论文部分内容阅读
【摘要】 本文从5G无线基站建设条件、成本、难易程度和后续网络演进方式等探讨了无线基站的部署方式，其中C-RAN的建设方式最符合5G网络演进方向，其CU云化的部署方式更能支持运营商的垂直业务。
【关键词】 5G C-RAN CU云化
一、概述
2017年世界移动通信展（MWC 2017）上，多家公司展示了Cloud RAN方案和架构，意味着未来5G系统中C-RAN将扮演重要角色。纵观业界态势，运营商与多家设备商联合发布C-RAN白皮书，联合签订C-RAN无线云网络签署研究合作备忘录（MOU），都表示C-RAN研究工作是5G标准和研发工作的重头戏。
二、5G基站部署方式介绍
根据5G技术及设备发展，5G设备具体设备形态CU（即eNB的中心单元）、DU（即eNB的分布单元）、AAS/AAU（即射频收发单元和天线一体化设备）可分离，也可集中。由于5G基站的应用场景以及运输条件也会有不同，同时考虑到5G基站的运维难度等因素，未来的5G基站建设的过程当中，主要需要考虑设备的形态具体可分为三种：CU+DU+RRU/AAU、一体化NR、CU和DU合设+RRU/AAU的形态。目前运营商主要采用“CU和DU合设+AAU”的Massive MIMO基站，随着商用程度及业务需求不断成熟，部分地区基站已经将CU/DU进行分离部署了。
三、D-RAN部署方式
D-RAN方式CU+DU布放于站点机房，AAU设备均布放于无线基站，该方案为传统部署方式，2G、3G网络多采用该方式。
D-RAN的部署方式具有很高的网络可靠性。在用户使用的过程当中非常安全，但D-RAN的部署方式也具有一定的缺陷，具体包括以下四个方面。首先，耗电量较大。由于机房的BBU都需要降温设备，如空调等设备对其进行降温。所以相应的电费成本会随之增加，也增加了空调的能耗。第二，在设备的日常故障处理和日常的维护方面。由于需要进出铁塔公司的基站建设机房，流程较为繁琐，比如受到铁塔公司的基站钥匙借用流程的管控，以及铁塔公司对于机房的管理制度和流程等，在網络维护的过程当中会带来一定的不便，也占用了更多的时间，提高了时间成本。第三，租金收益来看，整体抬高了租金，主要表现在D-RAN部署时，需要支付BBU设备的相关费用。需要与运营商或铁塔公司等基站运营商签订相关的租赁协议，对设备进行租用，提高了运营的成本。第四。线路建设成本及无线配套建设成本较高。这种部署方式造成无线设备的利用率较低，同时需要为每个基站配备传输设备、BBU机框、无线配套设备以及设备板卡等相关的配置，提高了相应的成本。
四、 C-RAN部署方式
C-RAN方式AAU设备布放于无线基站，CU/DU合设于接入机房，该方案为现有4G网络常用部署方式。目前主要是采用小集中的C-RAN架构方式，该架构方式与目前主流的两级前传的5G架构相契合。
4.1 C-RAN前传方案
目前C-RAN主要有三种前传传输方案，分别是单芯双向白光直驱方案、彩光+无源波分方案、有源光路汇聚方案。
从节省纤芯资源角度和节省成本方面考虑建议采用彩光+无源波分方案。
4.2 C-RAN改造方案
以集中10个BBU为例，各配套及纤芯资源需求估算如下：
（1）空间需求
考虑到BBU的一般大小是3U，每一个集中机房需要新增两个机柜设备，用于安装交换机及DCDU等z相应的设备。除此之外，传输设备还需要新增2到4个综合机柜（600*600mm），所以，一个集中机房需要8-12平米的使用面积。同时预留5G设备。两个机柜位。
（2）备电需求
机柜按每个机柜1KW进行计算，BBU设备按每功率550W来计算。所以每个集中机房需要一架200A的开关电源架。根据当前主要的设备厂家的具体情况，目前C-RAN主要在城区进行部署。按照倍电量3小时的要求。传输电量配备电8小时的相关要求，电池应为1400AH。
