5G移動通信系統(tǒng)第八章CloudRAN解決方案為什么需要云化

RAN的架構(gòu)演進CloudRAN的具體方案如何引入Cloud-RAN8.18.28.38.4小結(jié)8.5第八章CloudRAN解決方案為什么需要云化

RAN的架構(gòu)演進CloudRAN的具體方案如何引入Cloud-RAN8.18.28.38.4小結(jié)8.5128.1.1無線云化的驅(qū)動力3G時代從3G時代開始，移動通信網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展，伴隨而來的是用戶對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的大幅度增長。大量的基于移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用服務(wù)使得用戶對速度更快、時延更小和覆蓋更廣的移動通信服務(wù)的需求越來越大。4G時代自4G時代以來，以移動支付、網(wǎng)絡(luò)直播等為代表的移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)迅速發(fā)展，人們對于服務(wù)質(zhì)量的需求大大增加。5G時代自5G時代以來，移動運營商的語音業(yè)務(wù)持續(xù)走高，移動數(shù)據(jù)流量較之前保持著大幅度的增長。然而，這些表面上業(yè)務(wù)量的增加并沒有相應(yīng)地增加利潤，單體用戶的收入逐年下降，甚至在許多地區(qū)是負(fù)盈利，這些現(xiàn)象大大增加了運營商可持續(xù)發(fā)展的壓力。移動運營商為保持盈利能力，需要尋找一種新的方式，以更低的成本為移動用戶提供多元化的業(yè)務(wù)支持。38.1.1無線云化的驅(qū)動力

新一代5G通信網(wǎng)絡(luò)的部署與應(yīng)用是云無線的最大驅(qū)動力，5G的各種關(guān)鍵性能指標(biāo)的提升可以大大滿足用戶對各類應(yīng)用場景的需求，其與前代網(wǎng)絡(luò)相比卓越的性能與豐富的業(yè)務(wù)提供能力將給用戶帶來前所未有的全新體驗。圖8.15G多場景下豐富的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用48.1.1無線云化的驅(qū)動力5G以融合和統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，提供人與人、人與物以及物與物之間的高速、安全和自由的聯(lián)通。概括一些來講，5G網(wǎng)絡(luò)將是一個真正意義上的融合性的移動通信網(wǎng)絡(luò)。5G應(yīng)用的三大場景：eMBB，mMTC和URLLC。它們分別適用于不同的業(yè)務(wù)，對網(wǎng)絡(luò)有不同的要求。例如，eMBB中的超高清（UltraHighDefinition，UHD）視頻業(yè)務(wù)，對帶寬有著很高的要求，URLLC場景中的自動駕駛則對時延非常敏感。不同的業(yè)務(wù)需求要用同一張5G網(wǎng)絡(luò)滿足，這就要求網(wǎng)絡(luò)有很高的靈活性，并且擁有能夠為不同的場景量身定做網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)能力。5G融合標(biāo)準(zhǔn)5G應(yīng)用場景58.1.1無線云化的驅(qū)動力

無線云化的第二個驅(qū)動力是多制式網(wǎng)絡(luò)的共存與協(xié)同，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的部署，運營商需要在本來就有限的頻譜資源中再為5G安排相應(yīng)的頻段，同時，多制式的接入保證了電信網(wǎng)絡(luò)的高可靠性。圖8.2未來多制式共存與協(xié)同68.1.1無線云化的驅(qū)動力圖8.3統(tǒng)一的平臺提升多制式接入性能傳統(tǒng)的RAN架構(gòu)中，多種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)需要不同的專網(wǎng)來支持，運營成本較大，在5G網(wǎng)絡(luò)中，使用一個圖8.3的統(tǒng)一接入平臺，用戶在該平臺上可通過軟件調(diào)整不同的網(wǎng)絡(luò)接入制式，達(dá)到個性化定制以及便于部署和管理的目的，最終達(dá)到業(yè)務(wù)之間的高效協(xié)調(diào)。78.1.1無線云化的驅(qū)動力圖8.44G/5G業(yè)務(wù)協(xié)同當(dāng)移動設(shè)備從5G網(wǎng)絡(luò)進入4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域時，如果存在一個統(tǒng)一協(xié)同的平臺，則該次切換就會比較順暢，反之如果缺乏統(tǒng)一的協(xié)調(diào)則可能會使用戶經(jīng)歷掉線，導(dǎo)致通話體驗的下降。而基于云的RAN架構(gòu)，實際上不僅僅是可以用于現(xiàn)在的4G網(wǎng)絡(luò)，其更多的是為了5G網(wǎng)絡(luò)的部署進行優(yōu)化設(shè)計的。

88.1.1無線云化的驅(qū)動力無線云化第三個驅(qū)動力是來自5G對網(wǎng)絡(luò)的更高要求和其面對業(yè)務(wù)的多樣性。如表8.1所示，現(xiàn)存4G網(wǎng)絡(luò)性能與5G存在巨大鴻溝，表中的5G關(guān)鍵性能指標(biāo)其實是針對5G的三大不同應(yīng)用場景而設(shè)計的。表8.14G與5G的關(guān)鍵性能對比

