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如何构建5G之基础——C—RAN

关键词:5G C—RAN 千兆级LTE及5G网络 光线 commscope

时间:2017-07-27 14:44:34       来源:网络

移动运营商正计划着支持未来千兆级LTE及5G网络。为此,他们必须使网络更加密集,以实现高吞吐量、低延迟的服务。要实现网络的致密化,需要在整个无线接入网(RAN)中,每隔几百英尺就部署一座小型蜂窝基站,或者拆分现有的宏基站扇区来提升容量等。无论是对于小型基站还是宏基站,C-RAN都是实现RAN的使能架构,为5G奠定基础。因此,C-RAN正是当今无线行业的一大趋势。

C-RAN中的“C” 既可指“集中式(Centralised)”无线接入网(RAN),也可以指“云(Cloud)” 无线接入网。目前,运营商们正积极部署集中式无线接入网。中国移动一直处于此网络架构变革的最前沿,并在过去几年中积极部署C-RAN。其他地区的网络运营商(特别是在美国)如今也在积极部署C-RAN,以期望随着市场的成熟能够更多地实现对行业的承诺。

在传统宏蜂窝网络中,远程无线电单元安装于蜂窝基站塔顶部并配有天线,通过光纤连接至位于蜂窝基站塔底部的基带单元(BBU)。 BBU是一个无线基带设备,每小时可处理数十亿比特的信息,并将终端用户连接到核心网络。每座蜂窝基站都有自己的BBU,位于站内的某些机房或机柜内。


图1. C-RAN 架构.

C-RAN提供了一种更为精良且高效的替代方案。(见图1.)C-RAN将每个基站中的BBU集中于BBU池(亦称为C-RAN中枢)。C-RAN中枢本身就可以服务于多个蜂窝基站,并替代每个站点中的传统BBU。一旦对部分资源池加以利用,还能够减少所需的BBU设备总量。因此集中式RAN为最终实现云 RAN的重大转变铺平了道路。在云RAN中,BBU的处理被虚拟化,每个虚拟BBU都能够支撑30座甚至更多的基站,以实现资源池的高利用率。此版本的C-RAN有望从根本上促成5G的实现。但是,虚拟化的前一阶段是集中化,这也是目前无线行业所处的阶段。

未来属于光纤

通过在C-RAN中枢实现BBU集中化,名为前传(Fronthaul)的新物理层被引入网络。前传指的是BBU池与蜂窝基站或小型基站站点中的远程无线电单元之间的链路。光纤能够提供更多的带宽,因而成为前传的最佳选择。但由于地理位置的不同,也还是会有使用微波链路的时候。然而,由于铺设新光纤的成本与挑战,同时也为实现当前资源利用最大化,一些网络运营商正通过光纤网络融汇技术来利用现有的光纤资产,如光纤到户(FTTH)网络。

光纤网络融汇指的是单一接入网络中多种服务的组合。换言之,即用一条管道传送全部或多种形式的通信服务。当前的许多大型服务提供商都在同时运营有线及无线网络服务,因此将二者融汇至单一网络并最大化资产利用是非常合理的。光纤网络融汇进程的主要驱动力来自于使能技术的开发、用户需求和服务提供商的能力。

FTTH网络覆盖广泛,能够完美地支持快速增长的移动应用,如分布式天线系统(DAS)、小型蜂窝基站和Wi-Fi回程和/或C-RAN前传。为最大限度地利用现有光纤资产,运营商正在现有光纤上使用波分复用(WDM)技术,通过单条光纤获得8条、16条、甚至40条信道。单条光纤上运行的信道越多,总体成本就越低。(见图2)


图 2. WDM 架构.

WDM是指在单条光纤上使用多个波长(波长复用)或将含有多个波长的单根光纤分离成多条含不同波长的光纤(解复用)的方法,每个波长的光都携带不同的信号。在无源WDM中,复用时可使用光学滤波器预设允许通过的波长范围;解复用时通过薄膜滤波器技术允许另一范围的波长通过。当薄膜层堆叠在一起,它们之间的表面所产生的连续反射会形成干涉效应,从而使其只允许特定波长通过,而对其它波长进行反射。

无源WDM技术非常适合C-RAN前传网络,因为它无需有源光传输层就能处理波长,而无需对其进行供电,这也是小型蜂窝基站部署中需要考量的重要因素。使用无源WDM,服务提供商就能够提供更广泛的服务,采用全新商业模式以提供创新服务,并通过现有FTTH网络打入新市场。

C-RAN的优势

C-RAN可提供包括减少资本支出、降低维护成本以及提升空间利用率等诸多优势。由于操作员可在中央位置进行维护而无需驱车前往各个基站,BBU维护成本得以降低。他们通常能够利用现有的中央办公室或蜂窝基站基础设施来创建C-RAN中枢。除了节约硬件成本,C-RAN还能够在电力、冷却和场地租赁等方面显著节约成本。亚洲是C-RAN最早展开商用部署的地区,运营商的运营支出下降了30% 至50%。*

实现4.5G和5G的第一步是RAN的集中化。运营商如今正通过创建集中式BBU池并利用其光纤网络,来实现从蜂窝基站到BBU池的前传。

而第二步将是虚拟化。虚拟化已经部署于网络的核心,最终也将拓展至RAN。

而当C-RAN发展为云 RAN,我们就真正有望迎来卓越的无线网络服务了。运营商也认识到了这一点,如今正在逐步展开行动,希望通过集中化实现这一愿景。

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