什么是D-RAN, C-RAN, Cloud-RAN

摘要:
答案是既能在站点上放置,即DRAN,也可以集中放置,即CRAN因此在云化CloudRAN的情况下,也会有DRAN,和CRAN的部署方式了5GDRNCRANCloudRAN在讨论中,我们没有讨论射频模块,即俗称RRU的布放,因为无论是RRU,还是集成了天线的AAU,都是独立部署的。

5G的无线网络, 无论SA还是NSA, 无线网络的性能有了很大提升,但是从功能上说,基本继承了原来的3G/4G: 逻辑信道、协议分层等。

网络划分,我们通过几个方面进行解读:无线网络功能、BBU的基带、CU/DU分离

无线网络的功能,我们一般这样拆分:

射频收发模块, 即RF单元(通常叫做RRU)

基带处理模块, 即Baseband Processing(简称BBU)。

对于BBU的基带处理,我们可以再拆分成:

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,我们有可能进行集中云化,称为CU

实时的快速处理模块(比如编解码、快速调度), Realtime, 这部分, 我们很难云化, 仍然放在接近站点的位置,称为DU

对于CU, DU我们如何物理上布放,有几种选择:

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),这种传统方式,我们称为DRAN,distributed, 强调基带 和射频模块的分离布放,

简单的说多个BBU完全独立,不共站址部署的形态,我们称之为D-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。站点布放RRU, BBU集中堆放在接近站点(通常是几公里~十几公里远)的某个机房。这种方式,我们称为CRAN, centralized,强调BBU的集中部署。

简单的概述:多个BBU共站部署此时BBU的基带资源池可能共享也可能彼此独立。这种形态我们称之为C-RAN

DU 都放在BBU盒子中,CU 部分,通过云化方式实现,在数据中心中,通过虚拟化NFV技术实现。也就是所谓的Cloud RAN

CU部署在数据中心了, 那么部署DU的BBU盒子放在哪呢?答案是既能在站点上放置, 即DRAN, 也可以集中放置,即CRAN

因此在云化Cloud RAN的情况下, 也会有DRAN, 和CRAN的部署方式了

什么是D-RAN, C-RAN, Cloud-RAN第1张

5G DRN CRAN CloudRAN

在讨论中, 我们没有讨论射频模块,即俗称RRU的布放, 因为无论是RRU, 还是集成了天线的AAU, 都是独立部署的。

当然在small cell的Micro BTS和Pico BTS解决方案中, BBU是不存在的,基带处理和RRU、天线都是集成在一起的, 也就是一体化的BTS。这又是一种形态了。

最后我们可以这样认知DRAN,CRAN和CloudRAN:

在无线网络组网架构,既可以是云化的, 也可以是非云化的,BBU既可以站点布放,也可以集中堆放, 即存在如下几种形态:

CU非云化的DRAN

CU非云化的CRAN

CU云化+DRAN

CU云化+CRAN

三种架构的适用场景

D-RAN:低时延业务场景、网络初期快速部署;

C-RAN:站址机房空间不足、前传光纤资源受限、BBU基带资源池化需求;

Cloud-RAN:与MEC共平台部署、集中管理和协同要求、采用通用化器件、基于切片的编排和弹缩

5G C-RAN的需求

未来5G网络需要支持多种业务和应用场景,主要有:a、更高带宽、更低时延的增强移动宽带eMBB(Enhanced Mobile Broadband)业务

b、支持海量用户连接的物联网mMTC(Massive Machine-Type Communication)业务c、超高可靠性、超低时延的工业物联网等垂直行业应用uRLLC(Ultra Reliable & Low Latency Communication)。

5G的实现及部署,一方面是技术上的演进创新,例如网络架构、空口技术等的不断演进创新,另一方面也对运营商的网络运营和管理提出了更高的要求。传统运营商已逐步意识到,随着5G的来临,传统运营商需要向综合平台运营商转型。如何提供一个能够面向各类应用、高效、灵活、低成本、易维护、开放、便于创新的网络平台,将是运营商在5G时代竞争力的核心所在。

