C-RAN带来无线移动通信的新机遇和挑战

摘要：C-RAN技术概念，在某种程度上“颠覆”了传统的移动通信网络架构，并由此产生新的网络建设模式和设备形态，为移动通信设备市场开辟了新的发展机遇。但也需要看到，C-RAN在具体技术环节上仍存在一些关键技术问题仍待攻克，这些问题解决的进度将直接影响C-RAN技术的应用和推广。

1 引言

随着近几年能源和电力价格的上涨，全球移动通信网络运营商面临日渐严重的成本压力。欧洲各国2003~2009年间，工业电价年均上涨约10.47%，居民电价年均上涨约8.05%。自2004年以来，中国销售电价共调整6次，累计每千瓦时上调13.43分钱，年均上涨约4%，考虑到近两年国内用电缺口因素，国内电价短期内仍有进一步上涨的可能。

运营商获取站址和机房的难度也在不断加大。全球大多数主流运营商通常同时拥有2~3个不同通信制式的网络，为保证网络的服务质量，需要部署大量的基站以解决网络覆盖的问题。站址和机房资源的相对稀缺，与不断增长的基站数量的矛盾在一定时期内无法协调，目前已成为运营商无法回避的难题。

尽管在运营成本方面面临巨大压力，运营商的“盈利”能力并不随之提高。由于电信市场的激烈竞争，单用户平均收入(ARPU)增长缓慢甚至下降。运营商收入的下降必将导致建网和设备采购投资的压缩，进而影响到全行业的整体发展。面对这种局面，出于行业持续盈利和长期发展考虑，移动通信行业必须开辟一种新的思路。

2010年4月，中国移动正式发布了面向绿色演进的新型无线网络架构C-RAN白皮书，阐述了对未来集中式基带处理网络架构技术发展的愿景。它有四个目标：

(1)降低能源消耗，减少资本支出和运营支出。

(2)提高频谱效率，增加用户带宽。

(3)开放平台，支持多标准和平滑演进。

(4)更好地支持移动互联网服务。

C-RAN技术直接从网络结构入手，以基带集中处理方式共享处理资源，减少能源消耗，提高基础设施利用率。随着研究的进展，C-RAN技术概念不断被充实，并被赋予新的内涵。

2 C-RAN的技术概念

C-RAN的系统架构，主要是由远端无线射频单元(RRU)与天线组成的分布式无线网络，具备高带宽、低延迟的光传输网络连接远端无线射频单元，通用处理器和实时虚拟技术组成的集中式基带处理池三大部分组成。所有基带处理单元和远端无线射频单元通过高带宽、低延迟的光传输网络连接起来。基带处理单元(BBU)集中在一个物理站点构成基带池。基带池中多个基带处理单元之间通过高带宽、低延迟、灵活拓扑、低成本交叉连接。基带池上需要应用基站虚拟化技术，支持基带池物理资源和计算能力的虚拟分配和组合。

C-RAN在技术实现上分为三个阶段，逐步演进：

(1)C-RAN集中化基站部署

集中式基站内多个BBU互联互通构成高容量、低延迟的互联架构。远端的RRU通过互联架构交换到集中式基带池中任一个BBU。这种方式是对现有DSP平台的BBU进行集中化集成，可有效实现载波负载均衡、容灾备份，并达到提高设备利用率、减少基站机房数量、降低能耗的目的。

另外，基于传统的CPRI/Ir/OBRI接口，实现不同厂家的RRU与基带池互联。

(2)基于软件无线电和协作式无线信号处理的统一开放平台

在集中式基站基础上，通过软件无线电技术实现多标准的统一开放的BBU基带池平台，并利用基带池中BBU间高速高效的调度信息、用户数据交互，实现多点协作式信号处理，达到减少无线干扰、提高系统容量的目的。

在应用软件无线电方面，目前主要两种思路：信号处理器(DSP)平台和通用处理器(GPP)平台。两种思路各有优势，DSP是目前电信行业比较成熟应用的技术，而GPP虽然目前在功耗性能上与DSP有一定差距，但具有后向兼容好的特点，有利于系统的平滑演进。

协作式无线信号处理包含两种方式：联合接收和发送、协作式调度和协作式波束赋形。协作式无线信号处理主要是提高系统的频谱利用率和小区边缘的吞吐量。

(3)基于实时云架构的虚拟化基站

在基于软件无线电技术的统一开放的BBU基带池平台的基础上，在实时云架构基带池系统软件的控制下，形成更为巨大的实时云架构基带池。云架构基带池为每个接入的RRU指配虚拟的基带处理资源。多个云架构基带池之间可以通过高速光传输网络相连，相互协作，实现系统的负载平衡、容灾备份。

C-RAN中的“C”目前实际上有四重含义，即基于集中化处理(Centralized Processing)，协作式无线电(Collaborative Radio)和实时云计算构架(Real-time Cloud Infrastructure)的绿色无线接入网构架(Clean System)。

3 C-RAN的技术优势

与传统的移动通信网络架构相比，C-RAN打破了RRU和BBU之间近距汇接的网络结构。站址位置仅需天面，不依赖机房。以目前的技术手段，理论上10km范围内只要建设1个BBU机房，就可以实现对300km2区域的覆盖。

C-RAN的技术优势主要体现在如下几个方面：

(1)降低网络能耗

集中化方式可以极大地减少机房的数量，机房配套设施也相应减少，特别是空调等散热系统的减少，对网络节能降耗的作用特别明显。

通过对集中式基带池的物理和逻辑资源的集中化管理，可以达到资源的最优化运用，有效应对移动通信系统的潮汐效应;同时配合一些节能技术的应用，可在网络负荷较轻的情况下，关闭RRU和BBU的一些资源，达到省电的目的。

(2)降低运营商资本支出(CAPEX)和运维成本(OPEX)

根据运营商的统计，因勘站、土建和配套设施而产生的成本支出目前大致已占到每站点CAPEX的50%左右，站点租金和电费约占每站点OPEX的70%以上。近年来，房屋租赁价格和电价的持续上涨，造成运营企业的建设和运维成本大大增加。

C-RAN集中化结构将BBU集中于区域汇接机房，站址处只保留天面，可有效减少因站址机房建设和租赁、空调等附属设施耗电带来的成本的压力。

(3)负载均衡和干扰协调

基带资源集中化的一个好处是，网络可以根据较大范围的区域内无线业务负载的变化进行自适应的均衡处理，同时可以对大片区域内的无线资源进行联合调度和干扰协调，从而提高频谱利用率和网络容量。