C-RAN讓無線接入網綠色演進

　 傳統架構的無線接入網在移動互聯網時代面臨著降低成本、提高性能和節能減排的挑戰，因此，必須引入新的網絡構架以適應新的環境，找到一條高性能、低費用的綠色無線接入網實現方法。

　　 當今，移動運營商正面臨著激烈的競爭，用于建設、升級無線接入網的支出不斷增加，與此同時，運營龐大的基站數量，意味著高額的運維支出(能源消耗、人工維護等)。隨著移動互聯網、物聯網逐漸興起，無線網絡中的數據流量迅速上升，另外，隨著競爭加劇，單用戶的ARPU值增長緩慢，世界上很多運營商的ARPU還在不斷下降，這些因素都將嚴重地影響移動運營商的盈利能力。

　　 為了保持持續盈利和長期增長，移動運營商必須追求低成本，為用戶提供服務無線接入網(RAN)是移動運營商賴以生存的重要手段，通過無線接入網可以向用戶提供7×24小時不間斷、高質量的數據服務。傳統的無線接入網具有以下特點：第一，每個基站連接若干固定數量的扇區天線，并覆蓋小片區域，每個基站只能處理本小區收發信號；第二，系統容量是干擾受限的，各個基站獨立工作已經很難增加頻譜效率；第三，基站通常都是基于專有平臺開發的“垂直解決方案”。這些特點導致如下問題：數量巨大的基站意味著高額的建設投資、配套、電力消耗、站址租賃以及維護費用，建設新的站點意味著更多的資本開支和運營開支。此外，現有基站的實際利用率還有待提高，網絡的平均負載一般來說大大低于忙時負載，而不同的基站之間不能共享處理能力，也很難進一步提高系統效率。最后，專有的平臺意味著移動運營商需要維護多個不兼容的平臺，需要不同的人員來維護。

　　 總而言之，傳統架構的無線接入網在移動互聯網時代面臨著降低成本、提高性能和節能減排的挑戰，因此，無線接入網必須重新考慮新的網絡構架以適應新的環境，找到一條可以建立適合移動互聯網的高性能、低費用的綠色無線接入網實現方法。

　　 4C：C-RAN的“標簽”

　　 面向上述諸多挑戰，運營商需要新的無線接入網演進方案來提升移動互聯網時代自身的競爭力，為此中國移動提出融合4C特點的綠色無線接入網。所謂4C，即Clean(節能減排)、Centralized(集中處理)、Cooperative(協作式無線電)和Cloud(利用了云計算能力的軟硬件平臺)，所以我們稱該方案為C-RAN。

　　 如圖所示，C-RAN主要包括三部分：由遠端無線射頻單元和天線組成的分布式無線網絡；由高帶寬低延遲的光纖或光傳輸網連接遠端無線射頻單元；由高性能低功耗處理器和實時虛擬技術組成的集中式基帶處理池。分布式的遠端無線射頻單元提供了一個高容量、廣覆蓋的無線網絡。由于這些單元靈巧輕便，便于安裝維護，它們的CAPEX和OPEX很低，因此可以大范圍高密度地使用。高帶寬低延遲的光傳輸網絡需要將所有的基帶處理單元和遠端射頻單元之間連接起來?；鶐С赜赏ㄓ酶咝阅芴幚砥鳂嫵?，通過實時虛擬技術連接在一起，集合成異常強大的處理能力，為每個虛擬基站提供所需的處理性能需求。集中式的基帶處理大大減少了需要的基站機房需求，并使資源聚合和大范圍協作式無線收發技術成為可能。