从无线接入网的角度看,支持未来5G网络存在如下需求:
A、灵活的无线资源管理需求
B、空口协调和站点协作需求
C、功能灵活部署及边缘计算的需求
D、增强网络自动化管理的需求

5G C-RAN的概念

C-RAN(Centralized, Cooperative, Cloud and clean RAN)[1][5]的基本定义是:基于分布式拉远基站,云接入网C-RAN将所有、或部分的基带处理资源进行集中、形成一个基带资源池并对其进行统一管理与动态分配,在提升资源利用率、降低能耗的同时,通过对协作化技术的有效支持而提升网络性能。
通过近些年的研究,C-RAN的概念也在不断演进,尤其是针对5G高频段、大带宽、多天线、海量连接和低时延等需求,通过引入集中和分布单元CU/DU(Centralized Unit/ Distributed Unit)的功能重构及下一代前传网络接口NGFI(Next-generation Fronthaul Interface)前传架构,5G C-RAN概念需要与时俱进。

5G C-RAN的演进

主要演进有两点:
1、在无线资源虚拟化中引入NFV(NetworkFunction Virtualization,网络功能虚拟化)和SDN(SoftwareDefined Network,软件定义网络)
2、5G网络中BBU功能进一步切分为CU(Central Unit)和DU(Distributed Unit)

CU和DU功能的切分以处理内容的实时性进行区分:CU设备主要包含非实时性的无线高层协议栈功能,同时也支持部分核心网功能下层和边缘应用业务的部署;而DU设备主要处理物理层功能和实时性需要的层2功能。考虑节省RRU和DU之间的传输资源,部分物理层功能也可上移至RRU实现。

从具体的实现方案上,CU设备采用通用平台实现,这样不仅可支持无线网功能,也具备了支持核心网功能和边缘应用的能力,DU设备可采用专用设备平台或通用+专用混合平台实现,支持高密度数学运算能力。引入网络功能虚拟化NFV框架后,在管理编排器MANO(Management and Orchestration)的统一管理和编排下,配合网络SDN控制器和传统的操作维护中心OMC(Operating and Maintenance Center)功能组件,可实现包括CU/DU在内的端到端灵活资源编排能力和配置能力,满足运营商快速按需的业务部署需求。

在4G网络中,C-RAN相当于BBU、RRU 2层架构;在5G系统中,相当于CU、DU和RRU 3层架构。

什么是D-RAN, C-RAN, Cloud-RAN第2张

5G C-RAN基于CU/DU的两级协议架构、NGFI的传输架构及NFV的实现架构,形成了面向5G的灵活部署的两级网络云构架,将成为5G及未来网络架构演进的重要方向。与传统4G C-RAN无线网络相比,5G C-RAN网络依然具有集中化、协作化、云化和绿色四大特征,只是具体内涵有一些演进:

集中部署。
传统4G C-RAN集中化是一定数量的BBU被集中放置在一个大的中心机房;随着CU/DU和NGFI的引入,5G C-RAN逐渐演变为逻辑上两级集中的概念,第一级集中沿用BBU放置的概念,实现物理层处理的集中,这对降低站址选取难度、减少机房数量、共享配套设备(如空调)等具有显而易见的优势。可选择合适的应用场景,有选择地进行小规模集中(比如百载波量级);第二级集中是引入CU/DU后无线高层协议栈功能的集中,将原有的eNodeB功能进行切分,部分无线高层协议栈功能被集中部署。

协作能力。对应于两级集中的概念,第一级集中是小规模的物理层集中,可引入CoMP、D-MIMO等物理层技术实现多小区/多数据发送点间的联合发送和联合接收,提升小区边缘频谱效率和小区的平均吞吐量。第二级集中是大规模的无线高层协议栈功能的集中,可借此作为无线业务的控制面和用户面锚点,未来引入5G空口后,可实现多连接、无缝移动性管理、频谱资源高效协调等协作化能力。

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