5g C-RAN 无线云网络总体技术报告.pdf

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1、 5G C-RAN 无线云网络总体技术报告 （ v1.0） 大唐移动通信设备有限公司 1 中国移动通信研究院 中国移动通信设计院 中兴通讯股份有限公司 风河系统公司 华为技术有限公司 红帽 软件（北京） 有限公司 英特尔有限公司 思博伦有限公司 爱立信（中国）通信有限公司 诺基亚有限公司 博通有限公司 联想软件有限公司 赛灵思有限公司 1以单位中文名称首字笔画为序 摘要 面对移动互联网业务的冲击，传统移动通信网络正处于进退两难的尴尬境地：一方面，为了应对爆发式增长的数据流量，需要加大网络基础设施的建设，这耗费了大量的投资成本；另一方面，网络的扩容，数据流量的增长并没有给运营商带来成比例的收入回

2、报，实际收入增长缓慢。为了保持持续盈利和长期增长，移动运营商必须寻找低成本为用户提供无线业务的方法。 再者 ，面向 5G 应用场景， 运营商需要拓展已有的商业模式 ，拓展业务 模式支持垂直 行业应用 场景 的接入 需求。 这就 势必造成了 5G无线网 必将 支持多类业务的需求。 无线云网络 C-RAN 作为 5G接入网的关键架构，通过在虚拟化、集中化、可编排等方面的突破性创新，可以更好的支持多样的 5G 业务需求、部署组网需求，以及灵活、自动化的运维管理需求。 因此 技术报告总体分四个大 部分，对 5G C-RAN 的 应用场景 和技术方案进行了 梳理： 第一部分 主要针对 C-RAN应用场景

3、 从 几个方面进行了 细节 分解， 并 给出了应用建议 。 业务支持角度 基于 CU/DU分离架构的 C-RAN网络，可以有效的支持多连接，基站间协同等技术，更好的提高网络吞吐量，降低干扰，提升用户体验，有效支持增强移动带宽业务；同时，通过将多个 DU 或者 RRU 连接到一 个 CU，由 CU 进行区域物联网的集中管控，可实现对机器通信和物联网的支持；最后，将 RAN的实时处理 DU 和非实时处理功能单元 CU部署在更加靠近用户的位置，并配置相应的服务器和业务网关，满足特定的时延和可靠性需求， C-RAN可有效的支持低时延、高可靠业务。 组网 场景角度 实际应用组网时， C-RAN云网络亦满

4、足灵活的组网需求，包括例如高速铁路、高速公路、超密集网络覆盖、异频异构等组网场景。 网络运营维护 角度 基于 NFV/SDN的 C-RAN无线云网络 可根据业务负载检测情况，通过预置策略自动化地完成适合不同制式的处理资源规划及调整。此类典型场景包括： CU 自动故障报警、节能、以及频谱资源的灵活分配，其实质在于充分利用基于 NFV 网络的优势，即不需要运营商施工建设、设备商做任何，或者只需很少的软件开发，通过一些编排和配置就可以完成处理资源调整，进而实现网络规划调整。 第二 部分 重点阐述了 无线接入网 的 网络功能 （ NF）切分 原则，并为支持 切片 和 灵活部署功能 ，对 无线网 网络

5、功能 做了概要性设计。 功能 切分 设计 满足 灵活部署需求 无线接入网络功能从接入网的功能特性和业务的需求出发，明确了接入网的两大设计原则： 实时功能和非实时功能分级； 用户面功能和控制面功能按需灵活部署。 文中 给出了 总体 方案 建议。根据功能的实时性要求将无线接入网功能划分为实时功能和非实时的功能， DU 负责空口 TTI级别的实时功能处理， CU负责集中协同管理。对于非实时功能，控制面功能可以通过集中部署简化网络管理和提升资源效率，而用户面功能可以通过分布式部署满足不同业务的时延需求。 切片 设计 满足差异化 QoS需求 文中 给出了 支持端到端 切片 的 无线接入网 功能 设计 的

6、 方案 建议。首 先 ， 分解无线接入网切片需求。一方面从端到端切片的整体需求分解而来，包括切片感知与关联、隔离与定制、SLA保障等，另一方面从接入网本身诉求出发，满足其资源效率需求。 再次 ， 明确无线网支持切片的 细分功能 。 无线接入网切片应具有通过差异化的无线接入服务满足差异化需求的能力，可以分解为核心网实例选择、无线接入网网络运维和无线接入网资源管理。 最后 ，强调无线接入网资源管理 的 分层设计 是无线网切片 的核心。在 5G差异化灵活空口设计的基础上，通过跨切片统一的调度功能来支持不同类型切片的业务 资源隔离 和 QoS保障需求。 RAN-VNF 软件对其它 组件 的实现需求 文