時延

峰值速率連接數(shù)移動性5G無線接口1ms

每用戶10Gbps

每平方公里1000K

每小時500KM

4G10-50ms

100M-1Gbps

10K

350KM/h

GAP10-50X

10-100X

100X

1.5X

無線云化的第四個驅(qū)動力是對新業(yè)務(wù)和多樣化業(yè)務(wù)的快速響應(yīng)和部署。98.1.1無線云化的驅(qū)動力

1每個基站都要由相關(guān)的專業(yè)廠商來開發(fā)“垂直的解決方案”，一站一案。2每個基站上均配有一定數(shù)量的天線，這些天線形成一個扇區(qū)，而每個扇區(qū)中的天線負(fù)責(zé)自己小區(qū)對應(yīng)的一部分。3由于干擾的存在，系統(tǒng)容量會受到自然條件的限制，獨立開展工作的基站在頻譜效率上已經(jīng)很難再獲得增長。傳統(tǒng)RAN具備特點108.1.1無線云化的驅(qū)動力

1首先，規(guī)模上比較大的基站對系統(tǒng)的開銷極大，基站數(shù)量不但眾多，而且這些傳統(tǒng)站點的利用效率很低。由于人口流動的特點，平時的一些站點業(yè)務(wù)量很低，只有在人多的高峰時段才會充分占用資源，且不同基站之間的資源不能共享使用，導(dǎo)致高負(fù)載站點力不從心，低負(fù)載站點無所事事，綜合的頻譜效率不高。2隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)不斷的迭代升級，傳統(tǒng)專業(yè)的RAN平臺使運營商支出大量系統(tǒng)建設(shè)投資、配置、站址租賃及優(yōu)化升級的服務(wù)費，并且這些開支會隨著建設(shè)規(guī)模的擴大和時間的推移不斷增長，這些費用直接導(dǎo)致了營業(yè)費用和資本支出的增長，形成較低利潤額的隱患。3由于網(wǎng)絡(luò)平臺一站一案的特點，在電信運營商維護傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺時，多個互不兼容的平臺需要同時進行操作和維護，這不但給管理增加了難度，而且在升級維護時會更加復(fù)雜，持續(xù)性的成本支出也會很高。傳統(tǒng)RAN面臨的挑戰(zhàn)解耦即硬件和應(yīng)用的解耦，硬件平臺的通用。開放即具有開放的API和靈活的第三方應(yīng)用選擇。靈活平臺易部署且支持多樣化業(yè)務(wù)。可靠電信網(wǎng)絡(luò)的云化仍具有高的可靠性和靈活的備份能力。118.1.2云化對電信業(yè)帶來的價值128.1.2云化對電信業(yè)帶來的價值

硬件解耦，又可以叫做硬件通用，如圖8.5所示，在在傳統(tǒng)的RAN架構(gòu)中，不同的網(wǎng)絡(luò)需要不同的專用設(shè)備來進行支持，例如2G網(wǎng)絡(luò)需要GSM的基站，3G網(wǎng)絡(luò)需要通用移動通信系統(tǒng)（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，UMTS）的基站。此時的硬件和功能是綁定的，即2G的基站只能執(zhí)行2G網(wǎng)絡(luò)的功能，3G的基站只能執(zhí)行3G網(wǎng)絡(luò)的功能。圖8.5傳統(tǒng)RAN架構(gòu)具有多種標(biāo)準(zhǔn)和多個獨立網(wǎng)絡(luò)138.1.2云化對電信業(yè)帶來的價值

在4G網(wǎng)絡(luò)中，由于軟件定義無線電（SoftwareDefineRadio，SDR）技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，硬件和軟件已經(jīng)實現(xiàn)了部分的解耦，如圖8.6所示，SDR可以使用通用硬件和軟件的方式支持4G或3G網(wǎng)絡(luò)。圖8.6UniRAN(SDR)架構(gòu)融合多種標(biāo)準(zhǔn)148.1.2云化對電信業(yè)帶來的價值

在5G中，除了軟件定義的通用硬件架構(gòu)以外，又引入了云的概念，在實現(xiàn)SDR的基礎(chǔ)上，可以使用軟件去部署業(yè)務(wù)，從而實現(xiàn)了業(yè)務(wù)層面的虛擬化，達(dá)到軟硬件的解耦的目的。如圖8.7所示，一張網(wǎng)絡(luò)通過云化和切片可以支持eMBB、eMTC和uRLLC等不同的業(yè)務(wù)場景，實現(xiàn)了個性化業(yè)務(wù)的定制。圖8.7支持業(yè)務(wù)定制的云化網(wǎng)絡(luò)158.1.2云化對電信業(yè)帶來的價值開放的API云化的平臺可以提供標(biāo)準(zhǔn)的、開放的API。API可以看做一系列協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的集合，在傳統(tǒng)RAN架構(gòu)中，基站只支持特定的網(wǎng)絡(luò)，因此其接口只能支持對應(yīng)的功能，無法添加其他的功能。業(yè)務(wù)多樣化平臺虛擬化帶來的好處還有易于部署應(yīng)用以及業(yè)務(wù)多樣化，因為虛擬化并不需要特定的硬件，一切都是在通用的平臺上通過軟件進行定義的，因此只需將需要部署的業(yè)務(wù)通過統(tǒng)一的接口放在通用的平臺上即可。可靠性作為電信級的網(wǎng)絡(luò)，可靠性一直是其優(yōu)勢所在，也是電信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的地方，而云化后的接入網(wǎng)仍舊保持了電信級的可靠性。168.1.2云化對電信業(yè)帶來的價值

