肖建云

（中睿通信規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，廣州 510630）

可以說，隨著科技的發(fā)展，蜂窩結(jié)構(gòu)的無線接入網(wǎng)受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，本文根據(jù)目前移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展情況，以5G 為研究對象，分析了5G 無線接入網(wǎng)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。

1 基于C-RAN 的5G 無線接入網(wǎng)架構(gòu)

1.1 5G 的要求

5G 網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)橛脩籼峁┱鎸?shí)的感知體驗(yàn)以及個(gè)性化的服務(wù)內(nèi)容，這使得5G 與3G 和4G 有著明顯的區(qū)別，而且5G 不再過于追求峰值速率，對于無線接入網(wǎng)的要求也變得更加苛刻和嚴(yán)格。首先，大容量并且全覆蓋的無線接入網(wǎng)是5G 需要認(rèn)真完成的任務(wù)。其次，需要保證更高的速率和更低的時(shí)延，尤其是視頻業(yè)務(wù)已經(jīng)占據(jù)了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的半壁江山。再次，需要融合多種技術(shù)和多種架構(gòu)，5G 不能單獨(dú)發(fā)展。最后，降低能耗，實(shí)現(xiàn)綠色通信。值得一提的是5G 與4G 區(qū)別可以從公式c=λν 看出差別，其中c 是光速，是固定值，而λ 是波長，而ν 是頻率，頻率越高，速度越快，相應(yīng)的頻段也越寬。目前我國的5G 初始中頻頻段：3.3-3.6GHz、4.8-5GHz 兩個(gè)頻段，如果5G 用高頻段，那么覆蓋能力會(huì)大幅減弱，而通過空間復(fù)用技術(shù)，在相同的空間中提供更多的通信鏈路，極大地提高基站的服務(wù)容量。

1.2 C-RAN 的特點(diǎn)

C-RAN 的長遠(yuǎn)目標(biāo)是為運(yùn)營商提供低成本的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并且讓用戶享受高質(zhì)量的服務(wù)，它是以集中化處理、實(shí)時(shí)云計(jì)算和協(xié)作式無線電為基礎(chǔ)的綠色無線接入網(wǎng)架構(gòu)，主要利用高速的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，通過在遠(yuǎn)端天線和中心節(jié)點(diǎn)間傳輸信號，從而覆蓋大面積的基站服務(wù)區(qū)域。無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較復(fù)雜，而且用戶的行為屬性處于動(dòng)態(tài)變化中，這樣會(huì)降低無線接入網(wǎng)絡(luò)的性能，本文以基于C-RAN 的5G 無線接入網(wǎng)架構(gòu)為例，它的承載方案如圖1所示。

圖1 C-RAN承載方案

1.3 RRU 部署

RRU 指的是射頻拉遠(yuǎn)單元，它只負(fù)責(zé)信號模擬轉(zhuǎn)換后的射頻收發(fā)工作，并且通過布置大量的RRU，可以實(shí)現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，所以一直以來，RRU 部署都是無線接入網(wǎng)的研究核心，當(dāng)然也可以在RRU 的基礎(chǔ)上提高無線信號的處理能力，這樣能夠形成智能的RRU 部署方案，滿足業(yè)務(wù)需求量大的區(qū)域。至于普通區(qū)域，可以均勻部署RRU，而這時(shí)所有的RRU 都受到云平臺(tái)的統(tǒng)一管理，如果網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載增多，無線接入網(wǎng)架構(gòu)的自適應(yīng)能力會(huì)增強(qiáng)，并對無線信號進(jìn)行壓縮處理，適應(yīng)鏈路帶寬的要求。RRU 級聯(lián)技術(shù)如圖2所示。

圖2 RUU級聯(lián)技術(shù)

1.4 云平臺(tái)

云平臺(tái)是RRU 與服務(wù)器之間的紐帶，彼此通過光纖進(jìn)行連接，云平臺(tái)主要負(fù)責(zé)對小區(qū)域的RRU 進(jìn)行調(diào)度，比如異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合、緩存內(nèi)容的分發(fā)等，這樣可以降低C-RAN 無線接入網(wǎng)架構(gòu)的復(fù)雜度。

1.4.1 感知模塊

不言而喻，未來世界的網(wǎng)絡(luò)一定非常復(fù)雜，那么存儲(chǔ)用戶和網(wǎng)絡(luò)的情景信息顯得至關(guān)重要，而通過感知模塊，優(yōu)先獲得用戶的位置、優(yōu)先級以及應(yīng)用類型等信息，從而準(zhǔn)確判斷和推測用戶的需求，并為用戶提供個(gè)性化的服務(wù)，提高用戶的認(rèn)可度。另外，在不遠(yuǎn)的將來，“萬物互聯(lián)”將會(huì)極大地豐富人們的生活，同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備數(shù)量會(huì)爆炸式的增長，對這些龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測需要耗費(fèi)大量的成本，而通過情景感知的共享功能，可以減少這方面的開銷。

