5G前传网络连接解决方案与小基站部署分析

### 5G前传网络连接解决方案与小基站部署分析 #### 1. 前传网络连接方案概述 在C-RAN配置中，本地RU与集中式DU之间的前传连接需要能支持CPRI和/或eCPRI高数据速率和低延迟要求的传输/传输网络解决方案。实施前传网络前需进行技术经济分析，证明C-RAN的效益。C-RAN的优势包括减少基站设备、降低运营成本、降低功耗、获得统计复用增益和提高无线网络性能等，但运营商也需考虑建设和运营新RAN架构的成本，如提供合适的前传传输系统、基带单元的安置和供电、计算需求以及频率和相位/时间同步等。 #### 2. 技术经济分析与网络规划 - **技术经济分析**：以现有D-RAN部署成本为基线，衡量C-RAN的效益。不同市场中，C-RAN的优势表现不同，需综合考虑多方面因素。 - **网络规划**：决定实施C-RAN后，运营商需制定前传网络的传输网络策略和目标架构，随后进行高、低级设计和网络规划。无线电接口容量模型将为前传技术解决方案和基带DU、CU功能的可扩展性要求提供依据，HARQ过程的延迟限制是前传网络设计的关键输入。 #### 3. 前传连接方式 - **eCPRI接口实现方式**：eCPRI接口电路可通过光纤、无线连接或两者混合实现。此外，TIP正在开展vRAN前传项目，研究在非理想连接下传输前传的机制。 - **CPRI与eCPRI对比**：由于CPRI接口的容量需求显著高于eCPRI，在无线前传上实现CPRI解决方案更具挑战性，但在低载波和天线数量情况下仍可实现。 #### 4. 光纤前传解决方案 - **光纤网络建设成本**：基于光纤的光网络前期成本高，包括挖沟、安装电缆管道、铺设光纤电缆和拼接等。全新建设仅用于C-RAN前传的可能性较小，但结合多种用例时可能可行。 - **光纤获取方式** - **自建**：成本高，但可根据自身需求定制。 - **租赁暗光纤**：在一些国家，暗光纤成本低，促进了C-RAN在城市和郊区的广泛应用；在其他市场，暗光纤可能昂贵或不可用。 - **被动基础设施接入**：监管机构可能要求运营商允许其他运营商使用其光纤管道和电线杆，移动运营商可在现有管道中安装自己的光纤电缆并支付租赁费用。 - **光纤服务类型** - **被动服务**：提供光纤，需额外添加光网络设备。 - **主动服务**：如Openreach OSA - FC解决方案，提供光网络解决方案，还可提供高速载波以太网服务，支持eCPRI直接连接和其他中回传需求。 - **网络连接方式** - **点对点光纤电缆**：简单但需要大量光纤，成本高且电缆管理复杂。 - **有源和无源解决方案**：有源解决方案基于CWDM和DWDM技术，可将标准“灰色”光学转换为“彩色”光学，并提供功率放大；无源解决方案可使用被动光学滤波器，但需要特定通道的可插拔光收发器，成本较高。 以下是一个简单的流程图，展示光纤前传解决方案的选择流程： ```mermaid graph LR A[决定使用光纤前传] --> B{自建还是租赁?} B -- 自建 --> C[考虑成本和定制需求] B -- 租赁 --> D{暗光纤还是被动基础设施接入?} D -- 暗光纤 --> E[评估成本和可用性] D -- 被动基础设施接入 --> F[与运营商协商租赁费用] C --> G{选择被动还是主动服务?} E --> G F --> G G -- 被动服务 --> H[添加光网络设备] G -- 主动服务 --> I[使用现有光网络解决方案] ``` #### 5. 无线前传解决方案 - **eCPRI接口的可行性**：Option 7 eCPRI接口降低了容量需求，使无线解决方案更可行。虽然HARQ过程的严格延迟要求仍需考虑，但信号在空气中传播速度比光纤快，无线在传连接中可发挥作用。 - **毫米波和传统微波无线电系统** - **毫米波无线电系统**：ETSI ISG mWT推动了毫米波无线电系统的发展，E - band、W - band和D - band无线电系统可满足城市环境中对射频信道带宽的需求。 - **传统微波无线电系统**：对于需要更大物理覆盖范围的地区，6 - 42 GHz传统微波频段的进展将有所帮助。但更宽的RF通道和更高阶的调制方案会影响系统增益，缩短链路长度。 - **其他无线考虑因素**：包括双频段操作和载波聚合能力的发展，可提高系统吞吐量。 