馮幸 鐘其鏗
【摘要】? ? 本文從5G無線基站建設條件、成本、難易程度和后續(xù)網絡演進方式等探討了無線基站的部署方式,其中C-RAN的建設方式最符合5G網絡演進方向,其CU云化的部署方式更能支持運營商的垂直業(yè)務。
【關鍵詞】? ? 5G? ? C-RAN? ? CU云化
一、概述
2017年世界移動通信展(MWC 2017)上,多家公司展示了Cloud RAN方案和架構,意味著未來5G系統(tǒng)中C-RAN將扮演重要角色??v觀業(yè)界態(tài)勢,運營商與多家設備商聯(lián)合發(fā)布C-RAN白皮書,聯(lián)合簽訂C-RAN無線云網絡簽署研究合作備忘錄(MOU),都表示C-RAN研究工作是5G標準和研發(fā)工作的重頭戲。
二、5G基站部署方式介紹
根據(jù)5G技術及設備發(fā)展,5G設備具體設備形態(tài)CU(即eNB的中心單元)、DU(即eNB的分布單元)、AAS/AAU(即射頻收發(fā)單元和天線一體化設備)可分離,也可集中。由于5G基站的應用場景以及運輸條件也會有不同,同時考慮到5G基站的運維難度等因素,未來的5G基站建設的過程當中,主要需要考慮設備的形態(tài)具體可分為三種:CU+DU+RRU/AAU、一體化NR、CU和DU合設+RRU/AAU的形態(tài)。目前運營商主要采用“CU和DU合設+AAU”的Massive MIMO基站,隨著商用程度及業(yè)務需求不斷成熟,部分地區(qū)基站已經將CU/DU進行分離部署了。
三、D-RAN部署方式
D-RAN方式CU+DU布放于站點機房,AAU設備均布放于無線基站,該方案為傳統(tǒng)部署方式,2G、3G網絡多采用該方式。
D-RAN的部署方式具有很高的網絡可靠性。在用戶使用的過程當中非常安全,但D-RAN的部署方式也具有一定的缺陷,具體包括以下四個方面。首先,耗電量較大。由于機房的BBU都需要降溫設備,如空調等設備對其進行降溫。所以相應的電費成本會隨之增加,也增加了空調的能耗。第二,在設備的日常故障處理和日常的維護方面。由于需要進出鐵塔公司的基站建設機房,流程較為繁瑣,比如受到鐵塔公司的基站鑰匙借用流程的管控,以及鐵塔公司對于機房的管理制度和流程等,在網絡維護的過程當中會帶來一定的不便,也占用了更多的時間,提高了時間成本。第三,租金收益來看,整體抬高了租金,主要表現(xiàn)在D-RAN部署時,需要支付BBU設備的相關費用。需要與運營商或鐵塔公司等基站運營商簽訂相關的租賃協(xié)議,對設備進行租用,提高了運營的成本。第四。線路建設成本及無線配套建設成本較高。這種部署方式造成無線設備的利用率較低,同時需要為每個基站配備傳輸設備、BBU機框、無線配套設備以及設備板卡等相關的配置,提高了相應的成本。
四、 C-RAN部署方式
C-RAN方式AAU設備布放于無線基站,CU/DU合設于接入機房,該方案為現(xiàn)有4G網絡常用部署方式。目前主要是采用小集中的C-RAN架構方式,該架構方式與目前主流的兩級前傳的5G架構相契合。
4.1 C-RAN前傳方案
目前C-RAN主要有三種前傳傳輸方案,分別是單芯雙向白光直驅方案、彩光+無源波分方案、有源光路匯聚方案。
從節(jié)省纖芯資源角度和節(jié)省成本方面考慮建議采用彩光+無源波分方案。
4.2 C-RAN改造方案
以集中10個BBU為例,各配套及纖芯資源需求估算如下:
(1)空間需求
考慮到BBU的一般大小是3U,每一個集中機房需要新增兩個機柜設備,用于安裝交換機及DCDU等z相應的設備。除此之外,傳輸設備還需要新增2到4個綜合機柜(600*600mm),所以,一個集中機房需要8-12平米的使用面積。同時預留5G設備。兩個機柜位。
