第 2 章 5G 系统的云无线接入网络

2.2 用户为中心的网络

2.3 C-RAN基础知识

C-RAN 的概念首先由中国移动在 2009 年的白皮书中提出。C-RAN 的基本思想来自集中化，即将传统部署中的不同基带单元（BBU，BaseBand Unit）集中到地理上相同的 位置。一旦 BBU 被集中到相同的位置，就可以通过高速交换网络连接各个 BBU，使不 同的 BBU 通过更及时的方式相互通信，从而允许实现协作算法来提高系统性能。
简单的集中化不支持不同物理 BBU 之间的资源共享。虚拟化将改变这种情况。 C-RAN 的终目标是实现资源云化的功能，即集中基带处理资源，以便根据需要对这些 资源进行管理和动态分配。
虚拟化是实现资源云化的关键。RAN 的虚拟化旨在通过不断发展的标准 IT 虚拟化技 术来构建 RAN，将传统的网络设备类型整合到位于无线站点或中心区域的行业标准大容 量服务器、交换机和存储设备。这涉及可以在一系列行业标准服务器硬件上运行的软件 中 RAN 功能的部分实现，并且可以根据需要移动到或者被实例化在网络中的各个位置， 而不需要安装新的设备。
5G 中 C-RAN 的挑战
C-RAN 已经得到长期研究，众所周知，C-RAN 的主要挑战在于两个方面：前传（FH， Fronthaul）问题和云的虚拟化。
FH 链路是 BBU 和 RRU 之间的链路。典型的 FH 接口包括通用公共无线接口（CPRI， Common Public Radio Interface）和开放式基站架构方案（OBSAI，Open Base Station Architecture Initiative）。由于 CPRI 是行业中使用广泛的 FH 协议，除非另有说明，否 则我们将在本章中使用 CPRI 代表 FH 来描述各种问题。在中央集中的 C-RAN 中，使用 光纤将 BBU 池与远程 RRU 连接。集中规模越大，则需要越多的光纤。换句话说，集中 化可能消耗大量的光纤资源，由于光纤稀缺，这对于大多数运营商而言是无法承受的。 FH 问题得到了广泛的研究，并提出了几个方案，包括多种压缩技术、波分复用（WDM， Wavelength Division Multiplexing）、光传送网（OTN，Optical Transport Network）和微波 传输。读者可以在参考文献[5, 6]中找到更多的信息。虽然基于 WDM 的解决方案对于 4G 系统来说是可行的，但是当涉及到具有多样化服务和需求的 5G 时，需要一个新的解决方 案。在下一节中，将介绍下一代前传接口（NGFI，Next Generation Fronthaul Interface） 。
C-RAN 的另一个挑战在于如何实现云化功能。人们普遍认为，这一目标的关键之一 是虚拟化技术，其多年来已经成为 IT 行业数据中心一项关键的云计算技术。然而，由于 无线通信的独特特征，特别是 RAN 中的基带处理，电信网络中虚拟化的使用要复杂得多。 电信级通信功能通常对实时处理要求非常严格。对于时分双工（TDD）LTE 系统，需要在接收到帧之后 3ms 内产生确认（ACK/NACK）并发送回用户或基站[6]。传统的数据中 心虚拟化技术不能满足这一要求。因此，虚拟化技术和商业现货（COTS，Commercial Off-the-Shelf）平台需要从 I/O 接口、虚拟机管理程序和操作系统到管理系统的各个方面 进行优化甚至定制，以满足实时和计算密集型基带处理。
2.4 下一代前传接口用于5G C-RAN的FH解决方案