中国移动面向5G的C-RAN架构演进

5G C-RAN的需求

未来5G网络需要支持多种业务和应用场景，主要有：a、更高带宽、更低时延的增强移动宽带eMBB（Enhanced Mobile Broadband）业务b、支持海量用户连接的物联网mMTC（Massive Machine-Type Communication）业务c、超高可靠性、超低时延的工业物联网等垂直行业应用uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication）。

5G的实现及部署，一方面是技术上的演进创新，例如网络架构、空口技术等的不断演进创新，另一方面也对运营商的网络运营和管理提出了更高的要求。传统运营商已逐步意识到，随着5G的来临，传统运营商需要向综合平台运营商转型。如何提供一个能够面向各类应用、高效、灵活、低成本、易维护、开放、便于创新的网络平台，将是运营商在5G时代竞争力的核心所在。

从无线接入网的角度看，支持未来5G网络存在如下需求：
A、灵活的无线资源管理需求
B、空口协调和站点协作需求
C、功能灵活部署及边缘计算的需求
D、增强网络自动化管理的需求

5G C-RAN的概念

C-RAN（Centralized， Cooperative， Cloud and clean RAN）[1][5]的基本定义是：基于分布式拉远基站，云接入网C-RAN将所有、或部分的基带处理资源进行集中、形成一个基带资源池并对其进行统一管理与动态分配，在提升资源利用率、降低能耗的同时，通过对协作化技术的有效支持而提升网络性能。
通过近些年的研究，C-RAN的概念也在不断演进，尤其是针对5G高频段、大带宽、多天线、海量连接和低时延等需求，通过引入集中和分布单元CU/DU（Centralized Unit/ Distributed Unit）的功能重构及下一代前传网络接口NGFI（Next-generation Fronthaul Interface）前传架构，5G C-RAN概念需要与时俱进。

5G C-RAN的演进

主要演进有两点：
1、在无线资源虚拟化中引入NFV（NetworkFunction Virtualization，网络功能虚拟化）和SDN（SoftwareDefined Network，软件定义网络）
2、5G网络中BBU功能进一步切分为CU（Central Unit）和DU（Distributed Unit）

CU和DU功能的切分以处理内容的实时性进行区分：CU设备主要包含非实时性的无线高层协议栈功能，同时也支持部分核心网功能下层和边缘应用业务的部署；而DU设备主要处理物理层功能和实时性需要的层2功能。考虑节省RRU和DU之间的传输资源，部分物理层功能也可上移至RRU实现。

从具体的实现方案上，CU设备采用通用平台实现，这样不仅可支持无线网功能，也具备了支持核心网功能和边缘应用的能力，DU设备可采用专用设备平台或通用+专用混合平台实现，支持高密度数学运算能力。引入网络功能虚拟化NFV框架后，在管理编排器MANO（Management and Orchestration）的统一管理和编排下，配合网络SDN控制器和传统的操作维护中心OMC（Operating and Maintenance Center）功能组件，可实现包括CU/DU在内的端到端灵活资源编排能力和配置能力，满足运营商快速按需的业务部署需求。

在4G网络中，C-RAN相当于BBU、RRU 2层架构；在5G系统中，相当于CU、DU和RRU 3层架构。

5G C-RAN基于CU/DU的两级协议架构、NGFI的传输架构及NFV的实现架构，形成了面向5G的灵活部署的两级网络云构架，将成为5G及未来网络架构演进的重要方向。与传统4G C-RAN无线网络相比，5G C-RAN网络依然具有集中化、协作化、云化和绿色四大特征，只是具体内涵有一些演进：

• 集中部署。
  传统4G C-RAN集中化是一定数量的BBU被集中放置在一个大的中心机房；随着CU/DU和NGFI的引入，5G C-RAN逐渐演变为逻辑上两级集中的概念，第一级集中沿用BBU放置的概念，实现物理层处理的集中，这对降低站址选取难度、减少机房数量、共享配套设备（如空调）等具有显而易见的优势。可选择合适的应用场景，有选择地进行小规模集中（比如百载波量级）；第二级集中是引入CU/DU后无线高层协议栈功能的集中，将原有的eNodeB功能进行切分，部分无线高层协议栈功能被集中部署。

• 协作能力。对应于两级集中的概念，第一级集中是小规模的物理层集中，可引入CoMP、D-MIMO等物理层技术实现多小区/多数据发送点间的联合发送和联合接收，提升小区边缘频谱效率和小区的平均吞吐量。第二级集中是大规模的无线高层协议栈功能的集中，可借此作为无线业务的控制面和用户面锚点，未来引入5G空口后，可实现多连接、无缝移动性管理、频谱资源高效协调等协作化能力。
  

• 无线云化。云化的核心思想是功能抽象，实现资源与应用的解耦。无线云化有两层含义：一方面，全部处理资源可属于一个完整的逻辑资源池。资源分配不再像传统网络那样是在单独的基站内部进行，基于NFV架构，资源分配是在“池”的层面上进行，可以最大限度地获得处理资源的复用共享（如：潮汐效应），降低整系统的成本，并带来功能的灵活部署优势，从而实现业务到无线端到端的功能灵活分布，可将移动边缘计算MEC（Mobile Edge Computing）视为无线运化带来的灵活部署方式的应用场景之一。另一方面，空口的无线资源也可以抽象为一类资源，实现无线资源与无线空口技术的解耦，支持灵活无线网络能力调整，满足特定客户的定制化要求（如：为集团客户配置专有无线资源实现特定区域的覆盖）。因此，在C-RAN网络里，系统可以根据实际业务负载、用户分布、业务需求等实际情况动态实时调整处理资源和空口资源，实现按需的无线网络能力，提高新业务的快速部署能力。

• 绿色节能。利用集中化、协作化、无线云化等能力，减少了运营商对无线机房的依赖，降低配套设备和机房建设的成本和整体综合能耗。也实现了按需的无线覆盖调整和处理资源调整，在优化无线资源利用率的条件下提升了全系统的整体效能比。

参考文献：中国移动发布的C-RAN白皮书《迈向5G C-RAN：需求、架构与挑战》
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