關於5G接入網，看這一篇就夠啦！

• 2019 年 12 月 24 日
• 筆記

今天要研究的對象，是5G接入網。

什麼是接入網？如果是長期關注鮮棗課堂的同學，對這個概念一定不會陌生。所謂接入網，就是把所有終端都連接到通訊網路裡面的這個功能性網路。

在我們無線通訊里，接入網一般指無線接入網，也就是通常所說的RAN（Radio Access Network）。

大家耳熟能詳的基地台（BaseStation），就是屬於無線接入網（RAN）。

無線基地台

從本質上來說，無線接入網的作用就是有線訊號和無線訊號之間的轉換，以便讓手機終端可以通過無線電磁波與外界聯繫。

目前我們處於4G時代。一個4G基地台，通常包括四個部分：

• BBU（基頻處理單元，主要負責訊號調製）
• RRU（射頻拉遠單元，主要負責射頻處理）
• 饋線（連接RRU和天線）
• 天線（主要負責線纜上導行波和空氣中空間波之間的轉換）

基地台的組成部分

在早期1G時代的時候，BBU，RRU和供電單元等設備功能，是打包塞在一個柜子或一個機房裡的。

基地台一體化

後來，為了讓功能更加靈活，也為了產業生態更加開放，通訊廠商們把它們進行了拆分。

首先，就是把RRU和BBU先給拆分了，硬體上不再放在一起。

RRU有時候會掛在機房的牆上。

BBU大部分時候是在機櫃里，有時候也會掛牆安裝。

機櫃里的BBU

再到後來，RRU不再放在室內，而是被搬到了天線的身邊（所謂的「RRU拉遠」）。

天線+RRU

這樣，我們的RAN（無線接入網）就變成了D-RAN，也就是Distributed RAN（分散式無線接入網）。

這樣做有什麼好處呢？

一方面，大大縮短了RRU和天線之間饋線的長度，可以減少訊號損耗，也可以降低饋線的成本。

另一方面，可以讓網路規劃更加靈活。畢竟RRU加天線比較小，想怎麼放，就怎麼放。

說到這裡，請大家注意：通訊網路的發展演進，無非就是兩個驅動力，一是為了更高的性能，二是為了更低的成本。

有時候成本比性能更加重要。如果一項技術需要花很多錢，但是帶來的回報少於付出，它就很難獲得廣泛應用。

RAN的演進，一定程度上就是成本壓力帶來的結果。

在D-RAN的架構下，運營商仍然要承擔非常巨大的成本。

因為，為了擺放BBU和相關的配套設備（電源、空調等），運營商還是需要租賃和建設很多的室內機房或方艙。

大量的機房=大量的成本

於是，運營商就想出了C-RAN這個解決方案。

C-RAN，意思是Centralized RAN，集中化無線接入網。這個C，不僅代表集中化，還代表了別的意思：

C-RAN

相比於D-RAN，C-RAN做得更絕。

除了RRU拉遠之外，它把BBU全部都集中「關押」起來了。

關在哪了？中心機房（CO，Central Office）。

一大堆分布各地的BBU，變成一個集中的BBU基頻池。所需的機房數量，也大幅減少。

集中化的BBU基頻池

C-RAN這樣做，非常有效地解決了前文所說的成本問題。

根據統計，整個移動通訊網路中，基地台的能耗佔比大約是72%。而基地台裡面，空調的能耗佔比大約是56%。

傳統方式機房的功耗分析

也就是說，運營商的錢，大部分都花在基地台、基礎設施和電費上。

採用C-RAN之後，通過集中化的方式，可以極大減少基地台機房數量，減少配套設備（特別是空調）的能耗。

若干小機房，都進了大機房

機房少了，租金就少了，維護費用也少了，人工費用也跟著減少了。這筆開支節省，對飽受經營壓力之苦的運營商來說，簡直是久旱逢甘霖。

另外，拉遠之後的RRU搭配天線，可以安裝在離用戶更近距離的位置。距離近了，發射功率就低了。

低的發射功率意味著用戶終端電池壽命的延長和無線接入網路功耗的降低。說白了，你手機會更省電，待機時間會更長，運營商那邊也更省電、省錢！

除了省錢之外，採用C-RAN也會帶來很大的社會效益，減少大量的碳排放（CO2）。

此外，分散的BBU變成BBU基頻池之後，更強大了，可以統一管理和調度，資源調配更加靈活！

C-RAN下，基地台實際上是「不見了」，所有的實體基地台變成了虛擬基地台。

所有的虛擬基地台在BBU基頻池中共享用戶的數據收發、信道品質等資訊。強化的協作關係，使得聯合調度得以實現。小區之間的干擾，就變成了小區之間的協作（CoMP），大幅提高頻譜使用效率，也提升了用戶感知。

