5GRAN架构：采用NGFI的C-RAN

### 5G RAN架构：采用NGFI的C-RAN #### 1. 引言 C-RAN（集中式、协作式、云化和绿色无线接入网）由中国移动研究院于2009年首次提出。传统的网络部署方式，每个站点都需要一个独立的机房和配套设施来放置基站（BS）或基带单元（BBU）。随着站点数量的大幅增加，尤其是在LTE网络中，所需的机房数量也相应增多。然而，可用的房地产资源日益稀缺，租赁成本不断上升，使得传统的部署方法变得越来越困难。因此，将不同的BS或BBU集中到一个位置进行部署似乎是一种自然的解决方案。 随着5G成为研究焦点，C-RAN被认为是支持5G技术的理想框架。它能够容纳和促进多种5G技术的发展，如大规模天线系统（LSAS）、全双工、超密集网络协作通信等。因此，C-RAN已成为未来5G系统的重要组成部分。 #### 2. C-RAN基础 ##### 2.1 C-RAN的概念 C-RAN系统以分布式基站为基本组件，将不同的基带处理资源集中在一起形成一个资源池，在这个资源池中，资源可以在池级别进行管理和动态分配。C-RAN架构主要由三部分组成： - **基带资源池**：是一个资源池，可从中实例化出“软”BBU。在C-RAN中，BBU是“软”的，因为其处理资源和能力可以根据实时条件（如流量状态）进行动态分配和重新配置。 - **远程射频头（RRH）网络**：与传统系统中的RRH相同，用于提供基本的无线信号覆盖。 - **传输网络**：提供资源池中的BBU实例与远程RRH之间的连接。其形式可以根据不同的场景而有所不同，例如通过暗光纤的直接光纤连接、微波传输和光纤传输网络等。 下面是C-RAN架构的简单mermaid流程图： ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A(Baseband Resource Pool):::process -->|Transport Network| B(RRH Networks):::process ``` ##### 2.2 C-RAN的特点和优势 - **集中化**：将计算资源集中到一个中心位置是C-RAN的基础特征和迈向完整C-RAN的第一步。集中化使得聚合的计算节点可以共享相同的设施，如空调，从而大大降低了功耗和运营成本（OPEX）。在中国移动的商业网络试验中，与传统部署方法相比，C-RAN部署可将功耗降低多达70%。此外，集中化也使得更容易找到较少的中心办公室来容纳设备，从而加快网络建设速度。 - **平台通用化**：使用通用平台（GPP）不仅降低了运营商的采购成本，更重要的是为虚拟化技术的实施奠定了基础。 - **虚拟化**：基于GPP，可以实施虚拟化技术，带来各种好处，包括提高资源利用效率、灵活性、可扩展性和能源效率。通过虚拟化，资源可以根据不同的场景、流量模式、应用程序和无线接入技术（RAT）进行按需分配。因此，C-RAN可以被称为“软”和“绿色”的网络。 - **开放性**：C-RAN旨在提供一组标准的应用程序编程接口（API），以鼓励边缘新服务的开发并提供互操作性。例如，用户或小区级别的数十个无线电参数，如用户的信道质量或小区中的用户数量，可以被公开，以便边缘应用程序可以相应地调整上行/下行（UL/DL）音频/视频比特率、图片和文本压缩率等参数，从而改善用户体验。通过其开放性，C-RAN旨在推动生态系统的繁荣。 以下是C-RAN特点和优势的表格总结： | 特点 | 优势 | | ---- | ---- | | 集中化 | 降低功耗和运营成本，加快网络建设速度 | | 平台通用化 | 降低采购成本，为虚拟化奠定基础 | | 虚拟化 | 提高资源利用效率、灵活性、可扩展性和能源效率 | | 开放性 | 鼓励边缘新服务开发，改善用户体验，推动生态系统繁荣 | ##### 2.3 对5G技术的支持 C-RAN可以作为许多潜在5G技术的理想框架，涵盖双工模式、网络优化、多RAT共存和频谱共享等多个方面。例如： - **大规模多输入多输出（MIMO）**：是5G空中接口的关键使能技术，通过多用户波束赋形和大量天线，可以显著提高系统的能源效率和频谱效率。然而，小区间导频污染会严重降低大规模MIMO的性能，这就需要对相邻小区的上行导频进行联合设计和多用户波束赋形的联合优化。 - **非正交多址接入（NOMA）**：支持在同一资源上接入两个以上的用户，因此需要更高效、灵活的系统优化手段。 - **全双工**：被认为是5G双工模式设计的一个重要发展方向。全双工基站能够在相同的时间和频率资源上同时进行发送和接收，通过合理安排下行和上行传输，有望将容量提高100%。但NOMA和全双工都面临着更严重的小区内和小区间干扰问题，尤其是在全双工系统中，除了传统的下行到下行和上行到上行干扰外，还存在许多复杂的下行和上行之间的干扰，这些干扰必须得到有效缓解。 - **网络层面**：5G需要极高的基站密度来满足不断增长的移动流量需求。高密度网络设计需要综合考虑许多问题，如异构网络中的干扰缓解、控制和数据解耦、下行和上行解耦、载波聚合和协作多点（CoMP）等。 - **多RAT协调**：5G网络需要与现有的3G、4G和WiFi网络和谐共存，不同网络之间的信息共享和相应的联合调度对于其成功至关重要。 - **频谱共享**：由于无线频谱的稀缺性，所有无线网络