(2)備電需求
機柜按每個機柜1KW進行計算,BBU設備按每功率550W來計算。所以每個集中機房需要一架200A的開關電源架。根據(jù)當前主要的設備廠家的具體情況,目前C-RAN主要在城區(qū)進行部署。按照倍電量3小時的要求。傳輸電量配備電8小時的相關要求,電池應為1400AH。
(3)纖芯需求
以BBU有3個扇區(qū)為例,采用1:6的彩光+無源波分方案,10個站點只需占用10條主干纖芯。
4.3 C-RAN集中分區(qū)劃分建議
C-RAN機房可選擇綜合接入機房或者條件好的無線機房(未移交給鐵塔),優(yōu)先通過已有綜合接入機房解決,如無現(xiàn)有綜合接入機房的場景,可通過新選址、現(xiàn)有傳輸機房或者條件好的無線機房進行改造。
C-RAN網需與傳輸微網格協(xié)同規(guī)劃,C-RAN片區(qū)劃分可基于傳輸綜合業(yè)務接入區(qū)的微網格劃BBU池轄區(qū),每個BBU池只下掛其轄區(qū)內的RRU。
微網格:根據(jù)綜合業(yè)務接入區(qū)內光交箱、基站/集客/家寬等業(yè)務分布情況,將綜合業(yè)務接入區(qū)劃分為更小的網格管理單元,即為“微網格”。其覆蓋半徑根據(jù)業(yè)務密集程度一般為 100m~600m。
4.4 C-RAN方式具有如下優(yōu)點
(1)節(jié)省傳輸設備。D-RAN部署一般而言1個BBU需要配置1端傳輸設備,采用C-RAN方式后,1端傳輸設備可以滿足多個BBU的傳輸需求,如果BBU集中放置機房設置在傳輸資源比較豐富的核心匯聚機房,還可以利舊現(xiàn)有傳輸資源。
(2)集中式方案,為站間協(xié)同提供了理想時延,易于實現(xiàn)CA,CoMP、 Super Cell、D-MIMO 等功能
(3)提高了傳輸系統(tǒng)的安全性。BBU集中放置在條件較好的機房,電源有保障,線路資源更加豐富,傳輸系統(tǒng)的安全性大大提高。
(4)BBU集中放置后便于設備的維護和擴容。
(5)BBU集中放置后可以集中配置BBU小區(qū),減少BBU使用量,提高BBU利用率,減少投資,節(jié)省資源。
但同時C-RAN模式也存在一定的缺點:
(1)增加了對主干光纜纖芯的需求。
(2)BBU至AAU之間的光纜距離長,光纖跳節(jié)點增多,隱患點增多。
(3)由于BBU與AAU之間一般采用星形連接方式,一旦出現(xiàn)主干光纜發(fā)生中斷,將會發(fā)生較大面積的RRU斷站的情況,影響面較大。
(4)站點還有AAU等設備,AAU需要供電,仍然需要考慮AAU的取電和電源保障問題。
五、CU云化部署方式
CU云化部署AAU設備布放于無線基站,CU/DU分設,其中DU可以根據(jù)業(yè)務需求情況布放于無線基站或接入機房,CU部分通過云化方式部署在數(shù)據(jù)中心中,主要通過虛擬化NFV技術實現(xiàn)。
采用CU和DU架構可以將核心網絡的功能下移,且原先所有的L1、L2、L3層功能都能在BBU中實現(xiàn),并且實現(xiàn)分離,可以分別放置在CU或者DU甚至RRU中實現(xiàn)。
這種架構下,NR協(xié)議棧的功能可以動態(tài)配置和分割,其中一些功能在CU中實現(xiàn),剩余功能在DU中實現(xiàn)。為滿足不同分割選項的需求,需要支持理想傳輸網絡和非理想傳輸網絡。CU與DU之間的接口應當遵循3GPP規(guī)范要求。