（3）纤芯需求
以BBU有3个扇区为例，采用1：6的彩光+无源波分方案，10个站点只需占用10条主干纤芯。
4.3 C-RAN集中分区划分建议
C-RAN机房可选择综合接入机房或者条件好的无线机房（未移交给铁塔），优先通过已有综合接入机房解决，如无现有综合接入机房的场景，可通过新选址、现有传输机房或者条件好的无线机房进行改造。
C-RAN网需与传输微网格协同规划，C-RAN片区划分可基于传输综合业务接入区的微网格划BBU池辖区，每个BBU池只下挂其辖区内的RRU。
微网格：根据综合业务接入区内光交箱、基站/集客/家宽等业务分布情况，将综合业务接入区划分为更小的网格管理单元，即为“微网格”。其覆盖半径根据业务密集程度一般为 100m～600m。
4.4 C-RAN方式具有如下优点
（1）节省传输设备。D-RAN部署一般而言1个BBU需要配置1端传输设备，采用C-RAN方式后，1端传输设备可以满足多个BBU的传输需求，如果BBU集中放置机房设置在传输资源比较丰富的核心汇聚机房，还可以利旧现有传输资源。
（2）集中式方案，为站间协同提供了理想时延，易于实现CA，CoMP、 Super Cell、D-MIMO 等功能
（3）提高了传输系统的安全性。BBU集中放置在条件较好的机房，电源有保障，线路资源更加丰富，传输系统的安全性大大提高。
（4）BBU集中放置后便于设备的维护和扩容。
（5）BBU集中放置后可以集中配置BBU小区，减少BBU使用量，提高BBU利用率，减少投资，节省资源。 但同时C-RAN模式也存在一定的缺点：
（1）增加了对主干光缆纤芯的需求。
（2）BBU至AAU之间的光缆距离长，光纤跳节点增多，隐患点增多。
（3）由于BBU与AAU之间一般采用星形连接方式，一旦出现主干光缆发生中断，将会发生较大面积的RRU断站的情况，影响面较大。
（4）站点还有AAU等设备，AAU需要供电，仍然需要考虑AAU的取电和电源保障问题。
五、CU云化部署方式
CU云化部署AAU设备布放于无线基站，CU/DU分设，其中DU可以根据业务需求情况布放于无线基站或接入机房，CU部分通过云化方式部署在数据中心中，主要通过虚拟化NFV技术实现。
采用CU和DU架构可以将核心网絡的功能下移，且原先所有的L1、L2、L3层功能都能在BBU中实现，并且实现分离，可以分别放置在CU或者DU甚至RRU中实现。
这种架构下，NR协议栈的功能可以动态配置和分割，其中一些功能在CU中实现，剩余功能在DU中实现。为满足不同分割选项的需求，需要支持理想传输网络和非理想传输网络。CU与DU之间的接口应当遵循3GPP规范要求。
5.1 DU部署
为了使靠近天面的一侧可以更快的实时进行数据处理的功能。建议DU部署在无人机房的贴面测。由于5G的带宽不断增大，天线数量也较多。RRU与BU之间的CPRI的带宽经常达到100GBPS量级。所以建议在进行DU部署时，将 BBU和RRU部署在较近的距离。通常建议部署在数百米之内可以。使用短距高速光模块，这样的部署方式可以降低部署成本。这样的部署方式，还有利于后续融入4/5G的BBU，以及引入同时引入4/5G的协同技术
5.2 CU部署
传输网（如SPN）可分为三级架构：接入环、汇聚环和核心环，相应的，CU部署位置也有四种：接入机房、汇聚机房、骨干汇聚机房和核心机房，如下图所示：
5.3 CU-DU分设的优缺点
CU-DU分离架构的三大显著优势为：实现基带资源的共享，提升效率;降低运营成本和维护费;更适用于海量连接场景。将CU-DU进行分离架构的方式还可以使5G的接入网后续具有更强的可扩展性，具体表现在以下几个方面：