多點協作傳輸(CoMP，Coordinated Multiple Points Transmission/Reception)是指地理位置上分離的多個傳輸點，協同參與為一個終端的數據(PDSCH)傳輸或者聯合接收一個終端發送的數據(PUSCH)。

此外，BBU基頻池既然都在CO（中心機房），那麼，就可以對它們進行虛擬化了！

虛擬化，就是網元功能虛擬化（NFV）。

簡單來說，以前BBU是專門的硬體設備，非常昂貴，現在，找個x86伺服器，裝個虛擬機（VM，Virtual Machines），運行具備BBU功能的軟體，然後就能當BBU用啦！

這下子又省了好多錢！

正因為C-RAN這種集中化的方式會帶來巨大的成本削減，所以，受到運營商的歡迎和追捧（當然，設備商們不會太開心）。

猜猜C-RAN是誰提出來的？不是設備商，是運營商中國移動。。。最積極推動C-RAN的，也是中國移動。。。作為世界上最大的運營商，中國移動把C-RAN奉為至寶。

到了5G時代，接入網又發生了很大的變化。

在5G網路中，接入網不再是由BBU、RRU、天線這些東西組成了。而是被重構為以下3個功能實體：

• CU（Centralized Unit，集中單元）
• DU（Distribute Unit，分布單元）
• AAU（Active Antenna Unit，有源天線單元）

CU：原BBU的非實時部分將分割出來，重新定義為CU，負責處理非實時協議和服務。

AAU：BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合併為AAU。

DU：BBU的剩餘功能重新定義為DU，負責處理物理層協議和實時服務。

簡而言之，CU和DU，以處理內容的實時性進行區分。

簡單來說，AAU=RRU+天線

再拋一張圖給大家，應該能看得更明白一些：

注意，在圖中，EPC（就是4G核心網）被分為New Core（5GC，5G核心網）和MEC（移動網路邊界計算平台）兩部分。MEC移動到和CU一起，就是所謂的「下沉」（離基地台更近）。

核心網部分功能下沉

之所以要BBU功能拆分、核心網部分下沉，根本原因，就是為了滿足5G不同場景的需要。

5G是一個「萬金油」網路，除了網速快之外，還有很多的特點，例如時延低、支援海量連接，支援高速移動中的手機，等等。

不同場景下，對於網路的特性要求（網速、時延、連接數、能耗…），其實是不同的，有的甚至是矛盾的。

例如，你看高清演唱會直播，在乎的是畫質，時效上，整體延後幾秒甚至十幾秒，你是沒感覺的。而你遠程駕駛，在乎的是時延，時延超過10ms，都會嚴重影響安全。

所以，把網路拆開、細化，就是為了更靈活地應對場景需求。

說到這裡，就要提到5G的一個關鍵概念——「切片」。

切片，簡單來說，就是把一張物理上的網路，按應用場景劃分為N張邏輯網路。不同的邏輯網路，服務於不同場景。

不同的切片，用於不同的場景

網路切片，可以優化網路資源分配，實現最大成本效率，滿足多元化要求。

可以這麼理解，因為需求多樣化，所以要網路多樣化；因為網路多樣化，所以要切片；因為要切片，所以網元要能靈活移動；因為網元靈活移動，所以網元之間的連接也要靈活變化。

所以，才有了DU和CU這樣的新架構。

依據5G提出的標準，CU、DU、AAU可以採取分離或合設的方式，所以，會出現多種網路部署形態：

回傳、中傳、前傳，是不同實體之間的連接

上圖所列網路部署形態，依次為：

① 與傳統4G宏站一致，CU與DU共硬體部署，構成BBU單元。

② DU部署在4G BBU機房，CU集中部署。

③ DU集中部署，CU更高層次集中。

④ CU與DU共站集中部署，類似4G的C-RAN方式。

這些部署方式的選擇，需要同時綜合考慮多種因素，包括業務的傳輸需求（如頻寬，時延等因素）、建設成本投入、維護難度等。

舉個例子，如果前傳網路為理想傳輸（有錢，光纖直接到天線那邊），那麼，CU與DU可以部署在同一個集中點。如果前傳網路為非理想傳輸（沒錢，沒那麼多光纖），DU可以採用分散式部署的方式。

再例如，如果是車聯網這樣的低時延要求場景，你的DU，就要想辦法往前放（靠近AAU部署）。在這類場景下，MEC（移動邊緣計算）也會被引入網路，發揮作用。

MEC邊緣計算的引入

好啦，關於接入網的介紹，今天就先到這裡！