1.4.2 緩存模塊

將互聯(lián)網(wǎng)中的資源放在用戶觸手可及的網(wǎng)絡(luò)邊緣中，既能夠減少網(wǎng)絡(luò)流量，還能夠提升用戶的體驗(yàn)。需要注意的是，網(wǎng)絡(luò)中的流量很多是音頻或者是視頻，可以反復(fù)下載，那么就可以使用和借助緩存技術(shù)，將這類內(nèi)容存儲(chǔ)到中間服務(wù)器內(nèi)，這樣可以滿足同一類用戶的需求，而且不需要通過遠(yuǎn)程服務(wù)器，減輕了核心網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。本地云平臺(tái)可以對感知模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，之后提高存儲(chǔ)內(nèi)容的使用率，同時(shí)相鄰的云平臺(tái)可以存儲(chǔ)不同的內(nèi)容，并且實(shí)現(xiàn)共享，但是需要注意的是，緩存不是越多越好，有些內(nèi)容需要定時(shí)刪除和及時(shí)更新，這樣才能在緩存代價(jià)和效益之間找到最佳的平衡[1]。

1.5 服務(wù)器

后臺(tái)服務(wù)器可以看作是服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，并且可以進(jìn)行劃分，比如虛擬OTT 網(wǎng)、虛擬物聯(lián)網(wǎng)等，這樣可以更好地利用業(yè)務(wù)特性，開發(fā)不同的管理系統(tǒng)。以虛擬物聯(lián)網(wǎng)為例，需要考慮系統(tǒng)差錯(cuò)率的敏感度，同時(shí)所有的算法都是為了降低時(shí)延，這使得能耗的權(quán)重較低。

2 5G 無線接入網(wǎng)架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 密集化

在未來幾年，5G 網(wǎng)絡(luò)會(huì)與4G、Wi-Fi 技術(shù)并存，可以說基站的類型有了極大的豐富，但是這種情況下，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)變得十分復(fù)雜，那么為了提高頻譜的利用率，就需要形成超密集的網(wǎng)絡(luò)，這會(huì)給網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營和管理工作制造不小的困難，而且對于頻譜共享和回傳網(wǎng)絡(luò)等方面的問題，需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，并且合理配置資源和系統(tǒng)的參數(shù)[2]。

2.2 虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化可以降低運(yùn)營的成本，同時(shí)開發(fā)出統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，為系統(tǒng)的管理、維護(hù)以及升級提供便利，這樣可以提高資源的利用率。本文主要分析兩者虛擬化技術(shù)：第一種，基帶池虛擬化，這就需要涉及BBU 的內(nèi)容，它是基帶單元，包含所有數(shù)字基帶處理功能，每個(gè)RRU 發(fā)送信號的處理工作都可以在BBU 基帶池中的一個(gè)虛擬的處理單元內(nèi)完成，這種情況下，當(dāng)RRU 上傳數(shù)據(jù)后，云平臺(tái)中的BBU 基帶池就可以進(jìn)行調(diào)度計(jì)算，將信息分配到合適的BBU 中。第二種，服務(wù)器虛擬化，可以通過SDN 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分布式的控制，并且促進(jìn)云應(yīng)用和云數(shù)據(jù)的融合，也可以使用NFV 技術(shù)，對數(shù)據(jù)和控制平面進(jìn)行分離處理，從而按照需求對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的軟件進(jìn)行卸載和修改，完成業(yè)務(wù)擴(kuò)展工作。SDN 和NFV 技術(shù)的應(yīng)用原理如圖3所示。

2.3 分發(fā)化

隨著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的復(fù)雜程度不斷加深，為了有效改善服務(wù)器到客戶端的延遲情況，需要解決資源的不對稱性，可以將內(nèi)容代理服務(wù)器部署在多個(gè)ISP 中，并在網(wǎng)絡(luò)中使用緩存服務(wù)器，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的連接情況和響應(yīng)時(shí)間，將用戶的請求導(dǎo)入到距離用戶最近的服務(wù)節(jié)點(diǎn)上，這樣可以解決互聯(lián)網(wǎng)擁擠的問題。可以說，5G 無線接入網(wǎng)架構(gòu)應(yīng)用這種內(nèi)容分發(fā)技術(shù)，可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的整體速度。

圖3 SDN和NFV技術(shù)的應(yīng)用原理

2.4 綠色化

在提高頻譜資源的利用率上，5G 有很大的施展空間，而且通過減少功率，可以降低能耗，同時(shí)避免產(chǎn)生額外的污染。比如通過認(rèn)知無線電技術(shù)，對空置的頻譜進(jìn)行監(jiān)測，加上應(yīng)用先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，可以給RRU 設(shè)置不同的功率，并利用感知模塊的參數(shù)配置，提高網(wǎng)絡(luò)的性能。

3 結(jié)束語

綜上所述，5G 時(shí)代即將到來，并且為人們提供豐富的上網(wǎng)體驗(yàn)，但是目前的接入網(wǎng)架構(gòu)無法滿足5G 的要求，而借助C-RAN可以很好地克服5G 普及和應(yīng)用過程中的障礙。