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5G 无线接入网络是如何形成的?

对于5G,华为提出了几个特征:峰值网络速率达到10Gbps、网络传输速度比4G快10—100倍、网络时延从4G的50毫秒缩短到1毫秒、满足1000亿量级的网络连接、整个移动网络的每比特能耗降低1000倍,那么5G网络是如何建成的呢?请看晟科通信的分部讲解。

首先大家看一下这个简化版的移动通信架构图:

无线接入网,也就是通常所说的RAN(Radio Access Network),简单地讲,就是把所有的手机终端,都接入到通信网络中的网络,大家耳熟能详的基站(BaseStation),就是属于无线接入网(RAN)。

虽然我们从1G开始,历经2G、3G,一路走到4G,号称是技术飞速演进,但整个通信网络的逻辑架构,一直都是:手机→接入网→承载网→核心网→承载网→接入网→手机。通信过程的本质,就是编码解码、调制解调、加密解密。

要做的事情就这么多,各种设备各司其职,完成这些事情。

通信标准更新换代,无非是设备改个名字,或者挪个位置,功能本质并没有变化。

基站系统,乃至整个无线接入网系统,亦是如此。

一个基站,通常包括BBU(主要负责信号调制)、RRU(主要负责射频处理),馈线(连接RRU和天线),天线(主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换)。

基站的组成部分,在最早期的时候,BBU,RRU和供电单元等设备,是打包塞在一个柜子或一个机房里的。

基站一体化,后来,慢慢开始发生变化,怎么变化呢?通信砖家们把它们拆分了。首先,就是把RRU和BBU先给拆分了。

硬件上不再放在一起,RRU通常会挂在机房的墙上。

BBU有时候挂墙,不过大部分时候是在机柜里

再到后来,RRU不再放在室内,而是被搬到了天线的身边(所谓的“RRU拉远”),也就是分布式基站DBS3900,我们的余承东总裁当年在圣无线的时候就是负责这方面变革的专家,该产品一出解决了欧洲运营商的刚需,为打开欧洲市场立下了汗马功劳。

天线+RRU

这样,我们的RAN就变成了D-RAN,也就是Distributed RAN(分布式无线接入网)。

这样做有什么好处呢?

一方面,大大缩短了RRU和天线之间馈线的长度,可以减少信号损耗,也可以降低馈线的成本

另一方面,可以让网络规划更加灵活。毕竟RRU加天线比较小,想怎么放,就怎么放。

说到这里,请大家注意:通信网络的发展演进,无非就是两个驱动力,一是为了更高的性能,二是为了更低的成本。

有时候成本比性能更加重要,如果一项技术需要花很多钱,但是带来的回报少于付出,它就很难获得广泛应用。

RAN的演进,一定程度上就是成本压力带来的结果。

在D-RAN的架构下,运营商仍然要承担非常巨大的成本。因为为了摆放BBU和相关的配套设备(电源、空调等),运营商还是需要租赁和建设很多的室内机房或方舱。

大量的机房=大量的成本

于是,运营商就想出了C-RAN这个解决方案。

采用C-RAN之后,通过集中化的方式,可以极大减少基站机房数量,减少配套设备(特别是空调)的能耗。

若干小机房,都进了大机房,机房少了,租金就少了,维护费用也少了,人工费用也跟着减少了。这笔开支节省,对饱受经营压力之苦的运营商来说,简直是久旱逢甘霖。另外,拉远之后的RRU搭配天线,可以安装在离用户更近距离的位置。距离近了,发射功率就低了。

低的发射功率意味着用户终端电池寿命的延长和无线接入网络功耗的降低。说白了,你手机会更省电,待机时间会更长,运营商那边也更省电、省钱!

此外,BBU基带池既然都在CO(中心机房),那么,就可以对它们进行虚拟化了!虚拟化,就是网元功能虚拟化(NFV)。简单来说,以前BBU是专门的硬件设备,非常昂贵,现在,找个x86服务器,装个虚拟机(VM,Virtual Machines),运行具备BBU功能的软件,然后就能当BBU用啦!

在5G网络中,接入网不再是由BBU、RRU、天线这些东西组成了。而是被重构为以下3个功能实体:CU(Centralized Unit,集中单元),AAU(Active Antenna Unit,有源天线单元),DU(Distribute Unit,分布单元)

CU:原BBU的非实时部分将分割出来,重新定义为CU,负责处理非实时协议和服务AAU:BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。DU:BBU的剩余功能重新定义为DU,负责处理物理层协议和实时服务。简而言之,CU和DU,以处理内容的实时性进行区分。

简单来说,AAU=RRU+天线

之所以要BBU功能拆分、核心网部分下沉,根本原因,就是为了满足5G不同场景的需要。5G是一个“万金油”网络,除了网速快之外,还有很多的特点,例如时延低、支持海量连接,支持高速移动中的手机,等等。

简单概括,就是拆分、拆分、再拆分,软件、软件、更软件。在将来,核心网的硬件和IT行业的硬件一样。而核心网的软件,就变成手机上面的app一样。通过以上的讲解希望对大家理解无线通信的网络架构有所帮助!

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