C-RAN帶來無線移動(dòng)通信的新機(jī)遇和挑戰(zhàn)

摘要：C-RAN技術(shù)概念，在某種程度上“顛覆”了傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并由此產(chǎn)生新的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式和設(shè)備形態(tài)，為移動(dòng)通信設(shè)備市場開辟了新的發(fā)展機(jī)遇。但也需要看到，C-RAN在具體技術(shù)環(huán)節(jié)上仍存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題仍待攻克，這些問題解決的進(jìn)度將直接影響C-RAN技術(shù)的應(yīng)用和推廣。

1 引言

隨著近幾年能源和電力價(jià)格的上漲，全球移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商面臨日漸嚴(yán)重的成本壓力。歐洲各國2003~2009年間，工業(yè)電價(jià)年均上漲約10.47%，居民電價(jià)年均上漲約8.05%。自2004年以來，中國銷售電價(jià)共調(diào)整6次，累計(jì)每千瓦時(shí)上調(diào)13.43分錢，年均上漲約4%，考慮到近兩年國內(nèi)用電缺口因素，國內(nèi)電價(jià)短期內(nèi)仍有進(jìn)一步上漲的可能。

運(yùn)營商獲取站址和機(jī)房的難度也在不斷加大。全球大多數(shù)主流運(yùn)營商通常同時(shí)擁有2~3個(gè)不同通信制式的網(wǎng)絡(luò)，為保證網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，需要部署大量的基站以解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋的問題。站址和機(jī)房資源的相對稀缺，與不斷增長的基站數(shù)量的矛盾在一定時(shí)期內(nèi)無法協(xié)調(diào)，目前已成為運(yùn)營商無法回避的難題。

盡管在運(yùn)營成本方面面臨巨大壓力，運(yùn)營商的“盈利”能力并不隨之提高。由于電信市場的激烈競爭，單用戶平均收入(ARPU)增長緩慢甚至下降。運(yùn)營商收入的下降必將導(dǎo)致建網(wǎng)和設(shè)備采購?fù)顿Y的壓縮，進(jìn)而影響到全行業(yè)的整體發(fā)展。面對這種局面，出于行業(yè)持續(xù)盈利和長期發(fā)展考慮，移動(dòng)通信行業(yè)必須開辟一種新的思路。

2010年4月，中國移動(dòng)正式發(fā)布了面向綠色演進(jìn)的新型無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)C-RAN白皮書，闡述了對未來集中式基帶處理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)發(fā)展的愿景。它有四個(gè)目標(biāo)：

(1)降低能源消耗，減少資本支出和運(yùn)營支出。

(2)提高頻譜效率，增加用戶帶寬。

(3)開放平臺，支持多標(biāo)準(zhǔn)和平滑演進(jìn)。

(4)更好地支持移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

C-RAN技術(shù)直接從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)入手，以基帶集中處理方式共享處理資源，減少能源消耗，提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率。隨著研究的進(jìn)展，C-RAN技術(shù)概念不斷被充實(shí)，并被賦予新的內(nèi)涵。

2 C-RAN的技術(shù)概念

C-RAN的系統(tǒng)架構(gòu)，主要是由遠(yuǎn)端無線射頻單元(RRU)與天線組成的分布式無線網(wǎng)絡(luò)，具備高帶寬、低延遲的光傳輸網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)端無線射頻單元，通用處理器和實(shí)時(shí)虛擬技術(shù)組成的集中式基帶處理池三大部分組成。所有基帶處理單元和遠(yuǎn)端無線射頻單元通過高帶寬、低延遲的光傳輸網(wǎng)絡(luò)連接起來?；鶐幚韱卧?BBU)集中在一個(gè)物理站點(diǎn)構(gòu)成基帶池?；鶐С刂卸鄠€(gè)基帶處理單元之間通過高帶寬、低延遲、靈活拓?fù)洹⒌统杀窘徊孢B接?；鶐С厣闲枰獞?yīng)用基站虛擬化技術(shù)，支持基帶池物理資源和計(jì)算能力的虛擬分配和組合。

C-RAN在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上分為三個(gè)階段，逐步演進(jìn)：

(1)C-RAN集中化基站部署

集中式基站內(nèi)多個(gè)BBU互聯(lián)互通構(gòu)成高容量、低延遲的互聯(lián)架構(gòu)。遠(yuǎn)端的RRU通過互聯(lián)架構(gòu)交換到集中式基帶池中任一個(gè)BBU。這種方式是對現(xiàn)有DSP平臺的BBU進(jìn)行集中化集成，可有效實(shí)現(xiàn)載波負(fù)載均衡、容災(zāi)備份，并達(dá)到提高設(shè)備利用率、減少基站機(jī)房數(shù)量、降低能耗的目的。

