CHOILU,MURCHRD.AtransmitpreprocessingtechniqueformultiuserMIMOsystemsusingadecompositionapproach[J].IEEETransactionsonWirelessCommunications,2004,3(1):20