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

4 C-RAN的關(guān)鍵技術(shù)

C-RAN由技術(shù)概念到實(shí)現，需要實(shí)現如下關(guān)鍵技術(shù)：

(1)低成本的光網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)

在BBU和RRU之間傳輸的為高速的基帶數字信號，基帶數字信號的傳輸帶寬要求主要由無(wú)線(xiàn)系統帶寬、天線(xiàn)配置、信號采樣速率決定。目前，TD-SCDMA單載波宏小區所需要的四倍采樣速率下的基帶數字信號傳輸帶寬約為330Mbit/s，為Iub接口帶寬的33~150倍。而20MHz的LTE系統，8×8 MIMO配置下的基帶信號速率接近驚人的10Gbit/s。除此以外，工程上還必須考慮RRU的級聯(lián)問(wèn)題，級聯(lián)級數越多，傳輸帶寬將成倍增加。

基帶數字信號傳輸還有較嚴格的傳輸延時(shí)、抖動(dòng)和測量方面的要求。通常用戶(hù)平面的數據往返時(shí)間不能超過(guò)5μs。時(shí)延校準方面，每條鏈路或多跳連接的往返時(shí)延測量精度應滿(mǎn)足±16.276ns。

可靠性方面，為確保任一光纖單點(diǎn)故障條件下整個(gè)系統仍能工作，BBU與RRU之間的傳輸鏈路應采用光纖環(huán)網(wǎng)保住，通過(guò)不同管道的主、備光纖，實(shí)現鏈路的實(shí)時(shí)備份。

C-RAN要實(shí)現低成本的光網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)，因此BBU和RRU之間CPRI/Ir/OBRI接口的高速光模塊的實(shí)現方案將成為影響這個(gè)系統經(jīng)濟性的重要環(huán)節。當前可行的部署方案有光纖直驅模式、WDM傳輸模式和基于UniPon的傳輸模式三種(見(jiàn)表1)。

表1 低成本光網(wǎng)絡(luò )傳輸的三種可行方案

(2)基帶池互聯(lián)技術(shù)

集中化基帶池互聯(lián)技術(shù)需要建立一個(gè)高容量、低延遲的交換矩陣。如何實(shí)現交換矩陣中各BBU間的互聯(lián)是基帶池互聯(lián)技術(shù)需要解決的首要問(wèn)題。另一方面，還應控制技術(shù)實(shí)現的成本。目前有一種思路是采用分布式的光網(wǎng)絡(luò )，將BBU合并成一個(gè)較大的基帶池。

基帶池互聯(lián)技術(shù)還需要開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的系統協(xié)議支持多個(gè)BBU資源間的高速、低延遲調度、互通，實(shí)現業(yè)務(wù)負載的動(dòng)態(tài)均衡。

(3)協(xié)作式無(wú)線(xiàn)信號處理技術(shù)

無(wú)線(xiàn)信號協(xié)作處理技術(shù)可以有效抑制蜂窩系統的小區間干擾，提高系統的頻譜效率。目前，多點(diǎn)協(xié)作技術(shù)在學(xué)術(shù)界已進(jìn)行了較為廣泛的研究。多點(diǎn)協(xié)作算法需要在系統增益、回傳鏈路的容量需求和調度復雜度之間做平衡。

在該技術(shù)研究中目前主要考慮兩種方式：聯(lián)合接收/發(fā)送，協(xié)作式調度/協(xié)作式波束賦形(見(jiàn)表2)。

表2 協(xié)作式無(wú)線(xiàn)信號處理技術(shù)

無(wú)線(xiàn)信號協(xié)作處理技術(shù)目前距離實(shí)際使用仍有一定差距，一些重要技術(shù)問(wèn)題目前仍在3GPP中進(jìn)行研究和討論。要實(shí)現無(wú)線(xiàn)信號協(xié)作處理技術(shù)的實(shí)際運用，還要解決如下問(wèn)題：

●如何實(shí)現高效的聯(lián)合處理機制。

●下行鏈路信道狀態(tài)信息的反饋機制。

●多小區用戶(hù)配對和聯(lián)合調度。

●多小區協(xié)作式無(wú)線(xiàn)資源和功率分配算法。

(4)基站虛擬化技術(shù)

基站虛擬化技術(shù)的基礎是高性能、低功耗的計算平臺和軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)。在網(wǎng)絡(luò )的視角中，基站不再是一個(gè)個(gè)獨立的物理實(shí)體，而是基帶池中某一段或幾段抽象的處理資源。網(wǎng)絡(luò )根據實(shí)際的業(yè)務(wù)負載，動(dòng)態(tài)地將基帶池的某一部分資源分配給對應的小區。