7、中 总结了 无线接入网的实现需求，承上 启下 针对其它 组件 给出了 需求建议 。可以分为NFVI 层需求、传输网需求和编排器需求。其中 NFVI 层可使用 COTS 硬件，能够支持跨异构COTS 硬件的资源池化，管理虚拟化资源（计算 /存储 /网络），并将虚拟化资源分配给应用。传输网络应具备支持云化网络的能力和统计复用的能力，满足业务的带宽和时延要求，并提供安全可靠的传输。无线业务编排器需要具备按需自动生成部署和按设备的能力选择不同的硬件部署的能力并且需要具备性能和故障管理功能。 第三部分 是 对底层平台技术的集 中梳理， RAN-NFVI 是服务于无线网络功能虚拟化 的 基础设施平台的简称

8、，通过虚拟化层完成对硬件资源的抽象，形成虚拟计算资源、虚拟存储资源、虚拟网络资源和虚拟加速器资源。从如下几个方面阐述无线云 RAN-NFVI 的 技术 特征 和方案 建议 。 NFVI平台性能调优 方案 考虑将 NFV 运用到无线领域， 给出 对 NFVI平台 的 性能增强 建议。 包含 ： 实时性能，网络传输能力 两方面 。对实时性能的优化包含针对 Host OS与 Guest OS 的实时优化，提高系统的中断响应时间与系统的线程调度机制，以及针对硬件 BIOS 的配置调优，通过关掉支持降频等设置，保障系统性能。针对系统的网络传输能力，包含跨机房的网络连接以及机房内部的网络连接方式。其中，跨

9、机房的网络连接采用 EVPN 的方式进行连接，机房内部的网络连接多指 Openstack内部的网络连接，当前多采用 OVS+DPDK与 SR-IOV的方式，来减少添加了虚拟化层 后对传输带来的性能损失，为提供网络传输速度。 RAN-NFVI特殊能力 拓展 给出 RAN-NFVI 特殊的能力扩展建议。包含加速器能力与高精度 时间 同步能力。对加速能力的需求来自网络传输负荷与重复密集型计算。在传输方面，包 含加速器对 OVS能力的卸载，在网卡上完成数据的分流，不仅节省计算资源，也可以提升分流速度；在密集型计算方面， CU功能中包含 PDCP功能的重复的加解密的算法，对计算资源消耗较大，卸载至加速器

10、中，提高载波功耗比。 新增逻辑单元 CU 的时间同步精度需求为 1ms，需要 1588+SyncE等方式进行时间同步。 落地 部署 调研和 方案 论证 为减少无线 云化在 现网落地的 阻力 ，对现网无线机房和 传输 组网 延迟 进行了调研，分析CU 部署位置及设备规格需求。通过 对 全国 10 省的传送网延时的统计分析， 建议 CU 机房 可规划 在骨干汇聚机房位置 （县 /区级） 。根据实测 统计，从该位置到基站的 单向延迟基本 可以控制在 3ms内， 1个 CU 机房可以对应 1000 3000不等数量的小区， 这一比例 与各省 规划 建设原则相关， 随 更加深入的调研，后续 还会有所 更

11、新 。另外 ， 对机房 部署可行性 评估 ， 还需结合 CU 计算资源 占用比 来 估算 ， 也还 需进一步增强。 根据无线网络云化资源共享需求，需考虑网络软件层 、 硬件层、和虚拟化层的解耦策略。文中 针对 无线网特征 ，给出了几类 可行的解耦方案 建议 ，考虑 核心网业务下沉以及 MEC的 共平台部署 需求 ，优先推进 软 /虚间 完全 或部分解耦。 RAN-NFVI 测试 用例 设计建议 结合 技术方案验证， 同时给出了对应 的 测试用例设计 建议 ，并联合推出无线云平台（ RAN-NFVI） 的自动化测试方案。当前的测试涵盖实时性能、网络传输能力、云平台集群扩展能力、可靠性测试等，并设

12、计了四种网络交换测试模型，来模拟现网中实际的数据交换过程。基于此 ， 目前 规划 年底 完成行业内无线云平台能力 的 摸底测试，并 将 测试 结果 作为 业界RAN-NFVI的参考 指标写入本 章节。 第四 部分 是无线网引入 RAN-NFVI 基础设施平台 后 ， 对 编排和管理 （ MANO） 的需求及对应 方案。编排 和管理 旨在不需要施工建设和软硬件开发的情况下可完成网络功能的动态调整，以及配合策略提供运营商特色的差异化服务 ， 可大幅降低 无线网 配置管理复杂度。 基于无线接入网络管理和编排需求，结合 3GPP 网管、 ETSI MANO 和 SDN 标准提出 整体 框架 建议。系统

13、以运营商面向业务的编排为起点，各模块可基于大数据搜集及分析由预定义策略自动化驱动，进一步向下可分解为 NFV、 3GPP和 SDN三个领域内容。 对 NFVI拓展特性（如 EPA） 的 编排管理 方案 因 RAN 侧高实时性、功耗性价比需求等， NFVI 需拓展加速器、 平台感知（ Enhanced Platform Awareness，下简称 EPA） 等。面向 NFVI扩展特性， MANO需相应地拓展编排管理功能。 文中 主要 给出了 支持 EPA的 MANO拓展方案 ： VIM 层需要通过资源管理模块支持动态收集 NFVI 通用服务器硬中的平台资源的属性（如 EPA、加速器） 。 并由

