中国移动C-RAN进展:多省全网部署应用,探路5G
中国移动在2009年首次提出C-RAN概念,经过8年发展,中国移动期望2018年前促成无线云基站技术方案和部署方案的成熟,为其规模应用和部署做好技术准备。
作者:通信世界
来源:通信世界
2017-05-24 15:01:00

中国移动在2009年首次提出C-RAN概念,经过8年发展,中国移动期望2018年前促成无线云基站技术方案和部署方案的成熟,为其规模应用和部署做好技术准备。

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C-RAN是集中化、协作化、云化、绿色化概念的集合体。C-RAN不是一个具体的单项技术要求,更接近一种无线组网和建设的策略,并通过引入网络功能虚拟化技术得到无线网络定制化能力。一方面,降低了运营成本,另一方面,面对未来复杂的网络环境变化及应用需求,实现快速、灵活、高效的响应,在最优化资源分配和编排的基础上,提供业务所需的网络能力。

现网4G,BBU集中化部署方式的演进

中国移动对于集中化BBU部署现网落地研究持续多年。2014年,通过引入无源波分设备WDM(Wavelength-division Multiplexing)和CPRI(Common Public Radio Interface,通用公共无线电接口)压缩技术,一定程度上解决了前传网络光纤资源消耗过多的问题。继而,在2015年至2016年年中,中国移动在一年时间内发起了多省的C-RAN规模部署验证工作。

通过福建、江苏、安徽3省的规模部署和长期运维验证,中国移动不仅证明了C-RAN组网方式在综合成本、无线协作化抗干扰、降低能耗等方面优势明显,也证明了C-RAN采用无源WDM(彩光)传输方案的10站以下的小规模集中,降低了对机房的配电、空间、可靠性等要求,通过长期运维,在运维难度、故障率等都未明显上升。在2015年中国移动的第四期TD-LTE建设指导意见中,中国移动将C-RAN作为优选建设方式在全网进行推广。目前C-RAN集中化在沿海多省已经开始了全网的应用。

 

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面向5G,集中与协作的再思考

通过对未来无线网络的演进需求和组网方式的分析,可以发现现网的BBU堆叠集中部署规模,还不能完全满足未来组网的协作需求。5G的UDN场景高密组网需要干扰协调能力,高速移动场景又需要缩短用户切换时间,减少信令的流程开销,这就需要我们重新对集中化和协作化的理念进行思考。

2015年中移动研究院对外发布了NGFI的概念,引入前传网络的概念,将BBU功能重新切分。目前,这一概念被越来越多的业界同仁所认可,2016年3GPP也开始了CU/DU的切分研究。

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3GPP中,CU是集中单元的缩写,在未来网络中扮演无线网控制者和数据的分发者的角色,可实现多连接、无缝移动性管理、频谱资源高效协调等能力。有人会说这个CU是不是就是RNC的翻版?

这个答案在后面的标准化演进中会逐步清晰。但这里,我们可以简要谈一谈对CU的理解。CU与DU功能的切分以处理内容的实时性进行区分,如图1所示,CU主要包括非实时的无线高层协议栈功能,而DU主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能,目前3GPP已经明确切分方案采用在PDCP/RLC之间进行切分。无线网架构的变化带来几个趋势。

其一,支持双连接/多连接功能时,以CU为锚点在多DU间进行的数据分发,相比较以基站为锚点,减少了数据二次分发的往返数据量,易于规划传送网带宽。其二,面向未来4G演进,CU可成为4G和5G的公共锚点,可隔离不同制式,实现数据的跨制式分发。当4G与5G网络覆盖能力不同时,利用CU可实现两代制式间的空口无缝协作。其三,CU与DU间的传输延迟可靠,则可在CU中引入快速RRM的功能,实现多小区间、多制式间的联合无线空口资源的快速分配。因此,重新审视CU的功能要求,有两个重要的设计理念的需要。

一方面,支持片区的快速RRM。从网络控制管理的角度来看,引入CU是无线网在5G场景下无线资源控制和管理的一个选择。以往以小区为最小无线资源管理单位的思路,仅能做到本小区范围内每TTI无线资源空口的最优调度,在未来网络重叠覆盖度高、协作需求大、小区半径进一步缩小的背景下,这类各自为政的设计逻辑很可能将不再适用。

CU作为一个区域内的控制逻辑,在前传网络通信延迟可靠的前提下,引入区域内的多小区无线资源的快速合理调度和分配的能力将有望成为5G无线网络的重要创新点之一。这里不得不提传输网络能力的重要性,前传网络的延迟可靠和高带宽能力是支撑CU/DU分离设计的核心,CU对DU控制的快速性是区别于传统无线两级架构的根本特征。

