C-RAN帶來(lái)無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信的新機遇和挑戰

摘要：C-RAN技術(shù)概念，在某種程度上“顛覆”了傳統的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )架構，并由此產(chǎn)生新的網(wǎng)絡(luò )建設模式和設備形態(tài)，為移動(dòng)通信設備市場(chǎng)開(kāi)辟了新的發(fā)展機遇。但也需要看到，C-RAN在具體技術(shù)環(huán)節上仍存在一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題仍待攻克，這些問(wèn)題解決的進(jìn)度將直接影響C-RAN技術(shù)的應用和推廣。

1 引言

隨著(zhù)近幾年能源和電力價(jià)格的上漲，全球移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商面臨日漸嚴重的成本壓力。歐洲各國2003~2009年間，工業(yè)電價(jià)年均上漲約10.47%，居民電價(jià)年均上漲約8.05%。自2004年以來(lái)，中國銷(xiāo)售電價(jià)共調整6次，累計每千瓦時(shí)上調13.43分錢(qián)，年均上漲約4%，考慮到近兩年國內用電缺口因素，國內電價(jià)短期內仍有進(jìn)一步上漲的可能。

運營(yíng)商獲取站址和機房的難度也在不斷加大。全球大多數主流運營(yíng)商通常同時(shí)擁有2~3個(gè)不同通信制式的網(wǎng)絡(luò )，為保證網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)質(zhì)量，需要部署大量的基站以解決網(wǎng)絡(luò )覆蓋的問(wèn)題。站址和機房資源的相對稀缺，與不斷增長(cháng)的基站數量的矛盾在一定時(shí)期內無(wú)法協(xié)調，目前已成為運營(yíng)商無(wú)法回避的難題。

盡管在運營(yíng)成本方面面臨巨大壓力，運營(yíng)商的“盈利”能力并不隨之提高。由于電信市場(chǎng)的激烈競爭，單用戶(hù)平均收入(ARPU)增長(cháng)緩慢甚至下降。運營(yíng)商收入的下降必將導致建網(wǎng)和設備采購投資的壓縮，進(jìn)而影響到全行業(yè)的整體發(fā)展。面對這種局面，出于行業(yè)持續盈利和長(cháng)期發(fā)展考慮，移動(dòng)通信行業(yè)必須開(kāi)辟一種新的思路。

2010年4月，中國移動(dòng)正式發(fā)布了面向綠色演進(jìn)的新型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構C-RAN白皮書(shū)，闡述了對未來(lái)集中式基帶處理網(wǎng)絡(luò )架構技術(shù)發(fā)展的愿景。它有四個(gè)目標：

(1)降低能源消耗，減少資本支出和運營(yíng)支出。

(2)提高頻譜效率，增加用戶(hù)帶寬。

(3)開(kāi)放平臺，支持多標準和平滑演進(jìn)。

(4)更好地支持移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。

C-RAN技術(shù)直接從網(wǎng)絡(luò )結構入手，以基帶集中處理方式共享處理資源，減少能源消耗，提高基礎設施利用率。隨著(zhù)研究的進(jìn)展，C-RAN技術(shù)概念不斷被充實(shí)，并被賦予新的內涵。

2 C-RAN的技術(shù)概念

C-RAN的系統架構，主要是由遠端無(wú)線(xiàn)射頻單元(RRU)與天線(xiàn)組成的分布式無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，具備高帶寬、低延遲的光傳輸網(wǎng)絡(luò )連接遠端無(wú)線(xiàn)射頻單元，通用處理器和實(shí)時(shí)虛擬技術(shù)組成的集中式基帶處理池三大部分組成。所有基帶處理單元和遠端無(wú)線(xiàn)射頻單元通過(guò)高帶寬、低延遲的光傳輸網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)?；鶐幚韱卧?BBU)集中在一個(gè)物理站點(diǎn)構成基帶池?；鶐С刂卸鄠€(gè)基帶處理單元之間通過(guò)高帶寬、低延遲、靈活拓撲、低成本交叉連接?；鶐С厣闲枰獞没咎摂M化技術(shù)，支持基帶池物理資源和計算能力的虛擬分配和組合。

C-RAN在技術(shù)實(shí)現上分為三個(gè)階段，逐步演進(jìn)：

(1)C-RAN集中化基站部署

集中式基站內多個(gè)BBU互聯(lián)互通構成高容量、低延遲的互聯(lián)架構。遠端的RRU通過(guò)互聯(lián)架構交換到集中式基帶池中任一個(gè)BBU。這種方式是對現有DSP平臺的BBU進(jìn)行集中化集成，可有效實(shí)現載波負載均衡、容災備份，并達到提高設備利用率、減少基站機房數量、降低能耗的目的。

