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關(guān)于5G接入網(wǎng),看這一篇就夠啦!

來源:安訊科技時間:2019-12-23

今天要研究的對象,是5G接入網(wǎng)

什么是接入網(wǎng)?是指由業(yè)務(wù)節(jié)點接口(SNI)和用戶-網(wǎng)絡(luò)接口(UNI)之間的一系列傳送實體(如:線路設(shè)備和傳輸設(shè)施)組成,為供給電信業(yè)務(wù)而提供所需傳送承載能力的實施系統(tǒng),可經(jīng)由管理接口(Q3)配置和管理。我們可以通過下面的移動通信架構(gòu)圖來直觀認(rèn)識了解:

接入網(wǎng),在我們無線通信里,一般指無線接入網(wǎng),也就是通常所說的RAN(Radio Access Network)。


說白了,把所有的手機終端,都連接到網(wǎng)絡(luò)里面的這個功能,就是無線接入網(wǎng)。

大家耳熟能詳?shù)?span style="font-weight:700;border:0px;margin:0px;padding:0px;">基站(BaseStation),就是屬于無線接入網(wǎng)(RAN)。

                                                               無線基站

雖然我們從1G開始,歷經(jīng)2G、3G,一路走到4G,號稱是技術(shù)飛速演進,但整個通信網(wǎng)絡(luò)的邏輯架構(gòu),一直都是:手機→接入網(wǎng)→承載網(wǎng)→核心網(wǎng)→承載網(wǎng)→接入網(wǎng)→手機。

通信過程的本質(zhì),就是編碼解碼、調(diào)制解調(diào)、加密解密。


要做的事情就這么多,各種設(shè)備各司其職,完成這些事情。

通信標(biāo)準(zhǔn)更新?lián)Q代,無非是設(shè)備改個名字,或者挪個位置,功能本質(zhì)并沒有變化。

基站系統(tǒng),乃至整個無線接入網(wǎng)系統(tǒng),亦是如此。

一個基站,通常包括BBU(主要負(fù)責(zé)信號調(diào)制)、RRU(主要負(fù)責(zé)射頻處理),饋線(連接RRU和天線),天線(主要負(fù)責(zé)線纜上導(dǎo)行波和空氣中空間波之間的轉(zhuǎn)換)。

                                              基站的組成部分

在最早期的時候,BBU,RRU和供電單元等設(shè)備,是打包塞在一個柜子或一個機房里的。


基站一體化

后來,慢慢開始發(fā)生變化。

怎么變化呢?通信磚家們把它們拆分了。

首先,就是把RRU和BBU先給拆分了。


硬件上不再放在一起,RRU通常會掛在機房的墻上。

BBU有時候掛墻,不過大部分時候是在機柜里。

機柜里的BBU

再到后來,RRU不再放在室內(nèi),而是被搬到了天線的身邊(所謂的“RRU拉遠(yuǎn)”)。


                      天線+RRU

這樣,我們的RAN就變成了D-RAN,也就是Distributed RAN(分布式無線接入網(wǎng))。

這樣做有什么好處呢?

一方面,大大縮短了RRU和天線之間饋線的長度,可以減少信號損耗,也可以降低饋線的成本。

另一方面,可以讓網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更加靈活。畢竟RRU加天線比較小,想怎么放,就怎么放。

說到這里,請大家注意:通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展演進,無非就是兩個驅(qū)動力,一是為了更高的性能,二是為了更低的成本。


有時候成本比性能更加重要,如果一項技術(shù)需要花很多錢,但是帶來的回報少于付出,它就很難獲得廣泛應(yīng)用。

RAN的演進,一定程度上就是成本壓力帶來的結(jié)果。

D-RAN的架構(gòu)下,運營商仍然要承擔(dān)非常巨大的成本。因為為了擺放BBU和相關(guān)的配套設(shè)備(電源、空調(diào)等),運營商還是需要租賃和建設(shè)很多的室內(nèi)機房或方艙。


