C-RAN帶來無線移動通信的新機遇和挑戰(zhàn)

4 C-RAN的關(guān)鍵技術(shù)

C-RAN由技術(shù)概念到實現(xiàn)，需要實現(xiàn)如下關(guān)鍵技術(shù)：

(1)低成本的光網(wǎng)絡傳輸技術(shù)

在BBU和RRU之間傳輸?shù)臑楦咚俚幕鶐?shù)字信號，基帶數(shù)字信號的傳輸帶寬要求主要由無線系統(tǒng)帶寬、天線配置、信號采樣速率決定。目前，TD-SCDMA單載波宏小區(qū)所需要的四倍采樣速率下的基帶數(shù)字信號傳輸帶寬約為330Mbit/s，為Iub接口帶寬的33~150倍。而20MHz的LTE系統(tǒng)，8×8 MIMO配置下的基帶信號速率接近驚人的10Gbit/s。除此以外，工程上還必須考慮RRU的級聯(lián)問題，級聯(lián)級數(shù)越多，傳輸帶寬將成倍增加。

基帶數(shù)字信號傳輸還有較嚴格的傳輸延時、抖動和測量方面的要求。通常用戶平面的數(shù)據(jù)往返時間不能超過5μs。時延校準方面，每條鏈路或多跳連接的往返時延測量精度應滿足±16.276ns。

可靠性方面，為確保任一光纖單點故障條件下整個系統(tǒng)仍能工作，BBU與RRU之間的傳輸鏈路應采用光纖環(huán)網(wǎng)保住，通過不同管道的主、備光纖，實現(xiàn)鏈路的實時備份。

C-RAN要實現(xiàn)低成本的光網(wǎng)絡傳輸技術(shù)，因此BBU和RRU之間CPRI/Ir/OBRI接口的高速光模塊的實現(xiàn)方案將成為影響這個系統(tǒng)經(jīng)濟性的重要環(huán)節(jié)。當前可行的部署方案有光纖直驅(qū)模式、WDM傳輸模式和基于UniPon的傳輸模式三種(見表1)。

表1 低成本光網(wǎng)絡傳輸?shù)娜N可行方案

(2)基帶池互聯(lián)技術(shù)

集中化基帶池互聯(lián)技術(shù)需要建立一個高容量、低延遲的交換矩陣。如何實現(xiàn)交換矩陣中各BBU間的互聯(lián)是基帶池互聯(lián)技術(shù)需要解決的首要問題。另一方面，還應控制技術(shù)實現(xiàn)的成本。目前有一種思路是采用分布式的光網(wǎng)絡，將BBU合并成一個較大的基帶池。

基帶池互聯(lián)技術(shù)還需要開發(fā)專用的系統(tǒng)協(xié)議支持多個BBU資源間的高速、低延遲調(diào)度、互通，實現(xiàn)業(yè)務負載的動態(tài)均衡。

(3)協(xié)作式無線信號處理技術(shù)

無線信號協(xié)作處理技術(shù)可以有效抑制蜂窩系統(tǒng)的小區(qū)間干擾，提高系統(tǒng)的頻譜效率。目前，多點協(xié)作技術(shù)在學術(shù)界已進行了較為廣泛的研究。多點協(xié)作算法需要在系統(tǒng)增益、回傳鏈路的容量需求和調(diào)度復雜度之間做平衡。

在該技術(shù)研究中目前主要考慮兩種方式：聯(lián)合接收/發(fā)送，協(xié)作式調(diào)度/協(xié)作式波束賦形(見表2)。

表2 協(xié)作式無線信號處理技術(shù)

無線信號協(xié)作處理技術(shù)目前距離實際使用仍有一定差距，一些重要技術(shù)問題目前仍在3GPP中進行研究和討論。要實現(xiàn)無線信號協(xié)作處理技術(shù)的實際運用，還要解決如下問題：

●如何實現(xiàn)高效的聯(lián)合處理機制。

●下行鏈路信道狀態(tài)信息的反饋機制。

●多小區(qū)用戶配對和聯(lián)合調(diào)度。

●多小區(qū)協(xié)作式無線資源和功率分配算法。

(4)基站虛擬化技術(shù)

基站虛擬化技術(shù)的基礎是高性能、低功耗的計算平臺和軟件無線電技術(shù)。在網(wǎng)絡的視角中，基站不再是一個個獨立的物理實體，而是基帶池中某一段或幾段抽象的處理資源。網(wǎng)絡根據(jù)實際的業(yè)務負載，動態(tài)地將基帶池的某一部分資源分配給對應的小區(qū)。