云化是電信運營商通向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵路徑，運營商通過網(wǎng)絡(luò)云化、運營云化和業(yè)務(wù)云化，可以帶來一系列的好處，例如：業(yè)務(wù)拓展、提高運維效率和獲得更快地響應(yīng)速度等。圖8.8中國電信5G+云網(wǎng)融合賦能產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型178.1.2云化對電信業(yè)帶來的價值

運營商可以利用不斷發(fā)展的云技術(shù)，例如微服務(wù)，容器技術(shù)以及DevOps開發(fā)模式等，更加快速的響應(yīng)客戶的需求，應(yīng)對快速變化的市場，及時上線創(chuàng)新性業(yè)務(wù)搶占市場，滿足企業(yè)及客戶不斷變化的需求。利用云技術(shù)，運營商可以提供ROADS式的用戶體驗，ROADS是一系列用戶體驗的簡稱，即實時（Real-time）、按需（On-demand）、全在線（All-online）、自助服務(wù)（DIY）和社交化（Social）。在這樣的趨勢及背景下，國內(nèi)的運營商提出了名為C-RAN的集中式接入網(wǎng)架構(gòu)。集中即數(shù)據(jù)處理能力方面的集中化。協(xié)作即在C-RAN框架中，網(wǎng)絡(luò)間內(nèi)容協(xié)作化，無線資源之間進行相互配合。清潔即基站在C-RAN的架構(gòu)中變得更加綠色節(jié)能。云化

即在C-RAN的部署中會進行實時云計算基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。根據(jù)上述特點，新的C-RAN可以利用高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)、集中式基帶處理功能和分布式遠(yuǎn)程射頻單元等，構(gòu)建高效的無線接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。C-RAN含義擴展188.1.2云化對電信業(yè)帶來的價值第一點也是運營商最為看重的一點，C-RAN的提出降低了運營商的CAPEX和OPEX。第二點C-RAN是一個綠色的無線接入網(wǎng)，也就是說，C-RAN具有低能耗的優(yōu)勢。第三點C-RAN可以根據(jù)負(fù)載的變化自適應(yīng)地分配資源。C-RAN網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同區(qū)域、不同時間段負(fù)載的不均衡變化，靈活處理和分配資源，這是C-RAN網(wǎng)絡(luò)的一個突出特點。用戶在不同小區(qū)之間移動和切換，基站的處理資源也會隨之變化。相較于傳統(tǒng)概念中的集中式RAN，概念擴展升級之后的C-RAN架構(gòu)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個部分：第八章CloudRAN解決方案為什么需要云化

RAN的架構(gòu)演進CloudRAN的具體方案如何引入Cloud-RAN8.18.28.38.4小結(jié)8.519分布式RAN208.2RAN的架構(gòu)演進

在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，基站是它核心的組成部分。一個地區(qū)無線信號的覆蓋主要取決于該地區(qū)基站的數(shù)量和性能?，F(xiàn)實中，機房土地資源的高成本和稀缺性已經(jīng)成為了5G基站布置中遇到的困難。因此，5G基站的建設(shè)需要充分利用現(xiàn)有的軟件與硬件資源，降低商用和運營成本，通過云化的手段實現(xiàn)基站高容量、低成本和低能耗的目的。圖8.9一個典型的基站機房布置RAN架構(gòu)演進集中式RAN218.2.1分布式RAN和集中式RAN

如圖8.10所示，一個基站的組成通常包括負(fù)責(zé)信號調(diào)制的射頻拉遠(yuǎn)單元（RadioRemoteUnit，RRU）、負(fù)責(zé)射頻處理的基帶資源單元（BaseBandUnit，BBU）、連接RRU和天線的饋線以及負(fù)責(zé)空間中波的轉(zhuǎn)換的天線。圖8.10一個典型基站結(jié)構(gòu)的組成部分228.2.1分布式RAN和集中式RAN

傳統(tǒng)的一體式基站是2G網(wǎng)絡(luò)基站的常見形態(tài)，這種一體式的基站的天線一般位于鐵塔上，其他的部分如BBU、RRU和供電單元等位于基站旁的機房內(nèi)，通過饋線和天線相連，其架構(gòu)如圖8.11所示。圖8.11一體式基站組成架構(gòu)238.2.1分布式RAN和集中式RAN

