C-RAN帶來無線移動通信的新機遇和挑戰

摘要：C-RAN技術概念，在某種程度上“顛覆”了傳統的移動通信網絡架構，并由此產生新的網絡建設模式和設備形態，為移動通信設備市場開辟了新的發展機遇。但也需要看到，C-RAN在具體技術環節上仍存在一些關鍵技術問題仍待攻克，這些問題解決的進度將直接影響C-RAN技術的應用和推廣。

1 引言

隨著近幾年能源和電力價格的上漲，全球移動通信網絡運營商面臨日漸嚴重的成本壓力。歐洲各國2003~2009年間，工業電價年均上漲約10.47%，居民電價年均上漲約8.05%。自2004年以來，中國銷售電價共調整6次，累計每千瓦時上調13.43分錢，年均上漲約4%，考慮到近兩年國內用電缺口因素，國內電價短期內仍有進一步上漲的可能。

運營商獲取站址和機房的難度也在不斷加大。全球大多數主流運營商通常同時擁有2~3個不同通信制式的網絡，為保證網絡的服務質量，需要部署大量的基站以解決網絡覆蓋的問題。站址和機房資源的相對稀缺，與不斷增長的基站數量的矛盾在一定時期內無法協調，目前已成為運營商無法回避的難題。

盡管在運營成本方面面臨巨大壓力，運營商的“盈利”能力并不隨之提高。由于電信市場的激烈競爭，單用戶平均收入(ARPU)增長緩慢甚至下降。運營商收入的下降必將導致建網和設備采購投資的壓縮，進而影響到全行業的整體發展。面對這種局面，出于行業持續盈利和長期發展考慮，移動通信行業必須開辟一種新的思路。

2010年4月，中國移動正式發布了面向綠色演進的新型無線網絡架構C-RAN白皮書，闡述了對未來集中式基帶處理網絡架構技術發展的愿景。它有四個目標：

(1)降低能源消耗，減少資本支出和運營支出。

(2)提高頻譜效率，增加用戶帶寬。

(3)開放平臺，支持多標準和平滑演進。

(4)更好地支持移動互聯網服務。

C-RAN技術直接從網絡結構入手，以基帶集中處理方式共享處理資源，減少能源消耗，提高基礎設施利用率。隨著研究的進展，C-RAN技術概念不斷被充實，并被賦予新的內涵。

2 C-RAN的技術概念

C-RAN的系統架構，主要是由遠端無線射頻單元(RRU)與天線組成的分布式無線網絡，具備高帶寬、低延遲的光傳輸網絡連接遠端無線射頻單元，通用處理器和實時虛擬技術組成的集中式基帶處理池三大部分組成。所有基帶處理單元和遠端無線射頻單元通過高帶寬、低延遲的光傳輸網絡連接起來。基帶處理單元(BBU)集中在一個物理站點構成基帶池。基帶池中多個基帶處理單元之間通過高帶寬、低延遲、靈活拓撲、低成本交叉連接。基帶池上需要應用基站虛擬化技術，支持基帶池物理資源和計算能力的虛擬分配和組合。

C-RAN在技術實現上分為三個階段，逐步演進：

(1)C-RAN集中化基站部署

集中式基站內多個BBU互聯互通構成高容量、低延遲的互聯架構。遠端的RRU通過互聯架構交換到集中式基帶池中任一個BBU。這種方式是對現有DSP平臺的BBU進行集中化集成，可有效實現載波負載均衡、容災備份，并達到提高設備利用率、減少基站機房數量、降低能耗的目的。

另外，基于傳統的CPRI/Ir/OBRI接口，實現不同廠家的RRU與基帶池互聯。

(2)基于軟件無線電和協作式無線信號處理的統一開放平臺

在集中式基站基礎上，通過軟件無線電技術實現多標準的統一開放的BBU基帶池平臺，并利用基帶池中BBU間高速高效的調度信息、用戶數據交互，實現多點協作式信號處理，達到減少無線干擾、提高系統容量的目的。

在應用軟件無線電方面，目前主要兩種思路：信號處理器(DSP)平臺和通用處理器(GPP)平臺。兩種思路各有優勢，DSP是目前電信行業比較成熟應用的技術，而GPP雖然目前在功耗性能上與DSP有一定差距，但具有后向兼容好的特點，有利于系統的平滑演進。

協作式無線信號處理包含兩種方式：聯合接收和發送、協作式調度和協作式波束賦形。協作式無線信號處理主要是提高系統的頻譜利用率和小區邊緣的吞吐量。

(3)基于實時云架構的虛擬化基站

在基于軟件無線電技術的統一開放的BBU基帶池平臺的基礎上，在實時云架構基帶池系統軟件的控制下，形成更為巨大的實時云架構基帶池。云架構基帶池為每個接入的RRU指配虛擬的基帶處理資源。多個云架構基帶池之間可以通過高速光傳輸網絡相連，相互協作，實現系統的負載平衡、容災備份。

C-RAN中的“C”目前實際上有四重含義，即基于集中化處理(Centralized Processing)，協作式無線電(Collaborative Radio)和實時云計算構架(Real-time Cloud Infrastructure)的綠色無線接入網構架(Clean System)。

3 C-RAN的技術優勢

與傳統的移動通信網絡架構相比，C-RAN打破了RRU和BBU之間近距匯接的網絡結構。站址位置僅需天面，不依賴機房。以目前的技術手段，理論上10km范圍內只要建設1個BBU機房，就可以實現對300km2區域的覆蓋。

C-RAN的技術優勢主要體現在如下幾個方面：

(1)降低網絡能耗

集中化方式可以極大地減少機房的數量，機房配套設施也相應減少，特別是空調等散熱系統的減少，對網絡節能降耗的作用特別明顯。

通過對集中式基帶池的物理和邏輯資源的集中化管理，可以達到資源的最優化運用，有效應對移動通信系統的潮汐效應;同時配合一些節能技術的應用，可在網絡負荷較輕的情況下，關閉RRU和BBU的一些資源，達到省電的目的。

(2)降低運營商資本支出(CAPEX)和運維成本(OPEX)

根據運營商的統計，因勘站、土建和配套設施而產生的成本支出目前大致已占到每站點CAPEX的50%左右，站點租金和電費約占每站點OPEX的70%以上。近年來，房屋租賃價格和電價的持續上漲，造成運營企業的建設和運維成本大大增加。

C-RAN集中化結構將BBU集中于區域匯接機房，站址處只保留天面，可有效減少因站址機房建設和租賃、空調等附屬設施耗電帶來的成本的壓力。

(3)負載均衡和干擾協調

基帶資源集中化的一個好處是，網絡可以根據較大范圍的區域內無線業務負載的變化進行自適應的均衡處理，同時可以對大片區域內的無線資源進行聯合調度和干擾協調，從而提高頻譜利用率和網絡容量。