C-RAN讓無線接入網(wǎng)綠色演進

　 傳統(tǒng)架構(gòu)的無線接入網(wǎng)在移動互聯(lián)網(wǎng)時代面臨著降低成本、提高性能和節(jié)能減排的挑戰(zhàn)，因此，必須引入新的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架以適應(yīng)新的環(huán)境，找到一條高性能、低費用的綠色無線接入網(wǎng)實現(xiàn)方法。

　　 當(dāng)今，移動運營商正面臨著激烈的競爭，用于建設(shè)、升級無線接入網(wǎng)的支出不斷增加，與此同時，運營龐大的基站數(shù)量，意味著高額的運維支出(能源消耗、人工維護等)。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)逐漸興起，無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量迅速上升，另外，隨著競爭加劇，單用戶的ARPU值增長緩慢，世界上很多運營商的ARPU還在不斷下降，這些因素都將嚴(yán)重地影響移動運營商的盈利能力。

　　 為了保持持續(xù)盈利和長期增長，移動運營商必須追求低成本，為用戶提供服務(wù)無線接入網(wǎng)(RAN)是移動運營商賴以生存的重要手段，通過無線接入網(wǎng)可以向用戶提供7×24小時不間斷、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù)。傳統(tǒng)的無線接入網(wǎng)具有以下特點：第一，每個基站連接若干固定數(shù)量的扇區(qū)天線，并覆蓋小片區(qū)域，每個基站只能處理本小區(qū)收發(fā)信號；第二，系統(tǒng)容量是干擾受限的，各個基站獨立工作已經(jīng)很難增加頻譜效率；第三，基站通常都是基于專有平臺開發(fā)的“垂直解決方案”。這些特點導(dǎo)致如下問題：數(shù)量巨大的基站意味著高額的建設(shè)投資、配套、電力消耗、站址租賃以及維護費用，建設(shè)新的站點意味著更多的資本開支和運營開支。此外，現(xiàn)有基站的實際利用率還有待提高，網(wǎng)絡(luò)的平均負載一般來說大大低于忙時負載，而不同的基站之間不能共享處理能力，也很難進一步提高系統(tǒng)效率。最后，專有的平臺意味著移動運營商需要維護多個不兼容的平臺，需要不同的人員來維護。

　　 總而言之，傳統(tǒng)架構(gòu)的無線接入網(wǎng)在移動互聯(lián)網(wǎng)時代面臨著降低成本、提高性能和節(jié)能減排的挑戰(zhàn)，因此，無線接入網(wǎng)必須重新考慮新的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架以適應(yīng)新的環(huán)境，找到一條可以建立適合移動互聯(lián)網(wǎng)的高性能、低費用的綠色無線接入網(wǎng)實現(xiàn)方法。

　　 4C：C-RAN的“標(biāo)簽”

　　 面向上述諸多挑戰(zhàn)，運營商需要新的無線接入網(wǎng)演進方案來提升移動互聯(lián)網(wǎng)時代自身的競爭力，為此中國移動提出融合4C特點的綠色無線接入網(wǎng)。所謂4C，即Clean(節(jié)能減排)、Centralized(集中處理)、Cooperative(協(xié)作式無線電)和Cloud(利用了云計算能力的軟硬件平臺)，所以我們稱該方案為C-RAN。

　　 如圖所示，C-RAN主要包括三部分：由遠端無線射頻單元和天線組成的分布式無線網(wǎng)絡(luò)；由高帶寬低延遲的光纖或光傳輸網(wǎng)連接遠端無線射頻單元；由高性能低功耗處理器和實時虛擬技術(shù)組成的集中式基帶處理池。分布式的遠端無線射頻單元提供了一個高容量、廣覆蓋的無線網(wǎng)絡(luò)。由于這些單元靈巧輕便，便于安裝維護，它們的CAPEX和OPEX很低，因此可以大范圍高密度地使用。高帶寬低延遲的光傳輸網(wǎng)絡(luò)需要將所有的基帶處理單元和遠端射頻單元之間連接起來?；鶐С赜赏ㄓ酶咝阅芴幚砥鳂?gòu)成，通過實時虛擬技術(shù)連接在一起，集合成異常強大的處理能力，為每個虛擬基站提供所需的處理性能需求。集中式的基帶處理大大減少了需要的基站機房需求，并使資源聚合和大范圍協(xié)作式無線收發(fā)技術(shù)成為可能。

