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C-RAN:新一代“大容量、少局所”无线接入网架构

2011-02-2209:20

工信部通信科技委副主任、中国国家无线电频率规划专家咨询委员会主任 陈如明

未来信息通信网发展走势

Internet/NGI的本质内涵为“彻底开放,平等、自由创新”,创新能力极强,但现今缺乏自律,安全性、可信性有严重问题,必须强调政府监管及自律要求,才能较好地控制其负面影响,无明确目标,亦难成为目标网。2004年2月ITU-T第13研究组会议经过激烈辩论,给出了NGN的基本定义——涉及基于分组交换的网络、提供包括电信在内的各类业务、支持通用移动性、 对用户可提供一致与泛在的服务等六点基本内涵。 由此,从广义角度观察,应该说,按此定义的NGN是一种目标网络,应强调其阶段性与集合性, 其具体实施采用“Focus Group”形式进行逐个热点推进。目前,已形成一股融合与转型和转方式大潮,即固定移动融合FMC、两化深度融合IIDC、三网融合3NC、四C融合4CC、移动与互联网融合Mobile Internet等融合大潮,这是未来信息通信网络(FINC)发展的历史必然,也是提高资源利用率、绿色创新及满足用户需求的历史必然,无论在全球及中国均属如此,毫无例外。

泛在网、物联网、传感网与其他网络的关系也是创新、融合发展的典型。全面感知、可靠传送及智能处理是物联网的三大核心能力;泛在化与智能化则是物联网的两大基本特征,其中泛在化是指无论覆盖连接层面或应用服务层面均应逐步达到无处不在与无所不能;智能化则应体现情景感知认知、无缝连接处理及信息知识聚合三者浑然一体。相比NGN目标网,泛在网则是面向应用及各种异构网络协同集合的更简要、明确的描述,实质上也具有目标性质,需要无止境的创新、发展与提高,以满足人类无止境的需求演进与市场发展。相应的传感网是物联网的子集,物联网是泛在网的子集,泛在型传感网与物联网都需同属NGN目标网及泛在网子集的Internet和NGI/NGTN/NGMN/NGBWMN/ NGBTV/……/NGxxx的网络支持,与这些异构网络均有部分重叠相交。泛在网运作更多强调异构网络协同、融合与互联互通和信息/知识聚合与应用,以信息通信网络为中心,全部整合各类异构网络协同,充分发挥传感、物联、认知、测量、定位、计算、智能处理与控制的综合作用,构建和实施不同联网及人与人、人与物、物与物之间的5W、5A、5C型泛在连接与沟通,按NGN的“开放、创新、融合”基本思想和实质内涵与框架目标要求向实施GII目标迈进。按此,目前开放、创新、融合、共赢已成讨论问题的出发点与基本原则, 而从FICN发展技术层面看, 宽带、移动、泛在、智能、安全及物联网、云计算与“智慧地球”、“感知中国”等已成关键词。相应从网络架构与建设层面观察,分布与集中有机整合、“大容量、少局所”、节能减排、高效益、协同化、融合性已成转型和转方式的重要可持续发展途径。

回顾通信网络发展历程,在上个世纪90年代,固定接入网采用“大容量、少局所”的建网思路,即部署大容量交换局,用光缆和接入设备替代众多的中小容量局所,这一做法推动了低成本网络建设变革,运营商能够迅速拓展市场;现今,随着互联网的普及和移动互联网时代的到来,网络流量激增,运营商需要绿色灵动低成本的宽带网络来支撑其全业务运营,为更多的用户提供优质的多样化服务,上述固定接入网的发展经验值得移动接入网络借鉴。移动网络中的扁平化和“大容量、少局所”建网中的减少网元数目方向一致,也和实现低成本高质量精品网络的目标相匹配。此外,与芯片、单板及设备级节能减排能力相比较, 网络架构级节能层次最高,其节能幅度可高达60%-80%,从而对推进X-RAN网络架构的演进创新有重要的意义与价值。

无线接入侧技术演进方向

在无线接入网侧,基站完成了射频单元(RRU)和基带单元(BBU)分离后,接入网的灵活部署成为可能。RRU是室外密闭自然散热设备,通过CPRI(公共无线电接口)协议接口与BBU的拉远互联,可实现近天线部署,为“少局所”的零机房建网提供技术保证。同时有效提升了蜂窝网络的覆盖能力,可用更少的站点数目实现同等的覆盖范围;或者在相同的覆盖半径下,获得更多功率储备而使网络容量得到有效提升。

