C-RAN让无线接入网绿色演进

传统架构的无线接入网在移动互联网时代面临着降低成本、提高性能和节能减排的挑战，因此，必须引入新的网络构架以适应新的环境，找到一条高性能、低费用的绿色无线接入网实现方法。

当今，移动运营商正面临着激烈的竞争，用于建设、升级无线接入网的支出不断增加，与此同时，运营庞大的基站数量，意味着高额的运维支出(能源消耗、人工维护等)。随着移动互联网、物联网逐渐兴起，无线网络中的数据流量迅速上升，另外，随着竞争加剧，单用户的ARPU值增长缓慢，世界上很多运营商的ARPU还在不断下降，这些因素都将严重地影响移动运营商的盈利能力。

为了保持持续盈利和长期增长，移动运营商必须追求低成本，为用户提供服务无线接入网(RAN)是移动运营商赖以生存的重要手段，通过无线接入网可以向用户提供7×24小时不间断、高质量的数据服务。传统的无线接入网具有以下特点：第一，每个基站连接若干固定数量的扇区天线，并覆盖小片区域，每个基站只能处理本小区收发信号；第二，系统容量是干扰受限的，各个基站独立工作已经很难增加频谱效率；第三，基站通常都是基于专有平台开发的"垂直解决方案"。这些特点导致如下问题：数量巨大的基站意味着高额的建设投资、配套、电力消耗、站址租赁以及维护费用，建设新的站点意味着更多的资本开支和运营开支。此外，现有基站的实际利用率还有待提高，网络的平均负载一般来说大大低于忙时负载，而不同的基站之间不能共享处理能力，也很难进一步提高系统效率。最后，专有的平台意味着移动运营商需要维护多个不兼容的平台，需要不同的人员来维护。

总而言之，传统架构的无线接入网在移动互联网时代面临着降低成本、提高性能和节能减排的挑战，因此，无线接入网必须重新考虑新的网络构架以适应新的环境，找到一条可以建立适合移动互联网的高性能、低费用的绿色无线接入网实现方法。

4C：C-RAN的"标签"

面向上述诸多挑战，运营商需要新的无线接入网演进方案来提升移动互联网时代自身的竞争力，为此中国移动提出融合4C特点的绿色无线接入网。所谓4C，即Clean(节能减排)、Centralized(集中处理)、Cooperative(协作式无线电)和Cloud(利用了云计算能力的软硬件平台)，所以我们称该方案为C-RAN。

C-RAN主要包括三部分：由远端无线射频单元和天线组成的分布式无线网络；由高带宽低延迟的光纤或光传输网连接远端无线射频单元；由高性能低功耗处理器和实时虚拟技术组成的集中式基带处理池。分布式的远端无线射频单元提供了一个高容量、广覆盖的无线网络。由于这些单元灵巧轻便，便于安装维护，它们的CAPEX和OPEX很低，因此可以大范围高密度地使用。高带宽低延迟的光传输网络需要将所有的基带处理单元和远端射频单元之间连接起来。基带池由通用高性能处理器构成，通过实时虚拟技术连接在一起，集合成异常强大的处理能力，为每个虚拟基站提供所需的处理性能需求。集中式的基带处理大大减少了需要的基站机房需求，并使资源聚合和大范围协作式无线收发技术成为可能。

优势与挑战并存

C-RAN的主要优势体现在：1)降低能耗：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。2)节约CAPEX和OPEX成本，在C-RAN架构中，基带处理单元的站址将可以少一个到两个数量级。集中式的基带池和相关辅助设备可以集中放置在一些骨干中心机房内进行管理，简化运营管理。3)提高网络容量，在C-RAN中，虚拟基站可以在基带池中共享信息。这使得联合处理和调度得以实现，小区间的干扰也变废为宝，从而可以显著提高频谱使用效率。4)基于负载的自适应资源分配，通过所有虚拟基站共享一个基带池，基带池中的处理资源可以动态调度以处理不同的RRH的基带信号，更适应移动通信系统中的潮汐效应，使得基带处理资源得到了最优利用。5)互联网业务的智能减负，智能终端和其他移动通信设备产生的大量互联网业务被转移出核心网，从而传输网与核心网的业务负载和相应的成本开销将会降低，更短路由距离也为用户带来了更好的服务体验。

C-RAN构架在系统费用、容量和灵活性等方面都显示着传统无线接入网所没有的优势。但是，它同时也带来一些技术上的挑战。在运营商能够实际部署之前，这些技术挑战需要得以解决：

低成本光网络传输无线信号

连接基带处理模块和远端无线模块的光纤必须能够承载大量的实时基带采样信号。由于LTE/LTE-A系统的带宽比较宽，加上多天线技术的普遍应用，传输多个远端天线模块的无线信号所需的光传输链接带宽可达到10Gbps。

先进的协作发射/接收技术

协作处理技术是达到更高频谱效率的关键。为了抑制蜂窝系统中的小区间干扰，协作式多点处理技术必须使用空间信道信息来实现多个不同物理位置上的天线的协作。这一技术仍然有待开发。无线资源的联合调度对于减少干扰和增加容量是必要的。

为了支持上述的协作式多点处理技术，用户数据和上行/下行信道信息都需要在多个(虚拟)基站之间共享。虚拟基站之间的接口必须能够支持高带宽，低延迟的传输以保证实时的协作处理。在这一接口上传输的信息包括以下的一种或者几种：终端用户数据包，终端信道反馈信息，虚拟基站的调度信息，等等。因此，虚拟基站之间的这一接口必须在考虑传输延时和开销的情况下，满足实时协作处理的需求。

基站虚拟化技术

当处理单元被集中在基带池以后，如何设计虚拟化技术以支持分配或者组合这些处理资源给虚拟基站就成为关键。这些虚拟基站是真正处理各个活动用户的无线信号的逻辑实体。

基站虚拟化技术的主要挑战包括：实时信号处理算法如何在基带处理池中实现；如何动态地管理处理单元以适应动态的网络负载等。

服务面向边缘化

和集中在数据中心的服务提供模式不同，服务可以在无线接入网的边缘提供，这将带来一些独特的机遇与挑战。在后续的研究框架中，我们把这些技术挑战分为三类：服务如何和无线接入网集成；分布式服务网的智能处理；分布式服务的部署和管理问题。

C-RAN的目标不是取代现有的3G/B3G标准，它是一个从长期角度出发，为运营商提供一个低成本高性能的绿色网络构架，在未来可以让用户以很低的价格就可以享受丰富的无线宽带业务。此外，实际环境千差万别，部署的无线网络存在各种形态，比如当前网络中广泛应用的宏蜂窝基站、微蜂窝基站、微微蜂窝基站、室内分布系统、直放站，以及新出现的中继站、Femto基站。不同的基站类型有各自的优点和缺点，适应不同的部署条件。C-RAN的目标是适应主流无线网络的部署需求，包括宏蜂窝基站、微蜂窝基站、微微蜂窝基站以及室内分布系统。同时，其他一些有益的基站类型也可作为C-RAN部署的补充。