另一方面,支持端到端的切片。从业务层需求看,5G引入切片(Slicing)技术。端到端网络切片(Network Slicing)基于统一的物理网络设施提供多个逻辑网络服务,以实现业务快速上线与灵活扩容,助力新业务拓展和垂直行业应用的引入。网络切片既能提供传统的MBB基础通信服务,也能满足垂直行业差异化的数据传输需求,同时也可以支撑差异化的网络应用相关服务。

目前业界讨论的切片概念侧重核心网,核心网的切片能满足业务按需功能定制要求,但无线空口能力才是全网端到端通信QoS保障的最大瓶颈,无线空口如何保证不同业务SLA的要求是满足业务需求的关键。CU/DU两级架构的设计先天具备支持端到端网络切片的能力。CU在集中控制的基础上可进一步支持切片隔离控制;DU支持差异化配置、空口资源的灵活调度和定制化的切片策略;支持自动化的运维切片管理;基于这些C-RAN架构具备的关键能力实现了网络切片的快速创建与部署,使得垂直行业之间的多种业务同时运行在一个物理网络中,并确保业务间的隔离性。

云化是手段而不是目标

网络功能虚拟化和云化是手段,而不是目的。这主要是由5G面向的应用场景多样化造成的,这些差异化需求不仅涉及业务延迟、链路可靠性、移动性管理要求,也包括了业务的隔离属性等。核心网NFV化可以通过编排实现网络功能的排列组合而形成新的网络服务。

而无线网的云化和虚拟化是在接入侧引入了NFVI平台和编排器。一方面,用于实现核心网功能、业务功能软件的下沉边缘的共平台部署部署,以及CU-C与CU-U的按需的位置部署。另一方面,用于支持CU自身功能按需编排和创建、辅以DU功能的定制化配置(如Numerology等),无线网侧也可支持按需的覆盖能力创建。相较于传统封闭式设备,由NFV带来的灵活功能组合和位置部署能力将会给运营商带来新的商业契机。

另外,统一的NFVI平台将带来多网元共享相同资源的能力,无线网接入网、有线接入网、边缘业务等网络功能均可复用同样的硬件资源。从长远看,统一的NFVI平台符合运营商加速业务创新、降低综合造价的长远利益诉求。

CU/DU两级架构的部署考虑

CU/DU部署选择需要同时综合考虑多种因素,包括业务的传输需求(如带宽,时延等因素)、接入网设备的实现要求(如设备的复杂度、池化增益等)以及协作能力和运维难度等。

若前传网络为理想传输,即:当前传输网络具有足够高的带宽和极低时延时(如光纤直连),可以将协议栈高实时性的功能进行集中,CU与DU可以部署在同一个集中点,以获得最大的协作化增益。若前传网络为非理想传输(即传输网络带宽和时延有限时),CU可以集中协议栈低实时性的功能,采用集中部署的方式,DU可以集中协议栈高实时性的功能,采用分布式部署的方式。

另外,CU作为集中节点,部署位置可以根据不同业务的需求进行按需灵活调整。尤其CU内部的功能可以进一步按照控制面(CU-C)和业务面(CU-U)的逻辑进行拆分,CU-C部署位置可以更高以便支持更大范围的无线资源的控制和管理,而CU-U则根据业务的延迟需求部署在网络拓扑的任何位置。

 

因此对应于传送网的层层汇聚结构(如图2),CU的部署位置有了几个备选位置:无线机房、汇聚机房、核心汇聚机房。CU的部署位置越高(汇聚层),CU映射控制管理的区域越大,而CU连接DU的传输延迟则越大,协作化控制得到的空口增益则越小。而CU的部署位置越低(无线接入网机房),CU的映射控制管理的区域越小,传输延迟越小,空口协作增益越大。若再加上运维管理难度、综合成本等多个因素的影响,CU部署位置的选取将会是在多类因素中的一个折中。当然,未来很可能出现几类位置并存情况。运营商按照业务定制化延迟需求灵活选择位置部署的可能性。

作为C-RAN的领路人,中国移动不仅在部署、标准化等方面展开研究,更是加紧联合产业合作伙伴进行未来CU/DU组网的可行性分析和新型设备形态的研究。为此,中国移动在2016年11月牵头业内包括华为、中兴、爱立信、诺基亚、大唐、博通、英特尔、Xilinx、风河、红帽、思博伦、联想等在内的12家公司主流公司,成立了C-RAN技术研究工作组,共同推进无线云化技术的成熟。中国移动期望2018年前促成无线云基站的技术方案和部署方案的成熟,为规模应用和部署做好技术准备。

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