以下是不同频段无线电系统的特点对比表格： | 频段 | 频率范围 | 特点 | | ---- | ---- | ---- | | E - band | 71 - 76 GHz、81 - 86 GHz | 可支持多个前传电路，适用于城市环境 | | W - band | 92 - 114.5 GHz | 满足特定环境下的射频带宽需求 | | D - band | 130 - 174.5 GHz | 为城市环境提供更多射频载波支持 | | 传统微波 | 6 - 42 GHz | 适用于需要更大物理覆盖范围的地区 | #### 6. 非理想回传前传解决方案 非理想回传前传也可能发挥作用，相关研究正在进行中，旨在了解理想前传与无线电接口性能之间的权衡，以及吞吐量、延迟和数据包错误丢失率等因素变化时的影响。研究正在探索一系列物理传输系统，如DOCSIS、G.Fast、用于LAN的结构化以太网布线和无线解决方案。 #### 7. 5G NR频段与小基站部署 3GPP为5G NR定义了两个频段，大多数宏基站将在FR1（410 MHz - 7.125 GHz）频段运行，小基站也会在FR1频段运行，同时也会部署在更高的FR2（24.250 GHz - 52.600 GHz）频段。不同频段的小基站产品路线图有所不同，FR1 5G小基站通常是带有CPRI接口的无线电单元，连接到远程DU；FR2产品路线图则建议采用带有F1接口的组合RU和DU模块，连接到远程CU。这些不同的方法会影响支持两个不同频段的连接解决方案的选择。 以下是小基站在不同频段的连接方式列表： - **FR1小基站**：通常为带有CPRI接口的无线电单元，连接到远程DU，以实现密集小基站层内FR1传输的协调和优化。 - **FR2小基站**：采用组合RU和DU模块，带有F1接口，连接到远程CU。 #### 8. 小基站拓扑与传输解决方案选择 小基站拓扑是选择小基站部署传输解决方案时的关键考虑因素。选项包括从小基站连接到现有宏基站、直接连接到光纤网络，以及混合光纤和无线拓扑，其中小基站连接到其他小基站站点，类似于之前审查的宏基站回传拓扑。 以下是小基站传输解决方案拓扑选项表格： | 拓扑选项 | 描述 | | ---- | ---- | | 从现有宏基站连接 | 小基站连接到现有的宏基站 | | 直接连接到光纤网络 | 小基站直接与光纤网络相连 | | 混合光纤和无线拓扑 | 小基站连接到其他小基站站点，结合了光纤和无线传输 | #### 9. 小基站成本与创新解决方案 小基站解决方案的目标价格点更具挑战性，因为其覆盖范围有限。因此，在部署小基站时，必须在最小化成本的同时最大化频谱效率和容量。D频段的无线电系统是一项令人兴奋的创新，有助于管理小基站部署的成本。此外，3GPP在综合接入和回传（IAB）方面的发展可能为低成本网络密集化提供机会，特别是在FR2频段。 #### 10. 总结 5G移动回传、中传和前传解决方案对推出下一代无线电接入网络的资本支出和运营支出有重大贡献。RAN架构的选择，特别是RAN的功能分解，将影响运营商可用的传输网络设计选项。早期5G部署大多基于NSA EN - DC架构，在许多市场中，D - RAN架构占主导地位，而在某些市场中，暗光纤的商业和监管环境促进了C - RAN的部署。虽然在可用且商业可行的情况下，光纤是首选的连接解决方案，但微波和毫米波频段的无线连接解决方案也是可行的替代方案。3GPP IAB的发展值得密切关注，在与光纤和固定无线链路的最佳架构中使用时，其对大规模网络密集化的连接需求的潜在实现意义重大。传输网络必须具备提供频率和时间（相位）同步的功能，随着社会对移动通信的依赖程度不断提高，延迟、数据包延迟变化、数据包错误丢失率和可用性等关键性能指标变得越来越重要。许多5G无线电单元继续使用CPRI，同时采用动态频谱共享作为将容量从LTE迁移到NR的手段，这导致许多网络在可预见的未来需要混合使用CPRI/eCPRI。这些与O - RAN开放前传一起，需要在前传传输网络中共存。选择最佳技术经济连接解决方案与错误方案之间的差异将对移动网络运营商的性能和盈利能力产生重大影响。 以下是一个简单的流程图，展示5G网络部署考虑因素的决策流程： ```mermaid graph LR A[决定部署5G网络] --> B{选择RAN架构} B -- D - RAN --> C[考虑现有架构优势] B -- C - RAN --> D[评估暗光纤可用性和成本] C --> E{选择连接解决方案} D --> E E -- 光纤 --> F[考虑自建或租赁] E -- 无线 --> G[选择合适频段和技术] F --> H[考虑主动或被动服务] G --> I[考虑毫米波或传统微波] H --> J[规划网络部署] I --> J ```