　　 優(yōu)勢與挑戰(zhàn)并存

　　 C-RAN的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：1)降低能耗：通過集中化的方式可以極大減少基站機房數(shù)量，減少配套設(shè)備特別是空調(diào)的能耗。2)節(jié)約CAPEX和OPEX成本，在C-RAN架構(gòu)中，基帶處理單元的站址將可以少一個到兩個數(shù)量級。集中式的基帶池和相關(guān)輔助設(shè)備可以集中放置在一些骨干中心機房內(nèi)進行管理，簡化運營管理。3)提高網(wǎng)絡(luò)容量，在C-RAN中，虛擬基站可以在基帶池中共享信息。這使得聯(lián)合處理和調(diào)度得以實現(xiàn)，小區(qū)間的干擾也變廢為寶，從而可以顯著提高頻譜使用效率。4)基于負載的自適應(yīng)資源分配，通過所有虛擬基站共享一個基帶池，基帶池中的處理資源可以動態(tài)調(diào)度以處理不同的RRH的基帶信號，更適應(yīng)移動通信系統(tǒng)中的潮汐效應(yīng)，使得基帶處理資源得到了最優(yōu)利用。5)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的智能減負，智能終端和其他移動通信設(shè)備產(chǎn)生的大量互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)被轉(zhuǎn)移出核心網(wǎng)，從而傳輸網(wǎng)與核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)負載和相應(yīng)的成本開銷將會降低，更短路由距離也為用戶帶來了更好的服務(wù)體驗。

　 　C-RAN構(gòu)架在系統(tǒng)費用、容量和靈活性等方面都顯示著傳統(tǒng)無線接入網(wǎng)所沒有的優(yōu)勢。但是，它同時也帶來一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)。在運營商能夠?qū)嶋H部署之前，這些技術(shù)挑戰(zhàn)需要得以解決：

　　 低成本光網(wǎng)絡(luò)傳輸無線信號

　　 連接基帶處理模塊和遠端無線模塊的光纖必須能夠承載大量的實時基帶采樣信號。由于LTE/LTE-A系統(tǒng)的帶寬比較寬，加上多天線技術(shù)的普遍應(yīng)用，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10Gbps。

　　 先進的協(xié)作發(fā)射/接收技術(shù)

　　 協(xié)作處理技術(shù)是達到更高頻譜效率的關(guān)鍵。為了抑制蜂窩系統(tǒng)中的小區(qū)間干擾，協(xié)作式多點處理技術(shù)必須使用空間信道信息來實現(xiàn)多個不同物理位置上的天線的協(xié)作。這一技術(shù)仍然有待開發(fā)。無線資源的聯(lián)合調(diào)度對于減少干擾和增加容量是必要的。

　　 為了支持上述的協(xié)作式多點處理技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)和上行/下行信道信息都需要在多個(虛擬)基站之間共享。虛擬基站之間的接口必須能夠支持高帶寬，低延遲的傳輸以保證實時的協(xié)作處理。在這一接口上傳輸?shù)男畔ㄒ韵碌囊环N或者幾種：終端用戶數(shù)據(jù)包，終端信道反饋信息，虛擬基站的調(diào)度信息，等等。因此，虛擬基站之間的這一接口必須在考慮傳輸延時和開銷的情況下，滿足實時協(xié)作處理的需求。

　 　基站虛擬化技術(shù)

　　 當(dāng)處理單元被集中在基帶池以后，如何設(shè)計虛擬化技術(shù)以支持分配或者組合這些處理資源給虛擬基站就成為關(guān)鍵。這些虛擬基站是真正處理各個活動用戶的無線信號的邏輯實體。

　　 基站虛擬化技術(shù)的主要挑戰(zhàn)包括：實時信號處理算法如何在基帶處理池中實現(xiàn)；如何動態(tài)地管理處理單元以適應(yīng)動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)負載等。

　　 服務(wù)面向邊緣化

　　 和集中在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)提供模式不同，服務(wù)可以在無線接入網(wǎng)的邊緣提供，這將帶來一些獨特的機遇與挑戰(zhàn)。在后續(xù)的研究框架中，我們把這些技術(shù)挑戰(zhàn)分為三類：服務(wù)如何和無線接入網(wǎng)集成；分布式服務(wù)網(wǎng)的智能處理；分布式服務(wù)的部署和管理問題。

　　 C-RAN的目標(biāo)不是取代現(xiàn)有的3G/B3G標(biāo)準(zhǔn)，它是一個從長期角度出發(fā)，為運營商提供一個低成本高性能的綠色網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，在未來可以讓用戶以很低的價格就可以享受豐富的無線寬帶業(yè)務(wù)。此外，實際環(huán)境千差萬別，部署的無線網(wǎng)絡(luò)存在各種形態(tài)，比如當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用的宏蜂窩基站、微蜂窩基站、微微蜂窩基站、室內(nèi)分布系統(tǒng)、直放站，以及新出現(xiàn)的中繼站、Femto基站。不同的基站類型有各自的優(yōu)點和缺點，適應(yīng)不同的部署條件。C-RAN的目標(biāo)是適應(yīng)主流無線網(wǎng)絡(luò)的部署需求，包括宏蜂窩基站、微蜂窩基站、微微蜂窩基站以及室內(nèi)分布系統(tǒng)。同時，其他一些有益的基站類型也可作為C-RAN部署的補充。