C-RAN技术在5G网络中的应用策略

文/郑建 成立华

随着5G商用牌照的发放，5G基站的建设正式迈进快车道，无线基站的规模将不断扩大，随之而来的无线接入网络的机房、无线设备、传输设备、后备电源、空调等设备需要同期建设或租赁，导致CAPEX/OPEX逐年增高，未来5G网络需要支持多种业务和应用场景，5G的实现及部署，一方面是技术上的演进和创新，另一方面也对运营商的网络运营和管理提出了更高的要求。随着5G的来临，传统运营商如何向综合平台运营商进行转型。如何提供一个能够面向各类应用、灵活、开放、高效、易维护、易创新的新型网络平台，将成为运营商在5G时代的核心竞争力。

因此必须考虑一种新的无线接入网络构架来适应新环境，才能从根本上解决以上所面临的挑战，满足未来移动互联网业务和营收同步发展的新要求。

1 5G C-RAN概念

C-RAN（Centralized， Cooperative， Cloud and clean RAN）的基本定义是：基于集中式处理，协作式无线电和实时云计算构架的一种绿色无线接入网构架(Clean system)，将所有或部分的BBU资源进行集中放置形成一个基带池并对其进行统一管理和动态资源分配，在提升资源的利用率、降低设备功耗的同时，通过对协作化技术的有效支持而进一步提升网络性能。

随着近年的进一步研究，C-RAN的概念也在不断的演进，在针对5G大宽带、高频段、多通道天线、海量无线接入以及低延时等需求，进一步定义了集中单元与分布单元CU/DU（Centralized Unit/ Distributed Unit）的功能以及对下一代前传网络接口NGFI（Nextgeneration Fronthaul Interface）前传架构的重构，使5G C-RAN的需求概念有了新的定义。

2 5G C-RAN演进

主要演进有两点：

（1）无线资源的虚拟化中引入网络功能虚拟化NFV（NetworkFunction Virtualization）和软件定义网络SDN（SoftwareDefined Network）。

（2）5G网络中BBU单元进一步切分为集中单元CU和分布单元DU。集中单元CU和分布单元DU功能以处理内容的实时性进行划分：集中单元CU主要包含非实时性的无线高层协议栈功能，同时支持部分核心网下层和边缘应用业务部署的功能；分布单元DU设备处理物理层功能和实时性需要的二层功能。考虑到节省BBU和RRU之间的传输资源，部分物理层的功能可以上移至RRU来实现。

从具体的实现方案上，集中单元CU设备采用通用平台实现，这样不仅可支持无线网功能，也具备了支持边缘应用以及核心网的能力，分布单元DU可采用专用设备平台或通用+专用的混合平台来实现，同时支持高密度的数学运算能力。网络功能虚拟化NFV框架引入后，在管理编排器MANO（Management and Orchestration）的统一编排与管理下，配合操作维护中心OMC（Operating and Maintenance Center）与网络SDN控制器的功能组件，可以实现包括CU/DU在内的端到端的灵活资源编排与配置，进一步满足运营商快速按需的业务部署需求。

在4G网络中，C-RAN相当于BBU、RRU 二层架构；在5G系统中，相当于CU、DU和RRU 三层架构。如图1所示。

5G C-RAN基于CU/DU的两级协议架构、NGFI的传输架构及NFV的实现架构，形成了面向5G的灵活部署的两级网络云构架，将成为5G及未来网络架构演进的重要方向。与传统4G C-RAN无线网络相比，5G C-RAN网络依然具有集中化、协作化、云化和绿色四大特征，只是具体内涵有一些演进。

3 C-RAN架构的关键技术

3.1 协作化技术

协作化技术可降低或消除邻区干扰、提高边缘用户的吞吐量、提升边缘用户体验。同机房部署BBU易于实现框间高速互联能力，实现站间和小区间协作信息的高带宽、低时延交互，有利于协作化技术的实现。经测试，基于C-RAN的站间协同开启后，边缘用户下行平均速率提升50%～200%，边缘用户上行速率提升30%～200%。

3.2 站间载波聚合

CA（载波聚合）可以通过多个连续或者非连续的分量载波聚合得到更大的传输带宽，从而获取更高的吞吐量和峰值速率。基于C-RAN的基站间的载波聚合提升载波聚合激活率20%左右，可实现“随时随地载波聚合”，提升CA在商用场景下的生效范围。

图1：4G与5G网络C-RAN架构对比示意图

表1

3.3 BBU与RRU间前传汇聚技术

RRU拉远对前传光纤的需求大，可以通过引入前传增强技术（如无源彩光或CPRI汇聚方案）减少对站点光纤资源需求。目前C-RAN有三种传输方案，结合成本、稳定性及产业成熟度，建议优先选择单芯双向白光直驱方案。如表1所示。

4 BBU集中范围划分原则

（1）为避免BBU间无法实现协同功能，C-RAN区域内原则上不建议异厂家插花。

（2）对5G基站进行C-RAN部署时，为提升网络性能，减少网络间干扰，C-RAN区域内的物理站点要求连续覆盖，不建议进行“插花”组网。

（3）C-RAN覆盖区域与传输微网格协同规划，BBU池辖区尽量选择界线明显的市政道路、河流等做为边界，同一社区尽量选择在同一BBU池下，重叠覆盖度高的区域尽量选择在同一BBU池内，每个BBU池只下挂其辖区内的RRU。

（4）考虑经济、安全、纤芯需求、自身网络后续需求，C-RAN资源池集中数量建议以6-12个BBU为宜。

5 C-RAN机房规划原则

（1）考虑机房环境、承重、配套、稳定及安全，建议中心机房应选择自留传输机房、物业敏感度低无逼迁风险、机房空间充足、电源满足后续扩容、光缆纤芯资源充足的自留基站，不建议选用第三方物业的基站作为中心机房；考虑中心机房电力稳定性因素，中心机房需配备油机发电。

（2）考虑空间、安全性及使用寿命，不建议选择一体化机柜或简易机房作为集中机房。

（3）C-RAN机房位置选取需结合微网格规划，原则上需选择综合接入机房，如无现有综合接入机房的场景，可通过新选址或利用现有条件好的无线机房进行改造。

（4）新建机房可使用面积应不低于30平方米，利旧现有存量机房的站点剩余可使用面积需满足12-16平方米。

6 机房配套规划原则

（1）机房电力引入容量需满足无线、传输等需接入系统需求，并为后续网络扩容及演进做好预留，优先采用直供电建设方式。

（2）按照机房面积空间、设备安装的需求量和安装区域的气候环境等综合考虑选用合适的空调，保障机房内设备的正常运行,要求机房室内温度保持在30℃以下，建议采用“1+1”模式配置2台空调，空调功率需为后续网络扩容及演进做好预留。

（3）对于作为C-RAN机房的新建或现有综合接入机房，需要新增蓄电池备电的站点，在空间和承重有限的情况下优先采用铁锂电池，城区站点BBU后备时长不小于4小时，乡镇站点BBU后备时长不小于6小时，拉远端RRU按照3小时备电。

7 结束语

本文对C-RAN技术在5G网络中的具体工程实现提出一些应用策略，C-RAN方案极大的降低建网成本，有效降低基带资源配置，为多制式共存打下良好基础，极大降低能耗，直接接入汇聚层，优化传输结构，减少时延，极大缩小建设工期及运维成本，5G是运营商如今正通过创建集中式BBU池并利用其光纤网络，来实现从蜂窝基站到BBU池的前传，而进一步的虚拟化部署于网络的核心可以作为本文下一步的研究方向。