在分布式RAN（DistributedRAN，D-RAN）中，一個BBU可以連接多個RRU，并且可以通過光纖對RRU進行射頻拉遠(yuǎn)，節(jié)約饋線成本，降低傳播損耗，并且，分布式RAN的布局可以使網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更加靈活。D-RAN在傳播損耗降低的同時提高了網(wǎng)絡(luò)部署的覆蓋度。8.12分布式基站架構(gòu)248.2.1分布式RAN和集中式RAN

D-RAN同樣將基站分為RRU和BBU兩個部分。RRU可以看成射頻模塊，處理無線中的射頻部分，RRU由中頻模塊、射頻接收與發(fā)射模塊、功放模塊和濾波模塊組成。BBU主要承擔(dān)基帶處理部分，進行上下變頻、基帶信號處理和站協(xié)議處理等。另外，BBU還負(fù)責(zé)和上級網(wǎng)元進行通信。

在D-RAN中，RRU作為射頻模塊，會放置在和天線靠近的位置，一般來說D-RAN中的RRU會和天線一起放在鐵塔上，和天線系統(tǒng)相連；而BBU作為基帶模塊，可以放置在機房。RRU和BBU之間通過光纖相連，使用通用公共無電接口（CommonPublicInterface，CPRI）或紅外（Infrared，Ir）接口傳送中頻信號。258.2.1分布式RAN和集中式RAN

在D-RAN中，RRU作為射頻模塊，會放置在和天線靠近的位置，一般來說D-RAN中的RRU會和天線一起放在鐵塔上，和天線系統(tǒng)相連；而BBU作為基帶模塊，可以放置在機房。RRU和BBU之間通過光纖相連，使用通用公共無電接口（CommonPublicInterface，CPRI）或紅外（Infrared，Ir）接口傳送中頻信號。在D-RAN中，一個BBU可以像圖8.13中那樣連接多個RRU，工程上，不同的BBU產(chǎn)品可以連接的RRU數(shù)量不同，最多可以連接12個RRU。圖8.13分布式基站的優(yōu)勢268.2.1分布式RAN和集中式RAN

通過將BBU和RRU進行分離操作，RAN就從先前的一體式架構(gòu)變成了分布式的無線接入架構(gòu)，D-RAN中BBU和RRU通過光纖分開，實現(xiàn)RRU的拉遠(yuǎn)。和一體式基站相比，D-RAN大大節(jié)約了饋線長度，降低了成本和能量傳播損耗；另一方面，一個BBU可以連接多個RRU，而RRU的體積又相對較小，這樣一來，就大大加強了運營商部署的靈活性，加強了無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。圖8.14就是一個實際工程中BBU和RRU分離的例子。

圖8.14實際生活中BBU和RRU的分離278.2.1分布式RAN和集中式RAN

盡管D-RAN的架構(gòu)為傳統(tǒng)接入網(wǎng)部署帶來了新的優(yōu)勢特色，但在D-RAN的框架下，運營商承擔(dān)的成本仍然很大。如圖8.15所示，由于部署B(yǎng)BU和相關(guān)的配套設(shè)備（電源、空調(diào)等）的需要，運營商依然需要租賃和建設(shè)很多的室內(nèi)機房或方艙，在5G網(wǎng)絡(luò)需要大量基站部署的背景下，大大增加了運營商的成本。

圖8.15大量機房給運營商帶來高成本288.2.1分布式RAN和集中式RAN鑒于D-RAN部署時仍舊存在由于大量機房的建設(shè)運營而帶來的消耗資源的問題，運營商進一步提出了C-RAN的概念。C-RAN此時的主要含義是集中化的接入網(wǎng)（Centralized-RAN）的概念。當(dāng)前新一代網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中C-RAN還有實時云計算架構(gòu)（Real-timeCloudInfrastructure）、基帶集中化處理（CentralizedProcessing）、綠色無線接入網(wǎng)架構(gòu)（CleanSystems）和協(xié)作無線電（CollaborativeRadio）的含義。5G中的RAN也可以稱為云化的RAN，也就是Cloud-RAN。在C-RAN中，BBU與RRU間沒有固定的關(guān)系，是多對多的關(guān)系，RRU上對信號的處理都是由虛擬的基帶池完成的。C-RAN的架構(gòu)將基帶資源的功能進一步虛擬化（使用NVF）。虛擬化就是將原來專用的BBU硬件設(shè)備虛擬化，一般是使用服務(wù)器進行軟件化，用軟件實現(xiàn)BBU的功能。C-RAN中的虛擬化操作進一步削減了運營商的成本。298.2.1分布式RAN和集中式RAN圖8.16一個典型的C-RAN架構(gòu)308.2.25GRAN的架構(gòu)