　　 優勢與挑戰并存

　　 C-RAN的主要優勢體現在：1)降低能耗：通過集中化的方式可以極大減少基站機房數量，減少配套設備特別是空調的能耗。2)節約CAPEX和OPEX成本，在C-RAN架構中，基帶處理單元的站址將可以少一個到兩個數量級。集中式的基帶池和相關輔助設備可以集中放置在一些骨干中心機房內進行管理，簡化運營管理。3)提高網絡容量，在C-RAN中，虛擬基站可以在基帶池中共享信息。這使得聯合處理和調度得以實現，小區間的干擾也變廢為寶，從而可以顯著提高頻譜使用效率。4)基于負載的自適應資源分配，通過所有虛擬基站共享一個基帶池，基帶池中的處理資源可以動態調度以處理不同的RRH的基帶信號，更適應移動通信系統中的潮汐效應，使得基帶處理資源得到了最優利用。5)互聯網業務的智能減負，智能終端和其他移動通信設備產生的大量互聯網業務被轉移出核心網，從而傳輸網與核心網的業務負載和相應的成本開銷將會降低，更短路由距離也為用戶帶來了更好的服務體驗。

　 　C-RAN構架在系統費用、容量和靈活性等方面都顯示著傳統無線接入網所沒有的優勢。但是，它同時也帶來一些技術上的挑戰。在運營商能夠實際部署之前，這些技術挑戰需要得以解決：

　　 低成本光網絡傳輸無線信號

　　 連接基帶處理模塊和遠端無線模塊的光纖必須能夠承載大量的實時基帶采樣信號。由于LTE/LTE-A系統的帶寬比較寬，加上多天線技術的普遍應用，傳輸多個遠端天線模塊的無線信號所需的光傳輸鏈接帶寬可達到10Gbps。

　　 先進的協作發射/接收技術

　　 協作處理技術是達到更高頻譜效率的關鍵。為了抑制蜂窩系統中的小區間干擾，協作式多點處理技術必須使用空間信道信息來實現多個不同物理位置上的天線的協作。這一技術仍然有待開發。無線資源的聯合調度對于減少干擾和增加容量是必要的。

　　 為了支持上述的協作式多點處理技術，用戶數據和上行/下行信道信息都需要在多個(虛擬)基站之間共享。虛擬基站之間的接口必須能夠支持高帶寬，低延遲的傳輸以保證實時的協作處理。在這一接口上傳輸的信息包括以下的一種或者幾種：終端用戶數據包，終端信道反饋信息，虛擬基站的調度信息，等等。因此，虛擬基站之間的這一接口必須在考慮傳輸延時和開銷的情況下，滿足實時協作處理的需求。

　 　基站虛擬化技術

　　 當處理單元被集中在基帶池以后，如何設計虛擬化技術以支持分配或者組合這些處理資源給虛擬基站就成為關鍵。這些虛擬基站是真正處理各個活動用戶的無線信號的邏輯實體。

　　 基站虛擬化技術的主要挑戰包括：實時信號處理算法如何在基帶處理池中實現；如何動態地管理處理單元以適應動態的網絡負載等。

　　 服務面向邊緣化

　　 和集中在數據中心的服務提供模式不同，服務可以在無線接入網的邊緣提供，這將帶來一些獨特的機遇與挑戰。在后續的研究框架中，我們把這些技術挑戰分為三類：服務如何和無線接入網集成；分布式服務網的智能處理；分布式服務的部署和管理問題。

　　 C-RAN的目標不是取代現有的3G/B3G標準，它是一個從長期角度出發，為運營商提供一個低成本高性能的綠色網絡構架，在未來可以讓用戶以很低的價格就可以享受豐富的無線寬帶業務。此外，實際環境千差萬別，部署的無線網絡存在各種形態，比如當前網絡中廣泛應用的宏蜂窩基站、微蜂窩基站、微微蜂窩基站、室內分布系統、直放站，以及新出現的中繼站、Femto基站。不同的基站類型有各自的優點和缺點，適應不同的部署條件。C-RAN的目標是適應主流無線網絡的部署需求，包括宏蜂窩基站、微蜂窩基站、微微蜂窩基站以及室內分布系統。同時，其他一些有益的基站類型也可作為C-RAN部署的補充。