科技前沿丨什么是5G接入网

栏目:串珠 来源:车行天下 时间:2019-08-16

科技前沿

第十二期

经常看新闻的你一定知道

世界各国的5G通信建设正在如火如荼的建设中

所以,今天要介绍的研究对象,就是5G接入网。

什么是接入网?

接入网,

在我们无线通信里,

一般指无线接入网

即通常所说的RAN(Radio Access Network)。

说白了,

把所有的手机终端,

都连接到网络里面的这个功能,

就是无线接入网。

大家耳熟能详的基站(BaseStation)

就是属于无线接入网(RAN)。

无线基站

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”)。

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。

于是,运营商就想出了C-RAN这个解决方案。

C-RAN,意思是Centralized RAN,

集中化无线接入网。

这个C,不仅代表集中化,还代表了别的意思:

除了RRU拉远之外,

它把BBU全部都集中关押起来了。

关在哪了?中心机房(CO,Central Office)。

这一大堆BBU,

就变成一个BBU基带池。

C-RAN这样做,

非常有效地解决了前文所说的成本问题。

你知道整个移动通信网络中,

基站的能耗占比大约多少吗? 72%

你知道基站里面,

空调的能耗占比大约多少吗? 56%

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。

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!

更重要一点,除了运营商可以省钱之外,

采用C-RAN也会带来很大的社会效益,

减少大量的碳排放(CO2)

此外,分散的BBU变成BBU基带池之后,

更强大了,可以统一管理和调度,

资源调配更加灵活

C-RAN下,基站实际上是“不见了”,

所有的实体基站变成了虚拟基站

所有的虚拟基站在BBU基带池中

共享用户的数据收发、信道质量等信息。

强化的协作关系,

使得联合调度得以实现。

小区之间的干扰,

就变成了小区之间的协作(CoMP)

大幅提高频谱使用效率

也提升了用户感知。

到了5G时代,

接入网又发生了很大的变化。

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)

DU(Distribute Unit,分布单元)

AAU(Active Antenna Unit,有源天线单元)

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。

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。

不同场景下,

对于网络的特性要求

(网速、时延、连接数、能耗...),

其实是不同的,有的甚至是矛盾的。

例如,你看高清演唱会直播,

在乎的是画质,

时效上,整体延后几秒甚至十几秒,

你是没感觉的。

而你远程驾驶,在乎的是时延,

时延超过10ms,都会严重影响安全。

所以,把网络拆开、细化,

就是为了更灵活地应对场景需求。

说到这里,

就要提到5G的一个关键概念——「切片」

切片,简单来说,就是把一张物理上的网络,

按应用场景划分为N张逻辑网络。

不同的逻辑网络,服务于不同场景。

网络切片,可以优化网络资源分配,

实现最大成本效率,满足多元化要求。

可以这么理解,

因为需求多样化,所以要网络多样化;

因为网络多样化,所以要切片;

因为要切片,所以网元要能灵活移动;

因为网元灵活移动,所以网元之间的连接也要灵活变化。

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