采用C-RAN过程中的挑战

      2017-07-27

      之前发表在Light Reading

      电信业的伟大之处就在于人们不停地发明出新的缩略词。有时候,我们会忘记某个缩略词代指什么,而有时候对两个不同的人来说某个缩略词的含义可能又不同。以C-RAN为例。我们都同意RAN代指无线接入网。但C到底是代指集中型还是云呢?也许更准确地说C代指中国,因为它似乎来自于中国这个词。

      实际情况是,C-RAN即代指集中型RAN,也代指云RAN,正如2013年Heavy Reading报告所解释的一样:《C-RAN和LTE Advanced:通向“真正4G”和更高速率的道路》。C-RAN的最初焦点在集中化上,但最终又被转移到云化上。集中化阶段的主要任务是将基带单元(BBU)从蜂窝发射塔的底部挪到一个可以同时服务多个发射塔的地方。这样做可以在土地、能耗和冷却成本方面实现规模经济效益,其综合成本可能是无线网运营成本的三分之二(除非在冷却不算什么问题的冰岛)。将多个BBU集中部署到一个安全的地方还可以减少维护成本。

      而在接下来的一个阶段——云化阶段中,我们将基于硬件的专用BBU替换为基于软件的BBU(当然,仍然是专用)取代,然后在虚拟机(专用或开源)上运行,这些虚拟机本身又在COTS服务器(通常使用Intel的专用x86处理器架构)之上运行。

      但并非所有的BBU功能都可以由COTS服务器处理,因此仍然需要一些专用硬件。BBU可执行多个功能,某些功能有严格的时间限制,要求DSP才能满足,而其它功能可由在标准CPU上运行的软件进行处理。非实时的2层和3层功能可作为虚拟网络功能(NFV),运行在NFV云中。然而,实时的1层功能(实时的数字化处理、告警和错误处理、纠错)比较难以虚拟化,因此会继续在和射频拉远头(RRH)部署在一起的数字信号处理器(DSP)上运行。

      但是,经过重新设计的BBU可以将很多例行处理任务分流到COTS上,从而实现通过NFV将硬件整合起来的梦想。理论上,与为每个蜂窝发射塔部署一个专用BBU的传统方法相比,这样做可以节省CAPEX和OPEX。2015年的一篇文章指出,中国移动的CAPEX降低了30%,而OPEX则降低了53%。

      这听起来很容易, 不用动脑子就能做成,对吗?但事实上,当BBU和RRH相距很远时,达到TD-LTE和GSM的严格延迟要求是个相当大的挑战。

      前传延迟挑战

      将集中部署的BBU与RRH(功率放大器、滤波器和天线)连接起来的那段光纤被称为前传,而更为人所知的回传指将BBU连接到核心网的那部分光纤。

      集中型BBU与RRH之间的传输协议要么是通用公共无线接口(CPRI)协议,要么是开放式基站架构联盟(OBSAI)协议。在CPRI协议中,每个蜂窝、每个载波频段和每种技术都需要一个光纤链路。例如,如果某个蜂窝基站有三个扇区,每个扇区有1个2G频段、1个3G频段和2个LTE频段,会要求在每个方向,即上行和下行方向有12个CPRI链路。现在有多种光分配技术可供选择,包括专用光纤、无源WDM、有源WDM、NG-PON2以及不久前出现的以太网回传。

      问题是CPRI最初用于老旧的分布式架构中BBU与RRH之间的光链路,两者之间的距离通常小于100m。在C-RAN架构中,二者之间的距离最远可达25km,带来更加严格的往返时间、延迟和光功率衰减要求。这使得选择正确合适的光分配技术非常关键。例如,无源光网络会造成较高的功率损耗(5-10 dB),但延迟较低。相反,有源WDM网会在每一跳重新生成信号,这样做就消除了功率损耗问题,但会增加延迟。

      FTTA安装的质量较差可能会造成反噬

      假如您已经在光网络中设计解决了功率损耗和延迟之间的取舍问题,但仍然会面临在现场将它付诸实践的挑战。对于许多运营商来说,C-RAN将基于现有的光纤到天线(FTTA)部署方案,用光纤取代通常将发射塔底部机柜内的BBU和位于塔顶的RRH连接起来的那部分铜缆。如果FTTA的部署不够认真仔细,当运营商在从FTTA升级到C-RAN时,假如通往RRH的最后一段光纤被熔接到通往集中型BBU的较长光纤链路时,可能出现质量问题。回到蜂窝基站、爬上天线桅杆并排除造成无线性能劣化的问题根源将极大地增加C-RAN的部署成本,从而降低其投资回报(ROI)。正如我祖母从未说过的一样:“一针及时省九针。”