在5G中，Cloud-RAN基于C-RAN進行了進一步的演化，在原有SDR的基礎(chǔ)上引入了NFV以實現(xiàn)無線資源的虛擬化，引入SDN以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的集中化。5G對基站的功能進行了重新的劃分，5G基站不再由RRU、BBU和天線這些傳統(tǒng)配件構(gòu)成，而是由CU、DU和有源天線單元（ActiveAntennaUnit，AAU）三部分重構(gòu)而成，這三部分分別執(zhí)行4G基站中RRU、BBU和天線的功能。4G和5G基站架構(gòu)的對比可以由圖8.17所示。圖8.174G與5GRAN架構(gòu)對比318.2.25GRAN的架構(gòu)

由圖8.17可以看出，CU是原BBU的非實時部分分割出來的，定義為集中單元。本質(zhì)上CU處理的是原BBU中非實時的協(xié)議和服務(wù)。AAU則是由BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合并而成。DU把BBU中的剩余功能重新定義，負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實時服務(wù)。

5GCloud-RAN中，DU和CU可以以融合或者分離的方式在5G基站gNodeB架構(gòu)中存在。融合部署的DU和CU有利于高實時大帶寬的業(yè)務(wù)實現(xiàn)，而分離的DU和CU則在硬件利用率和資源和靈活配置上具有優(yōu)勢。當(dāng)同個基站中CU和DU融合時，可以形成類似于4GeNodeB的基帶部分。工程上，一般可以選擇CU集中部署，DU分離部署。當(dāng)然，不同基站的CU也可以分離部署。分離部署后，一個CU可以連接多個DU，一個機房可以管控更多更遠(yuǎn)的小區(qū)，實現(xiàn)集中化管理。328.2.25GRAN的架構(gòu)

在接口方面，原始的4G基站中RRU和BBU通過CPRI或Ir接口進行通信。如圖8.18所示，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)對接口進行了增強，DU和AAU之間的接口叫做演進的通用公共無線電接口（evolvedCPRI，eCPRI）。CU和DU之間的接口叫做F1。在5G的CU中分為控制面和用戶面，一般來說，控制面和用戶面存在于一個物理實體中，接口由設(shè)備商提供。圖8.185GRAN的增強接口338.2.25GRAN的架構(gòu)

CU和DU的融合與分離部署各有優(yōu)勢，融合部署可以增加實時性，適用于高帶寬業(yè)務(wù)，而CU，DU分離則有利于靈活配置，便于移動布置。5G的應(yīng)用需求多種多樣，不同應(yīng)用中對網(wǎng)絡(luò)特性要求不同，甚至有應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的要求是矛盾的。因此，CU和DU的融合和分離根據(jù)業(yè)務(wù)場景不同衍生出了不同的方案：一、與傳統(tǒng)4G基站一致，CU與DU共硬件部署，構(gòu)成BBU單元。二、DU部署在4GBBU機房，CU集中部署。三、DU集中部署，CU在更高層次集中。四、CU與DU共站集中部署，類似4G的C-RAN方式。348.2.25GRAN的架構(gòu)

CU和DU的融合與分離部署各有優(yōu)勢，融合部署可以增加實時性，適用于高帶寬業(yè)務(wù)，而CU，DU分離則有利于靈活配置，便于移動布置。CU和DU分離部署后，5GRAN在NVF和SDN的基礎(chǔ)上可以進一步云化，將控制協(xié)議和安全協(xié)議進一步集中，成為Cloud-RAN，其架構(gòu)如圖8.19所示。云化的核心是將功能進一步的虛擬化，實現(xiàn)軟硬件的解耦，解放RAN，使其更加具有靈活性和適配性。圖8.19CloudRAN架構(gòu)358.2.25GRAN的架構(gòu)

通過虛擬化的架構(gòu)，Cloud-RAN將會支持靈活的網(wǎng)絡(luò)切片，每種典型業(yè)務(wù)可以有一個專用的網(wǎng)絡(luò)切片來優(yōu)化其特定的功能組合以及關(guān)鍵績效指標(biāo)（KeyPerformanceIndicator，KPI）需求。網(wǎng)絡(luò)切片可以看做將一組3GPP定義的特征或者功能，通過按需組合、靈活搭配等方式進行功能組合裁剪，向有特定需求的用戶提供某個定制化的子網(wǎng)絡(luò)。如圖8.20，使用網(wǎng)絡(luò)切片可以應(yīng)用于各種無線制式和服務(wù)，滿足個性化的需求。圖8.20靈活的網(wǎng)絡(luò)切片可以適用于各種業(yè)務(wù)368.2.25GRAN的架構(gòu)

Cloud-RAN的主要特點歸結(jié)為兩方面，一方面是基帶資源池的云化，另一方面是無線資源和空口技術(shù)解耦。Cloud-RAN的核心理念是對功能的抽象和對資源應(yīng)用的解耦。

另一方面，在資源與空口技術(shù)解耦后，可以滿足多樣化的業(yè)務(wù)需求和空口資源的靈活調(diào)度。通過基帶資源和空口資源的合理靈活配置，實現(xiàn)按需提供網(wǎng)絡(luò)能力。圖8.21Cloud-RAN可以為用戶提供無縫的移動性第八章CloudRAN解決方案為什么需要云化