在BBU侧,首先,在扁平化驱动下,RNC和BSC网元功能分离,部分功能上移到EPC(演进分组核心网),部分功能下移到BBU设备内。其次,为了降低蜂窝小区边缘的强干扰低吞吐量问题及平均吞吐量均衡,可引入COMP协同处理技术来解决;从一个个独立的基站演进为基站簇,这样的基站簇有着更大的网络容量,更强的协同处理能力。最后,在内容本地化、流量就近处理等驱动下,部分核心网功能可进一步下移到基站侧。为支撑这些变化,BBU侧集成与基带池化的功能进一步增强,BBU的容量和部署物理位置也在提升,朝着无线接入网络架构的“大容量、少局所”方向迈进。

C-RAN架构实现节能、

高效、虚拟化、融合型

无线接入网络部署

2010年4月,以推进TD-SCDMA与TD-LTE成功发展、全方位创新而闻名的运营商中国移动,为了适应未来多频、多制式重叠融合型网络运行,进一步降低TCO、CAPEX、OPEX和推进节能减排,进一步创新演进及实现可持续发展,联手设备厂商,结合上述的接入网侧技术变革需求,创新提出了C-RAN架构。在此,C包含了多重含义:清净节能(Clean)、集中化(Centralized)、协同化(Collaborated)及云化(Clouded)等。C-RAN架构优先完成了基站到基站簇的集中演进,完成多站点间基带资源的动态共享和互为容灾备份。未来通过基带单元的升级,进一步提升基站簇中站点间的协同性,并通过大容量的BBU间的互联互通来实现基站簇间的协同性。BBU架构可用通用IT平台来构建,借助云计算处理,实现设备的虚拟化和超强调度能力,进而可实现电信业与IT业的深度融合。由此,C-RAN可实现借助SDR软件定义的无线电技术与通用处理器平台(GPP)及射频组件程控化有效实施软硬件系统定义的架构扩展升级与演进发展及多频、多制式重叠联合运行,基于实时云架构,可实施“实时云计算基带池”,借助云计算的各类模式,紧密结合现实要求目标,借助虚拟计算手段,实现泛在的、快速有效与无所不在及无所不能的按需型支撑服务。因此,推广C-RAN——“大容量、少局所”、节能、高效、虚拟化、融合型无线接入架构,及实现以虚拟计算为基础的智能化虚拟基站尤为必要。当然,走向高度智能化、充分发挥云计算一系列优势的“实时云计算基带池”及“智能化虚拟基站”将面临诸多创新挑战,需稳扎稳打,分步骤有序推进。

在绿色网络建设的需求下,“少局所”即零站点机房部署方案是运营商的极佳选择,不仅可节省大量空调(据评估空调耗电占基站站点能耗的46%)和配套设备的能耗,也可有效减少站点租赁费用。BBU和传输产品原本应是室内型设备,室外部署时需额外的室外一体化方舱或机柜来配合部署,且这种方式不利于未来网络的演进。采用C-RAN架构方式,把BBU和传输产品等室内单元集中到中心机房,既实现彻底的站点零机房化,又顺应了未来网络演进的趋势,同时起到传输汇聚作用,进而优化了基站到核心网间的Mesh型传输网络结构,真可谓一举多得。

为网络建设与运维

带来明显效益

C-RAN架构通过BBU资源池下挂基站站点的零机房建设和配套资源收敛,给运营商网络建设带来极大限度的节流。据运营商的实际部署案例,在考虑到已部署光缆管道资源、只需少量新建管道和部署光缆的基础上,采用C-RAN架构跟当前广泛应用的分布式共站址方式相比,可以有效节省接入网的CAPEX达20%左右、OPEX达63%,10年的TCO可节省40%左右,有效减少三分之一的工程建设周期。结合网络融合与面向未来等根本特征,有效推行C-RAN架构可以满足运营商5-10年的接入网络建设需求,并有利长远规划的更新换代。

C-RAN在能耗节省上更为有效, 可在分布式共站址方式上进一步节省67%,比传统宏基站方式更是节省80%以上的能耗。如果在运营商的2G/3G网络有一半采用这样架构,就能在“十二五”期间提前完成单位GDP能耗减排40%以上的政府绿色低碳目标。显然,这种创新与标准化的网络架构值得整个行业推广和应用。

(来源:中国信息产业网-人民邮电报    作者:)

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