基于CU可以更进一步的构建智能化的网络，引入热门的人工智能和大数据的方式。实现人工智能与大数据的完美融合。例如，对相关用户可以进行基于CU的大数据分析，利用CU-DU分离的架构方式。提升网络的性能，同时还可以对相关的算法进行快速的迭代。这样的架构方式不仅可以降低运维成本，进一步促进设备的更新迭代和智能的运维，还可以在人工智能的协助下进一步降低网络优化的成本，提高网络优化的效率。增加企业的收益。
基于CU可以实现业务创收方式的改进，实现数字化的服务，通过CU与MEC的集成部署，为数字创收提供了一种新的思路。具体来讲就是依托于CU实现无限能力的开放，通过设计更多的贴近用户的新业务的部署，实现数字化服务的创收。提高企业的收益。通过MEC部署对新业务进行有效的支撑，从而实现数字化业务的快速更新和上线。
CU-DU 分离架构可能遇到的三大问题包括：单个机房的功率容量有限;网络规划及管理更复杂时延问题。
六、结束语
本文通过阐述了5G基站的三种部署方式，得出C-RAN部署方式是最符合投资节省和当前技术发展趋势，特别是CU云化方式是符合运营商发展垂直行业最好的网络部署方式，将助力运营商开辟传统流量和人口红利模式外的业务新增长点。
参 考 文 献
[1] 闫渊，陈卓， 5G中CU-DU架构、设备实现及应用探讨[J]. 移动通信， 2018，42（01）： 27-32
[2] 余嗣兵， 浅析5G有线接入建设方案[J]. 邮电设计技术， 2020（01）：75-77
[3]Qorvo技术社区、5G系统RAN架构解析之CU和DU的应用和功能切分方式
冯幸（1979.04），男，广东茂名，研究生，工程师，从事通信工程建设管理工作（中国移动通信集团广东公司佛山分公司）;
钟其铿（1984.07），男，广东湛江，本科生，工程师，从事通信工程设计规划工作（广东南方电信规划咨询设计院有限公司）。
【关键词】 5G C-RAN CU云化
一、概述
2017年世界移动通信展（MWC 2017）上，多家公司展示了Cloud RAN方案和架构，意味着未来5G系统中C-RAN将扮演重要角色。纵观业界态势，运营商与多家设备商联合发布C-RAN白皮书，联合签订C-RAN无线云网络签署研究合作备忘录（MOU），都表示C-RAN研究工作是5G标准和研发工作的重头戏。
二、5G基站部署方式介绍
根据5G技术及设备发展，5G设备具体设备形态CU（即eNB的中心单元）、DU（即eNB的分布单元）、AAS/AAU（即射频收发单元和天线一体化设备）可分离，也可集中。由于5G基站的应用场景以及运输条件也会有不同，同时考虑到5G基站的运维难度等因素，未来的5G基站建设的过程当中，主要需要考虑设备的形态具体可分为三种：CU+DU+RRU/AAU、一体化NR、CU和DU合设+RRU/AAU的形态。目前运营商主要采用“CU和DU合设+AAU”的Massive MIMO基站，随着商用程度及业务需求不断成熟，部分地区基站已经将CU/DU进行分离部署了。
三、D-RAN部署方式
D-RAN方式CU+DU布放于站点机房，AAU设备均布放于无线基站，该方案为传统部署方式，2G、3G网络多采用该方式。