另外，基于傳統(tǒng)的CPRI/Ir/OBRI接口，實(shí)現(xiàn)不同廠家的RRU與基帶池互聯(lián)。

(2)基于軟件無線電和協(xié)作式無線信號處理的統(tǒng)一開放平臺

在集中式基站基礎(chǔ)上，通過軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)多標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一開放的BBU基帶池平臺，并利用基帶池中BBU間高速高效的調(diào)度信息、用戶數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)協(xié)作式信號處理，達(dá)到減少無線干擾、提高系統(tǒng)容量的目的。

在應(yīng)用軟件無線電方面，目前主要兩種思路：信號處理器(DSP)平臺和通用處理器(GPP)平臺。兩種思路各有優(yōu)勢，DSP是目前電信行業(yè)比較成熟應(yīng)用的技術(shù)，而GPP雖然目前在功耗性能上與DSP有一定差距，但具有后向兼容好的特點(diǎn)，有利于系統(tǒng)的平滑演進(jìn)。

協(xié)作式無線信號處理包含兩種方式：聯(lián)合接收和發(fā)送、協(xié)作式調(diào)度和協(xié)作式波束賦形。協(xié)作式無線信號處理主要是提高系統(tǒng)的頻譜利用率和小區(qū)邊緣的吞吐量。

(3)基于實(shí)時(shí)云架構(gòu)的虛擬化基站

在基于軟件無線電技術(shù)的統(tǒng)一開放的BBU基帶池平臺的基礎(chǔ)上，在實(shí)時(shí)云架構(gòu)基帶池系統(tǒng)軟件的控制下，形成更為巨大的實(shí)時(shí)云架構(gòu)基帶池。云架構(gòu)基帶池為每個(gè)接入的RRU指配虛擬的基帶處理資源。多個(gè)云架構(gòu)基帶池之間可以通過高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)相連，相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的負(fù)載平衡、容災(zāi)備份。

C-RAN中的“C”目前實(shí)際上有四重含義，即基于集中化處理(Centralized Processing)，協(xié)作式無線電(Collaborative Radio)和實(shí)時(shí)云計(jì)算構(gòu)架(Real-time Cloud Infrastructure)的綠色無線接入網(wǎng)構(gòu)架(Clean System)。

3 C-RAN的技術(shù)優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，C-RAN打破了RRU和BBU之間近距匯接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。站址位置僅需天面，不依賴機(jī)房。以目前的技術(shù)手段，理論上10km范圍內(nèi)只要建設(shè)1個(gè)BBU機(jī)房，就可以實(shí)現(xiàn)對300km2區(qū)域的覆蓋。

C-RAN的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1)降低網(wǎng)絡(luò)能耗

集中化方式可以極大地減少機(jī)房的數(shù)量，機(jī)房配套設(shè)施也相應(yīng)減少，特別是空調(diào)等散熱系統(tǒng)的減少，對網(wǎng)絡(luò)節(jié)能降耗的作用特別明顯。

通過對集中式基帶池的物理和邏輯資源的集中化管理，可以達(dá)到資源的最優(yōu)化運(yùn)用，有效應(yīng)對移動(dòng)通信系統(tǒng)的潮汐效應(yīng);同時(shí)配合一些節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，可在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較輕的情況下，關(guān)閉RRU和BBU的一些資源，達(dá)到省電的目的。

(2)降低運(yùn)營商資本支出(CAPEX)和運(yùn)維成本(OPEX)

根據(jù)運(yùn)營商的統(tǒng)計(jì)，因勘站、土建和配套設(shè)施而產(chǎn)生的成本支出目前大致已占到每站點(diǎn)CAPEX的50%左右，站點(diǎn)租金和電費(fèi)約占每站點(diǎn)OPEX的70%以上。近年來，房屋租賃價(jià)格和電價(jià)的持續(xù)上漲，造成運(yùn)營企業(yè)的建設(shè)和運(yùn)維成本大大增加。

C-RAN集中化結(jié)構(gòu)將BBU集中于區(qū)域匯接機(jī)房，站址處只保留天面，可有效減少因站址機(jī)房建設(shè)和租賃、空調(diào)等附屬設(shè)施耗電帶來的成本的壓力。

(3)負(fù)載均衡和干擾協(xié)調(diào)

基帶資源集中化的一個(gè)好處是，網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)較大范圍的區(qū)域內(nèi)無線業(yè)務(wù)負(fù)載的變化進(jìn)行自適應(yīng)的均衡處理，同時(shí)可以對大片區(qū)域內(nèi)的無線資源進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度和干擾協(xié)調(diào)，從而提高頻譜利用率和網(wǎng)絡(luò)容量。