另外，基于傳統的CPRI/Ir/OBRI接口，實(shí)現不同廠(chǎng)家的RRU與基帶池互聯(lián)。

(2)基于軟件無(wú)線(xiàn)電和協(xié)作式無(wú)線(xiàn)信號處理的統一開(kāi)放平臺

在集中式基站基礎上，通過(guò)軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)實(shí)現多標準的統一開(kāi)放的BBU基帶池平臺，并利用基帶池中BBU間高速高效的調度信息、用戶(hù)數據交互，實(shí)現多點(diǎn)協(xié)作式信號處理，達到減少無(wú)線(xiàn)干擾、提高系統容量的目的。

在應用軟件無(wú)線(xiàn)電方面，目前主要兩種思路：信號處理器(DSP)平臺和通用處理器(GPP)平臺。兩種思路各有優(yōu)勢，DSP是目前電信行業(yè)比較成熟應用的技術(shù)，而GPP雖然目前在功耗性能上與DSP有一定差距，但具有后向兼容好的特點(diǎn)，有利于系統的平滑演進(jìn)。

協(xié)作式無(wú)線(xiàn)信號處理包含兩種方式：聯(lián)合接收和發(fā)送、協(xié)作式調度和協(xié)作式波束賦形。協(xié)作式無(wú)線(xiàn)信號處理主要是提高系統的頻譜利用率和小區邊緣的吞吐量。

(3)基于實(shí)時(shí)云架構的虛擬化基站

在基于軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的統一開(kāi)放的BBU基帶池平臺的基礎上，在實(shí)時(shí)云架構基帶池系統軟件的控制下，形成更為巨大的實(shí)時(shí)云架構基帶池。云架構基帶池為每個(gè)接入的RRU指配虛擬的基帶處理資源。多個(gè)云架構基帶池之間可以通過(guò)高速光傳輸網(wǎng)絡(luò )相連，相互協(xié)作，實(shí)現系統的負載平衡、容災備份。

C-RAN中的“C”目前實(shí)際上有四重含義，即基于集中化處理(Centralized Processing)，協(xié)作式無(wú)線(xiàn)電(Collaborative Radio)和實(shí)時(shí)云計算構架(Real-time Cloud Infrastructure)的綠色無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)構架(Clean System)。

3 C-RAN的技術(shù)優(yōu)勢

與傳統的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )架構相比，C-RAN打破了RRU和BBU之間近距匯接的網(wǎng)絡(luò )結構。站址位置僅需天面，不依賴(lài)機房。以目前的技術(shù)手段，理論上10km范圍內只要建設1個(gè)BBU機房，就可以實(shí)現對300km2區域的覆蓋。

C-RAN的技術(shù)優(yōu)勢主要體現在如下幾個(gè)方面：

(1)降低網(wǎng)絡(luò )能耗

集中化方式可以極大地減少機房的數量，機房配套設施也相應減少，特別是空調等散熱系統的減少，對網(wǎng)絡(luò )節能降耗的作用特別明顯。

通過(guò)對集中式基帶池的物理和邏輯資源的集中化管理，可以達到資源的最優(yōu)化運用，有效應對移動(dòng)通信系統的潮汐效應;同時(shí)配合一些節能技術(shù)的應用，可在網(wǎng)絡(luò )負荷較輕的情況下，關(guān)閉RRU和BBU的一些資源，達到省電的目的。

(2)降低運營(yíng)商資本支出(CAPEX)和運維成本(OPEX)

根據運營(yíng)商的統計，因勘站、土建和配套設施而產(chǎn)生的成本支出目前大致已占到每站點(diǎn)CAPEX的50%左右，站點(diǎn)租金和電費約占每站點(diǎn)OPEX的70%以上。近年來(lái)，房屋租賃價(jià)格和電價(jià)的持續上漲，造成運營(yíng)企業(yè)的建設和運維成本大大增加。

C-RAN集中化結構將BBU集中于區域匯接機房，站址處只保留天面，可有效減少因站址機房建設和租賃、空調等附屬設施耗電帶來(lái)的成本的壓力。

(3)負載均衡和干擾協(xié)調

基帶資源集中化的一個(gè)好處是，網(wǎng)絡(luò )可以根據較大范圍的區域內無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)負載的變化進(jìn)行自適應的均衡處理，同時(shí)可以對大片區域內的無(wú)線(xiàn)資源進(jìn)行聯(lián)合調度和干擾協(xié)調，從而提高頻譜利用率和網(wǎng)絡(luò )容量。