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      一種基于IT云化的5G通信系統(tǒng)

      2021-05-11 06:46:12章偉余金清王紅展
      中國新通信 2021年4期
      關(guān)鍵詞:處理單元基帶以太網(wǎng)

      章偉 余金清 王紅展

      【摘要】 ? ?本文提出了一種基于IT云化的5G通信系統(tǒng)架構(gòu),采用功能資源池組合的方式,通過以太網(wǎng)對各資源池進行互聯(lián),通過靈活的參數(shù)配置滿足不同的組網(wǎng)需求和網(wǎng)絡(luò)部署,很好地解決了未來對于大流量,高帶寬,低時延的通信網(wǎng)絡(luò)需求,在未來的通信系統(tǒng)中將會非常具備競爭力。

      【關(guān)鍵詞】 ? ?資源池 ? ?系統(tǒng)架構(gòu) ? ?5G通信

      引言

      由于無線通信的不斷發(fā)展,尤其用戶對于大數(shù)據(jù),視頻傳輸,可視電話,虛擬現(xiàn)實,海量數(shù)據(jù)連接以及低延時高可靠的需求,系統(tǒng)的帶寬要求越來越高,未來5G將達到10G~20Gbps需求,對于通信系統(tǒng)端到端處理的時延要求也越來越高。同時伴隨著芯片設(shè)計工藝的不斷進步,由原來的90nm不斷演進到5nm,設(shè)備的集成度越來越高。伴隨著業(yè)界IT化NFV,SDN趨勢演進,目前無線基站通信系統(tǒng)由于設(shè)計過于僵化而且功耗面積局限,已無法滿足未來用戶的需求。需要能支持更大帶寬、更高速率、更短的時延,以及IT通用化的通信系統(tǒng),來滿足不斷的業(yè)務(wù)需求和通信應(yīng)用。

      一、設(shè)計思路

      本文提出一種新型的基于IT云化的5G通信系統(tǒng),這個系統(tǒng)由5大資源池組成,分別是基帶資源池、時鐘管理資源池、網(wǎng)絡(luò)交換資源池、通用計算資源池和電源管理資源池。如圖1所示。

      下面針對每種資源池介紹其功能。

      1.1基帶處理資源池

      基帶資源池如圖2所示:

      由一系列的基帶處理單元組成?;鶐幚韱卧撠?zé)上下行基帶數(shù)據(jù)處理,由基帶處理芯片,可編程邏輯器件(FPGA/EPLD),中央處理器CPU,存儲器件(DDR,F(xiàn)LASH),以及大容量以太網(wǎng)交換芯片等組成。

      基帶處理單元中的器件通過大容量以太網(wǎng)交換芯片進行互聯(lián)以及板內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)交互,并對外提供多個光模塊接口??梢造`活配置為以太網(wǎng)模式或CPRI模塊,和RRU連接,即可以支持通過多個25G、56G或者100G光模塊走以太網(wǎng)或者CPRI和RRU相連從而進行數(shù)據(jù)傳輸。

      1.2時鐘管理資源池

      時鐘管理資源池由一系列的時鐘管理單元組成。時鐘管理單元負責(zé)為IT-BBU各資源池提供時鐘定時功能,由時鐘GPS,時鐘模塊,可編程邏輯器件(FPGA/EPLD),以太網(wǎng)交換芯片,CPU,以及存儲器件(FLASH/DDR)等組成。板間時鐘通過背板進行分發(fā),框間時鐘通過以太網(wǎng)1588進行同步。通常情況下,時鐘管理單元有1個就可以,如果考慮系統(tǒng)更可靠,時鐘主備單元2個即可。

      1.3網(wǎng)絡(luò)交換資源池

      網(wǎng)絡(luò)交換資源池是由一系列網(wǎng)絡(luò)交換單元組成。網(wǎng)絡(luò)交換單元負責(zé)各資源池數(shù)據(jù)間的網(wǎng)絡(luò)交換和轉(zhuǎn)發(fā),主要有以太網(wǎng)交換芯片,可編程邏輯器件(FPGA/EPLD),主控CPU以及存儲器件(DDR/FLASH)等組成,資源池之間的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)進行交互,從而實現(xiàn)各資源池之間的數(shù)據(jù)互通。

      1.4通用計算資源池

      由一系列的通用計算單元組成。通用計算單元負責(zé)相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲和計算,由大容量存儲硬盤、數(shù)據(jù)處理單元、管理CPU、專用的一些處理芯片ASIC、可編程邏輯器件(FPGA/EPLD),存儲器件(DDR/FLASH)和以太網(wǎng)交換芯片等組成。其中數(shù)據(jù)處理單元可能是X86架構(gòu)CPU,或者ARM架構(gòu)CPU,或者RISC V CPU,也可能是DSP或者網(wǎng)絡(luò)處理器NP,可編程的P4,GPU等。管理CPU對通用計算資源池進行相關(guān)的管理和控制,通用計算單元通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交互,并對大容量存儲硬件進行數(shù)據(jù)讀寫操作。