RAN的架構(gòu)演進CloudRAN的具體方案如何引入Cloud-RAN8.18.28.38.4小結(jié)8.537388.3CloudRAN的具體方案

從工程上來看，5GRAN中的CU采取通用的硬件平臺（例如x86服務(wù)器），DU由于涉及到天線等設(shè)備一般采用專用的硬件平臺（或通?；旌掀脚_），CU和DU的具體實現(xiàn)如圖8.22所示。通用的CU平臺可以提供良好的核心網(wǎng)支持能力和邊緣應(yīng)用支持能力。而專用的DU平臺則能更好的提供緊密的物理層或基帶的計算處理能力。圖8.22CU和DU在實際案例中的實現(xiàn)方式398.3CloudRAN的具體方案

如圖8.23所示，Cloud-RAN的靈活切片、開放能力、深度協(xié)同以及彈性調(diào)整四大特征可以實現(xiàn)運營商多樣化且快速的業(yè)務(wù)部署、提供極致用戶體驗和最大化網(wǎng)絡(luò)資源效率的客戶價值的目標(biāo)。從業(yè)務(wù)運營的角度來看，業(yè)務(wù)應(yīng)用的接口開發(fā)和快速上線是運營商最為看重的特征。圖8.23Cloud-RAN的特征和客戶價值408.3CloudRAN的具體方案出于性能原因考慮，在RAN側(cè)依然需要采用專用器件（數(shù)字信號處理（DigitalSignalProcessing，DSP）和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FieldProgrammableGateArray，F(xiàn)PGA））來實現(xiàn)。這就意味著平臺要同時掌握虛擬化資源和非虛擬化資源。如圖8.24所示，現(xiàn)網(wǎng)4G接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，采用了通用公共無線電接口CPRI，CPRI協(xié)議主要分發(fā)送和接收部分，發(fā)送就是組幀，即將控制字和IQ數(shù)據(jù)按CPRI的幀結(jié)構(gòu)組合起來然后發(fā)送。接收就是解幀，即將發(fā)送方的控制字和IQ數(shù)據(jù)解出來。在4G網(wǎng)絡(luò)整個RAN的結(jié)構(gòu)中，只有RRC/RRMS1-MME層工作在通用硬件上，其他層工作在專用硬件設(shè)備上，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PacketDataConvergenceProtocol，PDCP）可以工作在通用硬件上或?qū)Ｓ糜布希@里軟件和硬件是緊耦合的。418.3CloudRAN的具體方案圖8.24LTE架構(gòu)及當(dāng)前的實現(xiàn)方案428.3CloudRAN的具體方案

CPRI的幀結(jié)構(gòu)，CPRI協(xié)議以數(shù)據(jù)幀為單位進行收發(fā)操作，并按數(shù)據(jù)的大小可以劃分為基本幀、超幀和10ms幀?；編荂PRI協(xié)議中的最小幀單位，時間長度固定為1/3.84MHZ（或約260ns），對應(yīng)時鐘周期為1/153.6MHZ，剛好等于40個CLK。一個基本幀劃分為16個單元，第一個單元為控制字單元，其他為數(shù)據(jù)單元，16個單元以時分復(fù)用的方式進行組合和操作，每個單元的大小根據(jù)接口數(shù)據(jù)速率的不同存在4種選擇，當(dāng)單元大小分別為1/2/4/5個字節(jié)，對應(yīng)的接口數(shù)據(jù)速率為614.4Mbit/s的1/2/4/5倍。

CPRI具有點到點鏈接，固定速率以及帶寬要求高等特點。CPRI是采用數(shù)字的方式來傳輸基帶信號，其對應(yīng)兩種數(shù)字接口，稱為標(biāo)準(zhǔn)的CPRI和開放式基站架構(gòu)聯(lián)盟（OpenBaseStationArchitectureInitiative，OBSAI）接口。CPRI定義了基站數(shù)據(jù)處理控制單元無線電控制設(shè)備（RadioEquipmentControl，REC）與基站收發(fā)單元無線電設(shè)備（RadioEquipment，RE）之間的協(xié)議關(guān)系，它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以直接用于直放站的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)端傳輸，成為基站的一種拉遠(yuǎn)系統(tǒng)。438.3CloudRAN的具體方案

一個典型的通信設(shè)備商對5GRAN的功能切分可由圖8.25所示。圖中首先是對CU/DU進行的高層切分：3GPPRAN3#95bis會議對5G網(wǎng)絡(luò)的CU/DU高層邏輯分離架構(gòu)形成了最終決議，即R15階段CU/DU高層分割采用Option2，也就是將PDCP/無線資源控制（RadioResourceControl，RRC）作為集中單元并將無線連接控制（RadioLinkControl，RLC）/MAC/PHY作為分布單元。并且可以使用增強版Option2來解決DU間丟包集中重傳的問題。