D-RAN的部署方式具有很高的网络可靠性。在用户使用的过程当中非常安全，但D-RAN的部署方式也具有一定的缺陷，具体包括以下四个方面。首先，耗电量较大。由于机房的BBU都需要降温设备，如空调等设备对其进行降温。所以相应的电费成本会随之增加，也增加了空调的能耗。第二，在设备的日常故障处理和日常的维护方面。由于需要进出铁塔公司的基站建设机房，流程较为繁琐，比如受到铁塔公司的基站钥匙借用流程的管控，以及铁塔公司对于机房的管理制度和流程等，在網络维护的过程当中会带来一定的不便，也占用了更多的时间，提高了时间成本。第三，租金收益来看，整体抬高了租金，主要表现在D-RAN部署时，需要支付BBU设备的相关费用。需要与运营商或铁塔公司等基站运营商签订相关的租赁协议，对设备进行租用，提高了运营的成本。第四。线路建设成本及无线配套建设成本较高。这种部署方式造成无线设备的利用率较低，同时需要为每个基站配备传输设备、BBU机框、无线配套设备以及设备板卡等相关的配置，提高了相应的成本。
四、 C-RAN部署方式
C-RAN方式AAU设备布放于无线基站，CU/DU合设于接入机房，该方案为现有4G网络常用部署方式。目前主要是采用小集中的C-RAN架构方式，该架构方式与目前主流的两级前传的5G架构相契合。
4.1 C-RAN前传方案
目前C-RAN主要有三种前传传输方案，分别是单芯双向白光直驱方案、彩光+无源波分方案、有源光路汇聚方案。
从节省纤芯资源角度和节省成本方面考虑建议采用彩光+无源波分方案。
4.2 C-RAN改造方案
以集中10个BBU为例，各配套及纤芯资源需求估算如下：
（1）空间需求
考虑到BBU的一般大小是3U，每一个集中机房需要新增两个机柜设备，用于安装交换机及DCDU等z相应的设备。除此之外，传输设备还需要新增2到4个综合机柜（600*600mm），所以，一个集中机房需要8-12平米的使用面积。同时预留5G设备。两个机柜位。
（2）备电需求
机柜按每个机柜1KW进行计算，BBU设备按每功率550W来计算。所以每个集中机房需要一架200A的开关电源架。根据当前主要的设备厂家的具体情况，目前C-RAN主要在城区进行部署。按照倍电量3小时的要求。传输电量配备电8小时的相关要求，电池应为1400AH。
（3）纤芯需求
以BBU有3个扇区为例，采用1：6的彩光+无源波分方案，10个站点只需占用10条主干纤芯。
4.3 C-RAN集中分区划分建议
C-RAN机房可选择综合接入机房或者条件好的无线机房（未移交给铁塔），优先通过已有综合接入机房解决，如无现有综合接入机房的场景，可通过新选址、现有传输机房或者条件好的无线机房进行改造。
C-RAN网需与传输微网格协同规划，C-RAN片区划分可基于传输综合业务接入区的微网格划BBU池辖区，每个BBU池只下挂其辖区内的RRU。
微网格：根据综合业务接入区内光交箱、基站/集客/家宽等业务分布情况，将综合业务接入区划分为更小的网格管理单元，即为“微网格”。其覆盖半径根据业务密集程度一般为 100m～600m。
4.4 C-RAN方式具有如下优点
（1）节省传输设备。D-RAN部署一般而言1个BBU需要配置1端传输设备，采用C-RAN方式后，1端传输设备可以满足多个BBU的传输需求，如果BBU集中放置机房设置在传输资源比较丰富的核心汇聚机房，还可以利旧现有传输资源。
（2）集中式方案，为站间协同提供了理想时延，易于实现CA，CoMP、 Super Cell、D-MIMO 等功能
（3）提高了传输系统的安全性。BBU集中放置在条件较好的机房，电源有保障，线路资源更加丰富，传输系统的安全性大大提高。
（4）BBU集中放置后便于设备的维护和扩容。
（5）BBU集中放置后可以集中配置BBU小区，减少BBU使用量，提高BBU利用率，减少投资，节省资源。 但同时C-RAN模式也存在一定的缺点：
（1）增加了对主干光缆纤芯的需求。
（2）BBU至AAU之间的光缆距离长，光纤跳节点增多，隐患点增多。
（3）由于BBU与AAU之间一般采用星形连接方式，一旦出现主干光缆发生中断，将会发生较大面积的RRU断站的情况，影响面较大。