      1.5電源管理資源池

      電源管理資源池是由一系列的電源管理單元組成。電源管理單元負責(zé)對IT-BBU通信系統(tǒng)供電和相關(guān)的電源控制。電源管理單元采用通用的電源管理模塊,并通過背板進行分發(fā)和數(shù)據(jù)交互。

      這5種資源池之間的通信,在IT云化統(tǒng)一架構(gòu)下進行統(tǒng)一管理。時鐘資源池和電源管理資源池屬于公共資源池,采用背板進行數(shù)據(jù)分發(fā)和通信交互,給其他資源池提供時鐘和電源;基帶資源池和通用資源池屬于專用資源池,需要通過網(wǎng)絡(luò)交換資源池進行數(shù)據(jù)分發(fā)和通信交互,以上采用統(tǒng)一的后臺管理平臺,通過后臺軟件靈活配置進行管理,支持的配置參數(shù)有:1、組網(wǎng)場景參數(shù);2、組網(wǎng)的機型參數(shù),分1U/2U/6U;3、基帶處理單元數(shù)量;4、時鐘管理單元數(shù)量;5、網(wǎng)絡(luò)交換單元數(shù)量;6、通用計算單元數(shù)量;7、時鐘管理單元數(shù)量;

      具體的組網(wǎng)場景有如下四種:

      第一種,如圖3所示為定制服務(wù)器。

      第二種,如圖4所示為集中交換設(shè)備。

      第三種,如圖5所示為BBU分布式基站。

      第四種,如圖6所示為集中部署基站。

      通過對資源池的靈活配置和管理,可以滿足不同場景下的組網(wǎng)需求和網(wǎng)絡(luò)部署,提升通信系統(tǒng)的競爭力。

      二、具體實現(xiàn)

      基于5G低頻宏站采用集中部署,和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一起放入集中式機房如圖7所示。此種組網(wǎng)方式下,5G基站系統(tǒng)采用基于IT云化,定義好基帶處理單元、通用計算單元、網(wǎng)絡(luò)交換單元,時鐘管理單元和電源管理單元。對于一個小區(qū)支持128天線、64天線、32天線、16天線等,小區(qū)帶寬高達200M,峰值速率達到20Gbps速率的設(shè)計來說,需要2個6U機框,同時軟件后臺對各單元配置如下:

      1、基帶處理單元需要19個,分布在2個6U機框中;

      2、網(wǎng)絡(luò)交換單元需要2個,分布在2個6U機框中;

      3、通用計算單元1個,分布在1個6U機框中;

      4、電源管理單元需要2個,分布在2個6U機框中;

      5、時鐘管理單元需要2個,分布在2個6U機框中。

      三、總結(jié)

      本文提出了基于IT云化的5G通信系統(tǒng),定義了基帶資源池,時鐘管理資源池,網(wǎng)絡(luò)交換處理資源池,通用計算資源池,電源管理資源池。采用以太網(wǎng)對各資源池進行互聯(lián),并通過靈活的參數(shù)配置來滿足不同的組網(wǎng)需求和網(wǎng)絡(luò)部署,能很好地解決未來對于大流量,高帶寬,低時延的通信網(wǎng)絡(luò)要求,同時很好地實現(xiàn)無線和有線網(wǎng)絡(luò)融合,滿足未來靈活的組網(wǎng)需求,在未來將會非常有競爭力。

      參 ?考 ?文 ?獻

      [1]曹志剛 錢亞生,現(xiàn)代通信原理,清華大學(xué)出版社,2014

      [2]吳朱華,云計算核心技術(shù)剖析,人民郵電出版社,2011

      [3]李雪松 傅珂 柳海接入網(wǎng)技術(shù)與設(shè)計應(yīng)用,北京郵電大學(xué)出版社,2009

      [4] Jonathan Rodriguez 江甲沫 韓秉君 沈霞 朱浩 陳曉貝5G MOBILE NETWORKS,電子工業(yè)出版社,2016

      [5]楊峰義 張建敏 王海寧, 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),電子工業(yè)出版社,2017

      [6] Dharma P. Agrawal 譚明新,無線移動通信系統(tǒng) 電子工業(yè)出版社,2017

      [7] 3GPP TS 38.104 V15.1.0,2018-03

      [8] 3GPP TS 38.201 V15.0.0,2017-12

      章偉: ?中興通訊股份有限公司,通訊高級系統(tǒng)工程師,碩士,主要研究方向通訊系統(tǒng)架構(gòu),無線通訊基帶系統(tǒng);

      余金清: ?中興通訊股份有限公司,F(xiàn)PGA/IC系統(tǒng)工程師,碩士,主要研究方向無線通訊基帶系統(tǒng);

      王紅展: ?中興通訊股份有限公司,F(xiàn)PGA/IC系統(tǒng)工程師,碩士,主要研究方向無線通訊基帶系統(tǒng);

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