其次是對DU/AAU低層的切分，在相關(guān)的切分討論中，專家對BBU/RRU之間的接口是否標(biāo)準(zhǔn)化存在爭議，目前該接口有各個行業(yè)組織研究，標(biāo)準(zhǔn)化的意見還未產(chǎn)生。448.3CloudRAN的具體方案圖8.255GRAN功能的切分建議458.3CloudRAN的具體方案

在實踐中，CloudRAN的系統(tǒng)實現(xiàn)架構(gòu)可以由圖8.26表示，該架構(gòu)的主要特點是采用了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)編排（ManagementandOrchestration，MANO）模塊對虛擬化資源和非虛擬化資源進行全局調(diào)度和編排，從而支持多種接入技術(shù)的靈活組合和彈性容量管理。圖8.26Cloud-RAN的系統(tǒng)實現(xiàn)架構(gòu)468.3CloudRAN的具體方案虛擬化部分該架構(gòu)對CU部分基于X86并采用IT的虛擬化技術(shù)實現(xiàn)多個虛擬服務(wù)。該做法使得由（虛擬化的）組件服務(wù)、(非虛擬化的)BP和RF組成的RAN形成整體，一起納入到NFV架構(gòu)體系，由網(wǎng)絡(luò)編排部分統(tǒng)一進行管理和編排。在對虛擬化部分的技術(shù)選型上，為了使CU部分更好滿足按需資源分配、彈性伸縮、網(wǎng)絡(luò)切片和服務(wù)開放等，可以采用平臺即服務(wù)（PlatformasaService，PaaS）(容器/微服務(wù))方案，而不是基于Openstack方案。非虛擬化部分在非虛擬化部分，除了使用與設(shè)備商深度合作開發(fā)的X86處理芯片外，操作系統(tǒng)建議選用RTOS與Linux，其中RTOS主要用于MAC和PHY層實時性要求較高的軟件模塊的調(diào)度和處理，Linux操作系統(tǒng)的實時性稍低，可以用于除MAC和PHY以外其他軟件模塊的調(diào)度和處理。478.3CloudRAN的具體方案

Cloud-RAN除了要支持5GCU+DU的靈活部署模式，也需要支持基于SDR平臺的4G網(wǎng)絡(luò)的虛擬化/云化演進，且需要支持多技術(shù)、多頻段的靈活業(yè)務(wù)聚合和負(fù)荷均衡，從而可以銜接4G和5G，為用戶提供更好的接入體驗。Cloud-RAN融合的4G和5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖8.27所示。圖8.27虛擬化是云無線的核心488.3CloudRAN的具體方案

云無線的核心是虛擬化。虛擬化可以通過基于業(yè)界認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)的x86服務(wù)器以及相應(yīng)的存儲和交換設(shè)備，來取代傳統(tǒng)通信網(wǎng)中的那些私有的專用的網(wǎng)元設(shè)備。圖8.28展示了一個基于IT架構(gòu)的統(tǒng)一虛擬化平臺，其包括中心機房的云平臺，SDRBBU多模基帶處理單元以及ITBBU多功能處理平臺。通過基于IT架構(gòu)的統(tǒng)一的虛擬化平臺可以在統(tǒng)一的硬件平臺上運行虛擬化的網(wǎng)元功能。圖8.28基于IT架構(gòu)的統(tǒng)一的虛擬化平臺498.3CloudRAN的具體方案

整個云無線側(cè)的核心架構(gòu)基于的是統(tǒng)一的虛擬化平臺，其架構(gòu)主要在CU上實現(xiàn)。如圖8.29所示。虛擬化平臺可分為中心機房的云平臺與4G或5GBBU的部分。中心機房云平臺的主要功能就是控制移動邊緣計算（MobileEdgeComputing，MEC）、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（ContentDeliveryNetwork，CDN）和核心網(wǎng)（CoreNetwork，CN）用戶面等。在云平臺上，用戶可靈活配置為MEC、APPs（ApplicationService，應(yīng)用服務(wù)）、緩存、CU單元、xGW、MCE、AG和SeGW等。圖8.29Cloud-RAN融合的4G和5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)508.3CloudRAN的具體方案

目前市面上設(shè)備商推出的RAN硬件處理平臺主要有針對CU的CUxx以及針對DU的DUxx兩種類型。CUxx類型設(shè)備可以部署在邊緣匯聚節(jié)點或區(qū)域接入節(jié)點，通過虛擬化技術(shù)實現(xiàn)CU、MEC以及用戶面網(wǎng)關(guān)等功能，其中主要是用來做CU。DUxx主要部署在基站或邊緣接入點，配置為基帶實時處理DU模塊、非實時處理CU模塊，或CU和DU的混合模塊，主要用來做DU，但可以配置通用單板，來實現(xiàn)CU的功能。

性能指標(biāo)高度3U處理器Max8*IntelE5CPU內(nèi)存max2TB本地存儲Max8*512G接口4*40GE+2*1210GE/GE光接口表8.2

CUxx的性能指標(biāo)518.3CloudRAN的具體方案性能指標(biāo)容量LTE：90*20MHz4T4R/8T8R;MM：15*20MHz64T64;5GNR：15x100M64T64RS1接口帶寬100Gbps