計算平臺實(shí)現方面主要有兩種思路：信號處理器(DSP)方案和通用處理器(GPP)方案。

DSP方案是目前電信領(lǐng)域廣泛使用的技術(shù)方案，特別是SoC架構的DSP出現以后，有效提高了基站基帶單板的處理能力。廠(chǎng)家圍繞DSP平臺開(kāi)發(fā)了大量的實(shí)時(shí)操作系統并已成熟應用，具備進(jìn)一步開(kāi)發(fā)基站虛擬化的基礎。DSP主要問(wèn)題在于后向兼容性差，更換新型硬件后，原有軟件不能直接應用，影響系統未來(lái)的平滑升級換代。由于缺乏統一的標準，不同廠(chǎng)家DSP平臺和實(shí)時(shí)操作系統的兼容性不佳。

傳統的GPP在性能、功耗等方面比DSP表現要差，但近幾年GPP在處理能力和功耗方面進(jìn)展很快。多核、SIMD、大容量片內緩存、低延遲片外存儲等技術(shù)的應用，使得GPP逐漸具備實(shí)時(shí)處理基帶數字信號的能力。C-RAN技術(shù)考慮GPP的一個(gè)重要原因是，GPP具有良好的后向兼容性。GPP平臺上有多種統一、開(kāi)放的操作系統，可以充分保證平臺的兼容性。GPP進(jìn)行無(wú)線(xiàn)信號處理目前還處于起步階段，操作系統還需要按照實(shí)時(shí)基帶信號處理的要求進(jìn)行修改和完善。

現有的多標準基站(MSR)的解決方案主要采用基帶板硬件獨立或軟件獨立加載的方式，部分解決了基站同時(shí)支持多標準的問(wèn)題，但多標準之間無(wú)法共享基帶處理資源。在C-RAN架構中，為實(shí)現資源的有效利用，軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)重點(diǎn)要實(shí)現在統一計算平臺上以動(dòng)態(tài)資源混合調度的方式實(shí)現多標準的集中處理。

基站虛擬化最終的目標是形成實(shí)時(shí)數據信號處理的基帶云。一個(gè)或多個(gè)基帶云中的處理資源由一個(gè)統一的虛擬操作系統調度和分配?；鶐г浦悄茏R別無(wú)線(xiàn)信號類(lèi)型，并分配相應的處理資源，最終實(shí)現全網(wǎng)硬件資源的虛擬化管理。

(5)分布式服務(wù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

分布式服務(wù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)(DSN)的設想來(lái)自于互聯(lián)網(wǎng)目前已經(jīng)存在的內容分發(fā)網(wǎng)絡(luò )(CDN)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )邊緣內容存儲，減少不必要的重復內容傳送，以控制網(wǎng)絡(luò )的整體流量和時(shí)延。C-RAN寄希望于將分布式服務(wù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)與云化的RAN架構相結合，將無(wú)線(xiàn)側產(chǎn)生的大量移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量移出核心網(wǎng)，以某種最優(yōu)方案在RAN中實(shí)現經(jīng)濟有效的內容傳送，達到為核心網(wǎng)和傳輸網(wǎng)智能減負的目的。

分布式服務(wù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的實(shí)現需要網(wǎng)絡(luò )能夠智能識別邊緣服務(wù)中的目標應用和服務(wù)類(lèi)別，并根據服務(wù)的優(yōu)先級加以區別處理。

分布式服務(wù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)對網(wǎng)絡(luò )的智能化程度要求比較高，如何降低成本且有效管理也是目前一個(gè)比較大的問(wèn)題，短期內并沒(méi)有一個(gè)明確的結論。對于C-RAN來(lái)說(shuō)，分布式服務(wù)網(wǎng)絡(luò )將是其未來(lái)演進(jìn)的一個(gè)方向，但相關(guān)理論和技術(shù)方法還需要進(jìn)一步的研究。

5 主要技術(shù)挑戰

C-RAN技術(shù)愿景得到了通信業(yè)界的積極響應，并引起了廣泛的討論。與之相對應的，一些通信廠(chǎng)商也提出了各自解決方案，如阿朗的Light Radio，諾西的Liquid Radio，華為的云RAN，基本思路大體接近，都包含將無(wú)線(xiàn)模塊與基帶處理模塊相分離，基帶資源集中處理。