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助力实现C-RAN:应对前端回传带来的挑战之上篇——前端回传的需求

2015-05-04  来源:中国信息产业网  作者:

  中国的移动市场规模为全球之最,2013年,中国移动、中国电信及中国联通三大运营商的用户总数超过了12亿,相比2012年,增长了11%之多。与此同时,根据Cisco VNI的数据,中国移动网络用户预计将在2013年到2018年间将移动流量提升15倍——这是全世界最高的增长率之一。然而,尽管中国运营商营收率虽高其利润增长却呈现了放缓、甚至是下滑的态势,原因在于运营商需要构建及运营新的LTE网络来满足流量需求。中国移动一家公司就预计将在一年多的时间内部署50万个TD-LTE基站。

  综合这些因素来看,移动运营商显然处于一种两难的困境当中——不得不寻求以更低的单位成本来提供更多容量的新途径。这一挑战使得移动运营商在考虑为无线接入网(RAN)重新构建新的架构,以解决其在容量、CapEx和OpEx方面的痛点难题。

  在中国移动的率先引领下,C-RAN成为了最受瞩目的新架构。通过将基带处理集中化,网络运营商将得以以更低的成本构建网络,并提供更高的容量。但是,C-RAN也带来了网络的新挑战:前端回传。后端回传的网络用于将eNodeB与采用IP/以太网的无线核心相连接,而前端回传网络则将固定码率CPRI的信号在基站处的远端射频头(Remote Radio Heads, RRH)与总局的基带单元(BBU)之间传送。

助力实现C-RAN:应对前端回传带来的挑战之上篇——前端回传的需求


图 1 后端回传vs. 前端回传

  前端回传的市场潜力十分可观:

  ·对于移动运营商而言,前端回传对于解决C-RAN承诺的CapEx, Opex与容量提升的问题至关重要。

  ·对于光设备OEM而言,前端回传意味着巨大的市场潜力。

  移动专家在一份2014年的研究报告中预计,2018年一年就会有三百万个RRH分区将会进行集中化[3]。这就意味着多达三百万的CPRI信号需要通过光接入网络来传送,每个分区需要消耗两个端口(一个在RRH端,一个在BBU端),算下来等于六百万个端口的市场!这相当于2018年在OTN基础设备上小于10G的客户端口的市场总量的两倍,该市场的庞大由此可见一斑。

  正是由于前端回传带来的挑战与机遇如此引人注目,在2014年十月召开的中国通信标准协会(CCSA)的大会上,中国的移动运营商以及包括PMC-Sierra在内的技术供应商均对此陈述了各自的观点。会上这些演讲主要讲述了运营商的特有环境、需求及迄今为止在研发的解决方案等等。

  移动运营商案例研究

  在探讨前端回传的需求之先,先来研究一个典型基站的结构、包含的分区及CPRI配置等等。当下,多数移动网络均围绕着分布式架构而构建,其中每个站点配备一个基带处理(BBU)、空调及电源的设备室。基站塔上天线的每个分区连接到一个远端射频头(RRH),RRH再通过基于光纤的通用公共射频接口(CPRI)与BBU相连。在C-RAN模型中,CPRI可能会最多传送20公里到一个装设有基带设备的集中点。

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图2移动网络的架构

  表1 展示了一个典型的三个分区的基站配置。从中可以看出,基站的CPRI信号可以轻易地达到9个以上,但对于前端回传而言值得关注的是标注为红色框中的LTE的表项。由此可见,一个典型的中国移动的TD-LTE基站会用到3x CPRI option 7将RRH与BBU相连。未来,当部署LTE-A电信汇聚网以提升吞吐量时,每个分区的CPRI数目将从2x提升到5x。更进一步而言,所有的运营商均计划部署小基站来提供本地化的容量。这就突出了前端回传至关重要的需求之一:可扩展性。

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表1 移动运营商基站配置

  让我们将注意力转向电信级前端回传网络的需求。

  前端回传网络的需求 

  前端回传网络的首要、也是最基本的需求是要能够支持CPRI接口速率。目前全世界移动运营商最普遍采用的速率是CPRI option 3,而CPRI option 7则在中国移动的TD-LTE 网络占据了主导。

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表2  CPRI 接口速率及其在支持移动宽带领域的应用

  下一步则是需要满足CPRI和3GPP在时间与频率范畴严格的定时及延迟要求。表3中总结了这些需求。

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表3 前端回传对CPRI 及3GPP 定时的需求

  由于RRH是基于接收到的CPRI信号来产生时钟信号,所以CPRI信号的抖动需要尽可能小。更重要的是,为了确保能达到3GPP3ms HARQ的目标,前端回传网络必须要支持往返双程的延迟低于400 μs ,即意味着端到端的延迟要控制在150-200 μs的范围内。最后一点,也是一个常常被忽略的需求是精准地了解上联及下联方向延迟的需要,以便为增强的移动功能,如基于位置的服务等提供支持。

  前端回传还有若干特定的应用层及操作层的需求,如表3所示。满足上述这些需求的总和才能实现可部署性高、成本低廉的电信级前端回传网络——这对RAN而言都是不可或缺的。

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表4 前端回传在应用及操作层的需求 

  所有这些需求使得运营商在考虑前端回传网络时,可能候选的方案如下:点到点光纤、微波、无源WDM,有源WDM和OTN等。

关键词:CPRI C-RAN 需求 PMC-Sierra LTE-A