5.1 DU部署
為了使靠近天面的一側可以更快的實時進行數(shù)據(jù)處理的功能。建議DU部署在無人機房的貼面測。由于5G的帶寬不斷增大,天線數(shù)量也較多。RRU與BU之間的CPRI的帶寬經常達到100GBPS量級。所以建議在進行DU部署時,將 BBU和RRU部署在較近的距離。通常建議部署在數(shù)百米之內可以。使用短距高速光模塊,這樣的部署方式可以降低部署成本。這樣的部署方式,還有利于后續(xù)融入4/5G的BBU,以及引入同時引入4/5G的協(xié)同技術
5.2 CU部署
傳輸網(如SPN)可分為三級架構:接入環(huán)、匯聚環(huán)和核心環(huán),相應的,CU部署位置也有四種:接入機房、匯聚機房、骨干匯聚機房和核心機房,如下圖所示:
5.3 CU-DU分設的優(yōu)缺點
CU-DU分離架構的三大顯著優(yōu)勢為:實現(xiàn)基帶資源的共享,提升效率;降低運營成本和維護費;更適用于海量連接場景。將CU-DU進行分離架構的方式還可以使5G的接入網后續(xù)具有更強的可擴展性,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:
基于CU可以更進一步的構建智能化的網絡,引入熱門的人工智能和大數(shù)據(jù)的方式。實現(xiàn)人工智能與大數(shù)據(jù)的完美融合。例如,對相關用戶可以進行基于CU的大數(shù)據(jù)分析,利用CU-DU分離的架構方式。提升網絡的性能,同時還可以對相關的算法進行快速的迭代。這樣的架構方式不僅可以降低運維成本,進一步促進設備的更新迭代和智能的運維,還可以在人工智能的協(xié)助下進一步降低網絡優(yōu)化的成本,提高網絡優(yōu)化的效率。增加企業(yè)的收益。
基于CU可以實現(xiàn)業(yè)務創(chuàng)收方式的改進,實現(xiàn)數(shù)字化的服務,通過CU與MEC的集成部署,為數(shù)字創(chuàng)收提供了一種新的思路。具體來講就是依托于CU實現(xiàn)無限能力的開放,通過設計更多的貼近用戶的新業(yè)務的部署,實現(xiàn)數(shù)字化服務的創(chuàng)收。提高企業(yè)的收益。通過MEC部署對新業(yè)務進行有效的支撐,從而實現(xiàn)數(shù)字化業(yè)務的快速更新和上線。
CU-DU 分離架構可能遇到的三大問題包括:單個機房的功率容量有限;網絡規(guī)劃及管理更復雜時延問題。
六、結束語
本文通過闡述了5G基站的三種部署方式,得出C-RAN部署方式是最符合投資節(jié)省和當前技術發(fā)展趨勢,特別是CU云化方式是符合運營商發(fā)展垂直行業(yè)最好的網絡部署方式,將助力運營商開辟傳統(tǒng)流量和人口紅利模式外的業(yè)務新增長點。
參? 考? 文? 獻
[1] 閆淵,陳卓, 5G中CU-DU架構、設備實現(xiàn)及應用探討[J]. 移動通信, 2018,42(01): 27-32
[2] 余嗣兵, 淺析5G有線接入建設方案[J]. 郵電設計技術, 2020(01):75-77
[3]Qorvo技術社區(qū)、5G系統(tǒng)RAN架構解析之CU和DU的應用和功能切分方式
馮幸(1979.04),男,廣東茂名,研究生,工程師,從事通信工程建設管理工作(中國移動通信集團廣東公司佛山分公司);
鐘其鏗(1984.07),男,廣東湛江,本科生,工程師,從事通信工程設計規(guī)劃工作(廣東南方電信規(guī)劃咨詢設計院有限公司)。