构建融合、高效、低成本网络——C-RAN解决方案

为了满足不断增长的无线宽带业务需求，移动运营商不断增加空中接口带宽、增加基站数量，网络的CAPEX/OPEX 逐年增高，随之而来的无线接入网络的能源消耗问题也变得日益严重，同时潮汐效应导致基站利用率低下。必须考虑新的无线接入网络构架以适应新的环境，才能找到适合移动互联网高性能、低费用、绿色无线接入网的方法，才能解决移动运营商所面临的上述挑战，并满足营收和未来移动互联网业务同步发展的要求。

    在市场竞争和现网问题的双重驱动下，C-RAN应运而生，成为中国移动迎接挑战解决上述问题的有效方案。

C-RAN解决方案

    C-RAN（Centralized，Cooperative， Cloud RAN）架构如图1所示，包括3个组成部分：

• 分布式无线网络：由远端无线射频单元（RRU）和天线组成；
• 远端无线射频单元：由高带宽低延迟的光传输网络连接；
• 集中式基带处理池：由高性能处理器和实时虚拟技术组成。

   在C-RAN 架构下，运营商可以迅速地部署或者升级网络。运营商只需要部署一些新的远端无线射频单元并连接到基带处理池，就可以轻易实现网络覆盖的扩展或网络容量的增加。如果网络负载增加，运营商只需要在基带池中增加新的通用处理器即可。

  图1 C-RAN网络架构 

   技术的快速发展，正在加速C-RAN的全面实现。BBU+RRU基带拉远基站大量应用，多核、线程并行化处理通用处理器不断发展，基站虚拟化技术不断提升，以及云计算技术广泛应用为C-RAN基带池的实现打下基础。C-RAN实现的保障是光传输网络。Ir光口成熟商用，数据压缩技术不断发展，516芯光缆商用，360、216、144芯光缆的大量应用，为C-RAN的实现提供了保障。宽带功放技术成熟使得各种制式融合成为可能，协作技术（COMP）已经成为LTE-A关键技术，微小区、云覆盖成为无线网络发展趋势，全方位实现协作式无线电的目标也将逐步实现。

•  集中式基带池
      基带资源集中放置（见图2），可以减少机房数量，减少CAPEX和OPEX，降低配套设施能源消耗，绿色环保。同时，基带资源集中共用，可以方便地实现动态资源调度，解决潮汐效应，提高网络容量和频谱效率， 提高基础设施资源利用率。随着基带处理能力的不断提升，集中式基带资源池已经具备支持C-RAN组网的能力。相比整体化的大型机，有统一平台、体积小、可级联扩展的BBU基站更加灵活。根据目前业界最高处理能力，仅19英寸3U高的单框BBU最大可支持108载扇。在容量不高的区域，单框BBU即可支持多个基站，形成基带资源池。BBU之间可通过光纤级联，组成更大容量的基带资源池，可支持1000载扇以上。
   
  

       图2 C-RAN集中放置基带池

• 光传输网络
      基带资源集中放置后带来一个副作用——光纤拉远基站大量增多。BBU不再仅仅连接机房所在楼顶的RRU，而是需要连接好几公里甚至更远的RRU天面设备，采用传统的光纤直连方式显然不合适。在城域网中有丰富的光纤资源，将RRU接入城域网与BBU相连即可解决光纤拉远问题。但运营商的光纤资源并非无限，新建光缆管道成本高，如何高效利用光纤资源是C-RAN组网必须解决的问题。在光纤资源丰富的地方，建议采用光纤直驱方案，不需要任何设备或现网的改造即可简单、快速部署。在光纤资源紧张的地区，可采用彩光直驱方案，目前的彩光光模块可支持8种光波，每个光波即一个6G传输通道，相当于更多RRU到BBU之间的IQ的信号可在同一光纤上传输，从而提高光纤利用率，降低对城域网光纤资源的占用。
  
      此外，光传输网络的安全机制也是需要考虑的问题。环形组网可保障级联站的可靠性，任何一段光纤意外损坏或者链路中任一个RRU损坏，会自动倒换到反向链路，不影响上级或者下级RRU的正常工作。
  
• 协作式无线电
    C-RAN 系统的一个主要目标是显著提高系统频谱效率，并提高小区边缘用户吞吐量。然而，众所周知，在采用OFDM技术的蜂窝小区中，边缘的用户经历比较严重的信道间干扰（ICI），因而使得系统性能明显降低。因为系统的容量是干扰受限的，因而不能通过不断增加发射功率来解决该问题，导致单小区的无线资源使用效率较低。C-RAN 将采用有效的多小区联合资源分配和协作式的多点传输技术来有效提高系统频谱效率。

珠海C-RAN实验示范区

    2010年6月，中国移动研究院、中国移动广东省公司、珠海公司与中兴通讯共同启动“TD-SCDMA系统集中式基带池 (C-RAN)组网技术研究”项目，在珠海设立C-RAN组网示范区。示范区位于唐家金鼎高新区，覆盖区域特点主要为住宅区、高新科技园区和大学校园区，数据业务需求巨大，目标客户质量高，客户新业务接受能力强，部分区域存在明显的话务潮汐。
示范网新建18个覆盖点（包括9个共址站与9个新建站），按S444站型进行规划。集中式基带池的站址选择在本地传输环网节点，站点可以充分利用传输环网的光缆资源。BBU采用中兴ZXSDR B8300，单机框最大支持108载扇。BBU集中放置在传输节点机房，每个BBU连接4~5个站点，按照48或者60载波进行配置，组成基带池。一个站点的RRU采用级联+环网保护方式与BBU通过传输主干光纤连接（如图3所示）。


  图3  唐家站点网络结构示意图

    实验表明，基带池能够根据业务需求动态分配/释放基带载波处理资源，解决话务潮汐。开启基带资源池共享功能前后，部分KPI指标没有明显变化。RRU采用环网保护，能够在一路光纤中断的情况下进行实时倒换，业务不发生中断。相比传统建网方式，按照C-RAN组网方式使得CAPEX/OPEX总体降低41.5%（以10年使用期计算）， 施工周期节省1/3。同时，C-RAN优化了传输结构，为后续新增基站打下了基础。

    C-RAN 架构是对传统RAN架构的一次深度变革，但从实际网络状况、建网成本和技术成熟度考虑，C-RAN并不能马上取代传统RAN。目前的C-RAN还处于初级阶段，实现了基于光传输网络的分布式BBU+RRU基站的架构设计。下一步，C-RAN将实现全软件无线电基站，BBU的基带处理完全由基于信号处理器或通用处理器的软件无线电实现。一旦BBU建立在信号处理器或通用处理器上，并可用软件无线电实现基带处理，C-RAN将演进为基于实时云构架的虚拟基站。自中国移动提出C-RAN以来，中兴通讯持续关注C-RAN发展，积极投入到C-RAN关键技术的研究中，与中国移动一起完成C-RAN的每一步实验，共同推动C-RAN 的发展。

[关键词] TD-LTE,C-RAN