尺寸H88.4mmxW482mmxD370mm,2U/19inch

功耗小于1700W

優(yōu)勢業(yè)界第一個基于PaaS平臺的虛擬化RAN解決方案,靈活支持DU,CU,MEC,虛擬化的本地網(wǎng)關(guān)等功能.表8.3的DUxx的性能指標(biāo)第八章CloudRAN解決方案為什么需要云化

RAN的架構(gòu)演進CloudRAN的具體方案如何引入Cloud-RAN8.18.28.38.4小結(jié)8.552538.4如何引入CloudRAN根據(jù)不同的場景和可用的承載資源，Cloud-RAN可以分為以下三種部署模式：（1）分布式Cloud-RAN部署模式：針對超低時延應(yīng)用場景，或在傳輸資源非常緊張的場景下，建議使用微波傳輸。在此種情況下，可以考慮全分布式的Cloud-RAN部署模式，具體模式如圖8.30所示。在該模式下，4G和5G可以共同使用CU單元、虛擬化部件以及存儲等設(shè)備，DU單元可以根據(jù)需求將4G和5G相關(guān)單元分開部署或合并部署。圖8.30Cloud-RAN分布式部署模式548.4如何引入CloudRAN（2）DU分布，CU集中的CO云模式：針對常規(guī)承載條件和應(yīng)用場景，為了資源的統(tǒng)一靈活調(diào)配，推薦采用DU分布，CU集中的部署模式。此時傳輸主要承載于Midhaul接口，具體如圖8.31所示，其中GC是通用計算部分，CU采用集中部署模式，DU采用分布式部署模式。圖8.31CU集中DU分布的部署模式558.4如何引入CloudRAN（3）4G、5G均采用C-RAN組網(wǎng)模式：當(dāng)運營商具備豐富光纖傳輸資源時，也可以考慮將4G和5G的DU和CU模塊均設(shè)置在第一或第二級中心機房，從而進一步降低站點的建設(shè)成本和運維成本。這種部署方式前傳需求較高，但對站間協(xié)調(diào)的支持較好。這種4G和5G均采用C-RAN組網(wǎng)的部署示意圖如圖8.32所示。圖8.324G與5G均采用C-RAN組網(wǎng)時的部署模式568.4如何引入CloudRAN

Cloud-RAN的引入需要結(jié)合當(dāng)前運營商網(wǎng)絡(luò)的部署情況。在4G階段引入云無線時，首先推薦部署云平臺作為MEC服務(wù)器，不但可以提供新的業(yè)務(wù)，還可以滿足多種服務(wù)的需求，包括虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實業(yè)務(wù)、高清視頻、高速緩存及優(yōu)化、基于RAN/精確定位的服務(wù)和數(shù)據(jù)分流業(yè)務(wù)等。在4G站點機房或靠近4G站點的邊緣機房部署MEC和手機APP服務(wù)器甚至xGW下移到邊緣機房，來降低業(yè)務(wù)的時延，提升客戶體驗。

其次，當(dāng)新建4G站點時，推薦采用ITBBU構(gòu)建5G-ready網(wǎng)絡(luò)，后續(xù)通過軟件升級和插入5G處理板來實現(xiàn)4G和5G多模站。ITBBU具有大容量、高效協(xié)同的優(yōu)點，結(jié)合MEC接入和5G接入，可以做到開放平臺，方便新業(yè)務(wù)的引入，同時在保證4G覆蓋的情況下，對5G進行平滑的演進。578.4如何引入CloudRAN基于4G網(wǎng)絡(luò)的云無線將如何升級到5G呢？工程上基于4G/Pre5G網(wǎng)絡(luò)的云無線是能夠平滑升級到5G的，可以根據(jù)如下三個場景進行具體的升級部署：（1）場景一：原有的4GeNB沒有連接ITBBU，如圖8.33所示。此場景下無需改動4GRRU和天線即可以平滑演進。此場景可以在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上新增ITBBU支持5GNR，同時使用SDRBBU與ITBBU支持4G和5G協(xié)同操作。圖8.334GeNB無ITBBU連接588.4如何引入CloudRAN（2）場景二：原有的LTE網(wǎng)絡(luò)已升級，使用ITBBU。如圖8.34所示，此場景中的4GeNB已經(jīng)升級為使用ITBBU。此場景下無需改動4GRRU和天線即可平滑演進至5G。此場景中升級5G只需要在現(xiàn)有ITBBU基礎(chǔ)上增加BP板支持5G即可，此時使用ITBBU來支持4G和5G協(xié)同操作。

圖8.344GeNB已和ITBBU連接598.4如何引入CloudRAN（3）場景三：原有的4GeNB沒有連接ITBBU并且也無計劃新增ITBBU。如圖8.35所示，4GeNB無ITBBU連接，且由于種種原因，5GNR也未和ITBBU相連接。此場景下依然無需改動4GRRU和天線即可獲得平滑