（4）站点还有AAU等设备，AAU需要供电，仍然需要考虑AAU的取电和电源保障问题。
五、CU云化部署方式
CU云化部署AAU设备布放于无线基站，CU/DU分设，其中DU可以根据业务需求情况布放于无线基站或接入机房，CU部分通过云化方式部署在数据中心中，主要通过虚拟化NFV技术实现。
采用CU和DU架构可以将核心网絡的功能下移，且原先所有的L1、L2、L3层功能都能在BBU中实现，并且实现分离，可以分别放置在CU或者DU甚至RRU中实现。
这种架构下，NR协议栈的功能可以动态配置和分割，其中一些功能在CU中实现，剩余功能在DU中实现。为满足不同分割选项的需求，需要支持理想传输网络和非理想传输网络。CU与DU之间的接口应当遵循3GPP规范要求。
5.1 DU部署
为了使靠近天面的一侧可以更快的实时进行数据处理的功能。建议DU部署在无人机房的贴面测。由于5G的带宽不断增大，天线数量也较多。RRU与BU之间的CPRI的带宽经常达到100GBPS量级。所以建议在进行DU部署时，将 BBU和RRU部署在较近的距离。通常建议部署在数百米之内可以。使用短距高速光模块，这样的部署方式可以降低部署成本。这样的部署方式，还有利于后续融入4/5G的BBU，以及引入同时引入4/5G的协同技术
5.2 CU部署
传输网（如SPN）可分为三级架构：接入环、汇聚环和核心环，相应的，CU部署位置也有四种：接入机房、汇聚机房、骨干汇聚机房和核心机房，如下图所示：
5.3 CU-DU分设的优缺点
CU-DU分离架构的三大显著优势为：实现基带资源的共享，提升效率;降低运营成本和维护费;更适用于海量连接场景。将CU-DU进行分离架构的方式还可以使5G的接入网后续具有更强的可扩展性，具体表现在以下几个方面：
基于CU可以更进一步的构建智能化的网络，引入热门的人工智能和大数据的方式。实现人工智能与大数据的完美融合。例如，对相关用户可以进行基于CU的大数据分析，利用CU-DU分离的架构方式。提升网络的性能，同时还可以对相关的算法进行快速的迭代。这样的架构方式不仅可以降低运维成本，进一步促进设备的更新迭代和智能的运维，还可以在人工智能的协助下进一步降低网络优化的成本，提高网络优化的效率。增加企业的收益。
基于CU可以实现业务创收方式的改进，实现数字化的服务，通过CU与MEC的集成部署，为数字创收提供了一种新的思路。具体来讲就是依托于CU实现无限能力的开放，通过设计更多的贴近用户的新业务的部署，实现数字化服务的创收。提高企业的收益。通过MEC部署对新业务进行有效的支撑，从而实现数字化业务的快速更新和上线。
CU-DU 分离架构可能遇到的三大问题包括：单个机房的功率容量有限;网络规划及管理更复杂时延问题。
六、结束语
本文通过阐述了5G基站的三种部署方式，得出C-RAN部署方式是最符合投资节省和当前技术发展趋势，特别是CU云化方式是符合运营商发展垂直行业最好的网络部署方式，将助力运营商开辟传统流量和人口红利模式外的业务新增长点。
参 考 文 献
[1] 闫渊，陈卓， 5G中CU-DU架构、设备实现及应用探讨[J]. 移动通信， 2018，42（01）： 27-32
[2] 余嗣兵， 浅析5G有线接入建设方案[J]. 邮电设计技术， 2020（01）：75-77
[3]Qorvo技术社区、5G系统RAN架构解析之CU和DU的应用和功能切分方式
冯幸（1979.04），男，广东茂名，研究生，工程师，从事通信工程建设管理工作（中国移动通信集团广东公司佛山分公司）;
钟其铿（1984.07），男，广东湛江，本科生，工程师，从事通信工程设计规划工作（广东南方电信规划咨询设计院有限公司）。