計算平臺實現(xiàn)方面主要有兩種思路：信號處理器(DSP)方案和通用處理器(GPP)方案。

DSP方案是目前電信領域廣泛使用的技術(shù)方案，特別是SoC架構(gòu)的DSP出現(xiàn)以后，有效提高了基站基帶單板的處理能力。廠家圍繞DSP平臺開發(fā)了大量的實時操作系統(tǒng)并已成熟應用，具備進一步開發(fā)基站虛擬化的基礎。DSP主要問題在于后向兼容性差，更換新型硬件后，原有軟件不能直接應用，影響系統(tǒng)未來的平滑升級換代。由于缺乏統(tǒng)一的標準，不同廠家DSP平臺和實時操作系統(tǒng)的兼容性不佳。

傳統(tǒng)的GPP在性能、功耗等方面比DSP表現(xiàn)要差，但近幾年GPP在處理能力和功耗方面進展很快。多核、SIMD、大容量片內(nèi)緩存、低延遲片外存儲等技術(shù)的應用，使得GPP逐漸具備實時處理基帶數(shù)字信號的能力。C-RAN技術(shù)考慮GPP的一個重要原因是，GPP具有良好的后向兼容性。GPP平臺上有多種統(tǒng)一、開放的操作系統(tǒng)，可以充分保證平臺的兼容性。GPP進行無線信號處理目前還處于起步階段，操作系統(tǒng)還需要按照實時基帶信號處理的要求進行修改和完善。

現(xiàn)有的多標準基站(MSR)的解決方案主要采用基帶板硬件獨立或軟件獨立加載的方式，部分解決了基站同時支持多標準的問題，但多標準之間無法共享基帶處理資源。在C-RAN架構(gòu)中，為實現(xiàn)資源的有效利用，軟件無線電技術(shù)重點要實現(xiàn)在統(tǒng)一計算平臺上以動態(tài)資源混合調(diào)度的方式實現(xiàn)多標準的集中處理。

基站虛擬化最終的目標是形成實時數(shù)據(jù)信號處理的基帶云。一個或多個基帶云中的處理資源由一個統(tǒng)一的虛擬操作系統(tǒng)調(diào)度和分配?；鶐г浦悄茏R別無線信號類型，并分配相應的處理資源，最終實現(xiàn)全網(wǎng)硬件資源的虛擬化管理。

(5)分布式服務網(wǎng)絡技術(shù)

分布式服務網(wǎng)絡技術(shù)(DSN)的設想來自于互聯(lián)網(wǎng)目前已經(jīng)存在的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(CDN)，通過網(wǎng)絡邊緣內(nèi)容存儲，減少不必要的重復內(nèi)容傳送，以控制網(wǎng)絡的整體流量和時延。C-RAN寄希望于將分布式服務網(wǎng)絡技術(shù)與云化的RAN架構(gòu)相結(jié)合，將無線側(cè)產(chǎn)生的大量移動互聯(lián)網(wǎng)流量移出核心網(wǎng)，以某種最優(yōu)方案在RAN中實現(xiàn)經(jīng)濟有效的內(nèi)容傳送，達到為核心網(wǎng)和傳輸網(wǎng)智能減負的目的。

分布式服務網(wǎng)絡技術(shù)的實現(xiàn)需要網(wǎng)絡能夠智能識別邊緣服務中的目標應用和服務類別，并根據(jù)服務的優(yōu)先級加以區(qū)別處理。

分布式服務網(wǎng)絡技術(shù)對網(wǎng)絡的智能化程度要求比較高，如何降低成本且有效管理也是目前一個比較大的問題，短期內(nèi)并沒有一個明確的結(jié)論。對于C-RAN來說，分布式服務網(wǎng)絡將是其未來演進的一個方向，但相關(guān)理論和技術(shù)方法還需要進一步的研究。

5 主要技術(shù)挑戰(zhàn)

C-RAN技術(shù)愿景得到了通信業(yè)界的積極響應，并引起了廣泛的討論。與之相對應的，一些通信廠商也提出了各自解決方案，如阿朗的Light Radio，諾西的Liquid Radio，華為的云RAN，基本思路大體接近，都包含將無線模塊與基帶處理模塊相分離，基帶資源集中處理。