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5G接入网学习:什么是C-RAN、D-RAN?

程序员文章站 2022-06-17 18:55:03
1、什么是D-RAN?RAN(Radio Access Network)即无线接入网,我们一般都以基站直接代指整个无线接入网,因此从基站的角度来看各种不同的RAN其实是基于**基站发展**的不同阶段演化出的不同形态。基站一般可分为三部分:BBU(基带处理单元)、RRU(射频拉远单元)和天线。在1G和2G时代,BBU,RRU和供电单元等设备是放在一个柜子里的;到了3G时代,提出了分布式基站,也就是将BBU和RRU分离,RRU甚至可以挂在天线下边,不必与BBU放放在同一个机柜里。...

引言:随着技术的发展,无线接入网RAN不断演进出各种形态,C-RAN、D-RAN则是当前主流代表性的基站形态。


1、什么是D-RAN?

 RAN(Radio Access Network)即无线接入网,我们一般都以基站直接代指整个无线接入网,因此从基站的角度来看各种不同的RAN其实是基于基站发展的不同阶段演化出的不同形态。

 基站一般可分为三部分:BBU(基带处理单元)、RRU(射频拉远单元)和天线。

 在1G和2G时代,BBU,RRU和供电单元等设备是放在一个柜子里的;到了3G时代,提出了分布式基站,也就是将BBU和RRU分离,RRU甚至可以挂在天线下边,不必与BBU放在同一个机柜里,这就是D-RAN(分布式无线接入网)。

 4G基站基本上延续了3G的D-RAN结构;BBU单独放在机柜中,RRU和天线挂在铁塔上;也就是当前最主流的接入网形态,如下所示:
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2、从D-RAN到C-RAN

 随着网络的演进和技术的发展(主要是运营商维护成本太高),C-RAN接入架构应运而生。

 C-RAN(Centralized RAN)集中化无线接入网;继续采取BBU和RRU分离的方案,但是RRU无限接近于天线,这样大大减少了通过馈线(天线与RRU的连接)的衰减;同时BBU迁移并集中于CO(中心机房),形成BBU基带池;而CO与RRU通过前传网络连接。这样非常有利于小区间协同工作。

 C-RAN是基于集中化处理、协作无线电、实时云计算的绿色无线接入网架构,其基本思想是通过充分利用低成本高速光传输,直接在远端天线与集中化的中心节点间传递无线信号,以构建覆盖上百个基站服务区域,甚至上百平方公里的无线接入系统。C-RAN架构适用于协同技术,能够减少干扰,降低功率,提升频谱效率。实现动态智能化组网,有利于降低成本,便于维护和减少运营支出。目前的研究内容包括C-RAN的架构和功能,如BBU基带池、RRU(射频拉远模块)接口定义以及基于C-RAN的更紧密协作(如基站族、虚拟小区等)
 如下图所示为不同接入架构形态的对比:
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 可以看出,C-RAN是对分布式基站的进一步演进,将BBU处理资源集中化、开放化和云计算化为资源池,通过高带宽低时延的光纤或光传输网连接远端无线射频单元,每个BBU能连接10-100个RRU。
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基于C-RAN的组网架构,使其具有如下优势:

无线性能方面

  • BBU集中化使得BBU之间的延迟大大降低,确保了小区的边缘吞吐率
  • RRU到用户的距离大大缩短,从而降低了发射功率;(这意味着用户终端电池寿命的延长和无线接入侧功耗的降低)
  • RRU到用户的距离大大缩短,从而降低了发射功率;(这意味着用户终端电池寿命的延长和无线接入侧功耗的降低)
  • 所有基站共享一个基带池,处理资源得到最优利用。

成本方面

  • 机房数量、站址配套、站址租赁等费用大幅度降低,节省了建设和运营成本;
  • 无线侧管理趋于统一,削减了扩容与升级成本。

3、C-RAN网络演进

 C-RAN架构也在不断演进,主要是成本和技术的原因;现网大量使用D-RAN,改成C-RAN需要成本,并且C-RAN许多技术也不够成熟,无法一步到位。

3.1 RRU拉远

 RRU拉远是根据建网需求在某地建站时不再在站址建设BBU机房,而是通过附近其他站点(信源站点)机房拉出光纤到本站的方式组网。
 这是对D-RAN改造最少的方式,兼顾了成本和效率,技术上也较成熟。
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RRH:和RRU是一个东西,都是射频单元,不过RRH一般用于室内。
D-RoF:数字光载无线通信;指RRU到BBU之间的传输,一般利用光纤进行回传。
CSG:基站侧网关,这个设备主要是用于承载网层面,最终将信息传回IP/MPLS网络。

3.2 BBU集中

 BBU集中是RRU拉远的进一步演进,更加强调BBU的集中部署。中心机房将部署更多的BBU,形成BBU池,可以支持更多站点。
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 从RRU到BBU之间的传输叫做“前传”,一般采用CPRI/eCPRI接口;这一部分通常使用光纤进行传输。有时间我们再聊聊“前传、中传、回传以及对应接口等”内容。

3.3 BBU虚拟化

 BBU虚拟化意味着不需要专用的BBU基带处理单元,使用通用服务器就可以虚拟出BBU来完成大部分的BBU日常功能处理。这种虚拟化的方式简化了网络管理,并使得资源池和无线资源得到了有效协调。
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4、5G中RAN物理结构

 5G中对BBU进行了拆分,引入了分布单元DU和集中单元CU的概念,使得RAN组网方式能够更加灵活。5G中RAN并不是只有C-RAN架构,D-RAN也在大量的使用,特别是早期部署的时候。

 DU和CU的布放决定着接入网架构;根据对DU和CU的功能划分以及对4G网络的继承,一般DU分布单元都是放在BBU盒中,CU可放在BBU盒中或通过虚拟化实现。

CU:集中单元,非实时的慢速处理模块(比如切换、RRC连接管理),Non Realtime;这个模块有可能进行集中云化。
DU:分布单元,实时的快速处理模块(比如编解码、快速调度),Realtime, 这部分功能很难云化,仍然放在接近站点的位置

 所以前面关于C-RAN的演进并不完全对应5G的RAN架构(有相同也有差异),这里将5G的接入网架构划分为4类:

  1. CU非云化的D-RAN
    CU 和DU 都放在BBU盒子中,放在站点, 这就是我们最熟悉的3G/4G的基站形态,也就是RRU+BBU(含CU和DU);这种方式就是传统的D-RAN,强调基带和射频模块的分离布放。

  2. CU非云化的C-RAN
    CU 和DU 都放在BBU盒子中,BBU盒子找个机房,集中堆放,达到节约空间、机房设施,同时还能让集中堆放的BBU资源共享,相互协同。这种方式就是传统的C-RAN,强调BBU的集中部署。

  3. CU云化的D-RAN
    DU 都放在BBU盒子中,CU 部分通过云化方式实现(在数据中心通过虚拟化NFV技术实现),这就是CU的云化。而BU的BBU盒子继续放置在站点的方式就是CU云化的D-RAN。

  4. CU云化的C-RAN
    CU通过虚拟化部署在数据中心,DU的BBU盒子集中放置的函数就是云化的C-RAN。

个人能力水平有限,如有不足之处,望海涵。


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