大量的機房=大量的成本

于是,運營商就想出了C-RAN這個解決方案。


C-RAN,意思是Centralized RAN,集中化無線接入網(wǎng)。這個C,不僅代表集中化,還代表了別的意思:


相比于D-RAN,C-RAN做得更絕。

除了RRU拉遠(yuǎn)之外,它把BBU全部都集中關(guān)押起來了。關(guān)在哪了?中心機房(CO,Central Office)。



這一大堆BBU,就變成一個BBU基帶池。

C-RAN這樣做,非常有效地解決了前文所說的成本問題。

你知道整個移動通信網(wǎng)絡(luò)中,基站的能耗占比大約多少嗎?

72%

你知道基站里面,空調(diào)的能耗占比大約多少嗎?

56%


也就是說,運營商的錢,大部分都花在基站上,花在基礎(chǔ)設(shè)施上,花在電費上。

采用C-RAN之后,通過集中化的方式,可以極大減少基站機房數(shù)量,減少配套設(shè)備(特別是空調(diào))的能耗。


若干小機房,都進了大機房

機房少了,租金就少了,維護費用也少了,人工費用也跟著減少了。這筆開支節(jié)省,對飽受經(jīng)營壓力之苦的運營商來說,簡直是久旱逢甘霖。

另外,拉遠(yuǎn)之后的RRU搭配天線,可以安裝在離用戶更近距離的位置。距離近了,發(fā)射功率就低了。

低的發(fā)射功率意味著用戶終端電池壽命的延長和無線接入網(wǎng)絡(luò)功耗的降低。說白了,你手機會更省電,待機時間會更長,運營商那邊也更省電、省錢!

更重要一點,除了運營商可以省錢之外,采用C-RAN也會帶來很大的社會效益,減少大量的碳排放(CO2)。


此外,分散的BBU變成BBU基帶池之后,更強大了,可以統(tǒng)一管理和調(diào)度,資源調(diào)配更加靈活!

C-RAN下,基站實際上是“不見了”,所有的實體基站變成了虛擬基站。

所有的虛擬基站在BBU基帶池中共享用戶的數(shù)據(jù)收發(fā)、信道質(zhì)量等信息。強化的協(xié)作關(guān)系,使得聯(lián)合調(diào)度得以實現(xiàn)。小區(qū)之間的干擾,就變成了小區(qū)之間的協(xié)作(CoMP),大幅提高頻譜使用效率,也提升了用戶感知。

多點協(xié)作傳輸(CoMP,Coordinated Multiple Points Transmission/Reception)是指地理位置上分離的多個傳輸點,協(xié)同參與為一個終端的數(shù)據(jù)(PDSCH)傳輸或者聯(lián)合接收一個終端發(fā)送的數(shù)據(jù)(PUSCH)。

此外,BBU基帶池既然都在CO(中心機房),那么,就可以對它們進行虛擬化了!

虛擬化,就是網(wǎng)元功能虛擬化(NFV)。簡單來說,以前BBU是專門的硬件設(shè)備,非常昂貴,現(xiàn)在,找個x86服務(wù)器,裝個虛擬機(VM,Virtual Machines),運行具備BBU功能的軟件,然后就能當(dāng)BBU用啦!


這下子又省了好多錢!

正因為C-RAN這種集中化的方式會帶來巨大的成本削減,所以,受到運營商的歡迎和追捧(當(dāng)然,設(shè)備商們不會太開心)。

猜猜C-RAN是誰提出來的? 不是設(shè)備商,是中國移動。。。最積極推動C-RAN的,也是中國移動。。。作為世界上最大的運營商,中國移動把C-RAN奉為至寶。

到了5G時代,接入網(wǎng)又發(fā)生了很大的變化。

在5G網(wǎng)絡(luò)中,接入網(wǎng)不再是由BBU、RRU、天線這些東西組成了。而是被重構(gòu)為以下3個功能實體:



CU:原BBU的非實時部分將分割出來,重新定義為CU,負(fù)責(zé)處理非實時協(xié)議和服務(wù)。

AAU:BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合并為AAU。

DU:BBU的剩余功能重新定義為DU,負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實時服務(wù)。

簡而言之,CU和DU,以處理內(nèi)容的實時性進行區(qū)分。



簡單來說,AAU=RRU+天線

再拋一張圖給大家,應(yīng)該能看得更明白一些:


注意,在圖中,EPC(就是4G核心網(wǎng))被分為New Core(5GC,5G核心網(wǎng))和MEC(移動網(wǎng)絡(luò)邊界計算平臺)兩部分。MEC移動到和CU一起,就是所謂的“下沉”(離基站更近)。



核心網(wǎng)部分功能下沉

之所以要BBU功能拆分、核心網(wǎng)部分下沉,根本原因,就是為了滿足5G不同場景的需要。

5G是一個“萬金油”網(wǎng)絡(luò),除了網(wǎng)速快之外,還有很多的特點,例如時延低、支持海量連接,支持高速移動中的手機,等等。

不同場景下,對于網(wǎng)絡(luò)的特性要求(網(wǎng)速、時延、連接數(shù)、能耗...),其實是不同的,有的甚至是矛盾的。

例如,你看高清演唱會直播,在乎的是畫質(zhì),時效上,整體延后幾秒甚至十幾秒,你是沒感覺的。而你遠(yuǎn)程駕駛,在乎的是時延,時延超過10ms,都會嚴(yán)重影響安全。


所以,把網(wǎng)絡(luò)拆開、細(xì)化,就是為了更靈活地應(yīng)對場景需求。

說到這里,就要提到5G的一個關(guān)鍵概念——「切片」。

切片,簡單來說,就是把一張物理上的網(wǎng)絡(luò),按應(yīng)用場景劃分為N張邏輯網(wǎng)絡(luò)。不同的邏輯網(wǎng)絡(luò),服務(wù)于不同場景。

不同的切片,用于不同的場景

網(wǎng)絡(luò)切片,可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源分配,實現(xiàn)最大成本效率,滿足多元化要求。


可以這么理解,因為需求多樣化,所以要網(wǎng)絡(luò)多樣化;因為網(wǎng)絡(luò)多樣化,所以要切片;因為要切片,所以網(wǎng)元要能靈活移動;因為網(wǎng)元靈活移動,所以網(wǎng)元之間的連接也要靈活變化。

所以,才有了DU和CU這樣的新架構(gòu)。

依據(jù)5G提出的標(biāo)準(zhǔn),CU、DU、AAU可以采取分離或合設(shè)的方式,所以,會出現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)部署形態(tài):


回傳、中傳、前傳,是不同實體之間的連接

上圖所列網(wǎng)絡(luò)部署形態(tài),依次為:

① 與傳統(tǒng)4G宏站一致,CU與DU共硬件部署,構(gòu)成BBU單元。

② DU部署在4G BBU機房,CU集中部署。

③ DU集中部署,CU更高層次集中。

④ CU與DU共站集中部署,類似4G的C-RAN方式。

這些部署方式的選擇,需要同時綜合考慮多種因素,包括業(yè)務(wù)的傳輸需求(如帶寬,時延等因素)、建設(shè)成本投入、維護難度等。

舉個例子,如果前傳網(wǎng)絡(luò)為理想傳輸(有錢,光纖直接到天線那邊),那么,CU與DU可以部署在同一個集中點。如果前傳網(wǎng)絡(luò)為非理想傳輸(沒錢,沒那么多光纖),DU可以采用分布式部署的方式。

再例如,如果是車聯(lián)網(wǎng)這樣的低時延要求場景,你的DU,就要想辦法往前放(靠近AAU部署),你的MEC、邊緣云,就要派上用場。



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