14、VIM 中的调度器（ Scheduler）需根据 VNFD 中 VNF 对于平台特性的要求，在所管理域内挑选能够提供所需资源的通用服务器并部署 VNF。 VNFM 需提供增强的资源特性解析管理功能。 VNFM 在 VNF 生命周期管理过程中，能够与 NFVO和 VIM 配合完成 EPA特性、加速器的资源分配和部署。 NFVO 需 支持 信息模型的 拓展。 当前的 信息模型目前主要有 OASIS 的 TOSCA NFV Profile 和 ETSI IFA 标准，都对 EPA 有部分的支持。但是标准组织的定义和实现都有一定的滞后效应，同时无线 RAN侧对于平台能力的描述有其特殊性，也就要求NFV

15、O能够支持定义可扩展的信息模型以向后兼容未来的 EPA需求。 另外，不同于传统的数据中心， RAN NFVI的地理分布式特性十分显著。这对 NFVO、 VNFM和 VIM的交互和管理构成了挑战， 文中结合 OpenStack 的 管理方案 也 初步探讨了可能 的 跨机房管理 解决方案。 RAN-PNF 拓展编排方案 结合 RAN侧特点， 文中 提出了 针对 RAN-PNF的轻度编排方案 和 DU/RRU的功能抽象建议 。RAN 由 CU VNF 和 DU PNF 等共同构成。 扩展管理的目标是 ， 使得不属于 NFVI 且不能被 VIM管理的 PNF 支持配置管理和业务的“轻度编排”。初步 研

16、究结论 ，虽然 PNF不能像 VNF那样软硬完全解耦，但可 实现 轻度的功能和资源分离，并且 可 对 PNF处理资源进行抽象表述。 文中阐述 了 四种潜在的方案，经对比分析 两 种 较为可行的管理路径 是 ： 1） NM-EM-PNF； 2） NM-EM-VNF-PNF。 MANO与 SDN 的融合 方 案 综合考虑 RAN网元 跨地域 的 相对 离散 特性 、 CU和 DU之间网络传输需求，以及边缘应用部署等， 文中 分域 给出了 MANO融合 SDN的解决思路和 建议。 包括： 1） 引入 SDN技术来管理和控制 Fronthaul-II的物理网络 的 方案； 2） 为 提高 端到端 网络

17、的可编程性和灵活性 ， 在 CU 机房虚拟化基础设施 的 Underlay 网络和 Overlay网络 中引入 SDN的方案 。 在上述基础上，后续将进一步 探讨 无线 VNF 软件技术功能要求 ， 促成无线接入网 CU云化落地 。 对于 RAN-NFVI 部分，继续研究加速器方案，调研并测试加速器的增益，设计达到最优载波功耗比的平台方案后继续深入进行现网调研，设计符合无线云平台的机房环境与硬件设备形态，输出完整的无线云平台的技术要求。 对 于 MANO 部分， 将在现有工作基础上开展样机测试、 NFV规范要求分析及说明，以及在相关标准化组织里推广成果。 1 引言 1.1 背景 自从 2009

18、 年，中国移动首次提出 C-RAN概念，已有 8 年。期间中国移动一直保持着每隔几年发布一个版本的 C-RAN 白皮书，向业界通报 C-RAN 进展并呼吁业界共同参与 C-RAN的研发。这期间，中国移动始终坚定不移地在推进 C-RAN集中化部署和协作化技术在现网中的应用，并研究无线云网络，为最终实现无线通信网的 “ Open & Soft” 的目标而奋斗。 自从中国移动的网络进入 4G 时代，前传网络对传输资源消耗过高而相对应传输资源有限的网络现实，使得 C-RAN 在中国移动网络的应用受到了一定限制，其发展也相对迟缓。而从 2014年起，通过引入无源波分设备 WDM（ Wavelength-

19、division Multiplexing）和 CPRI（ Common Public Radio Interface，通用公共无线电接口）压缩技术，一定程度上解决了前传网络的光纤资源消耗过多的问题。继而，在 2015 年至 2016年年中，中国移动在一年的时间内发起了多省的 C-RAN 规模部署的 验证工作。通过福建、江苏、安徽三省的规模部署和长期运维验证，不仅证明了 C-RAN组网方式在综合成本、无线协作化抗干扰、降低能耗等方面优势明显，也证明了 C-RAN 采用无源 WDM（彩光）传输方案的 10 站以下的小规模集中，降低了对机房的配电、空间、可靠性等要求，通过长期运维，在运维难度、故障

20、率等都未明显上升。 2015年的 4期 TD-LTE建设指导意见中，将 C-RAN作为优选建设方式在全网进行推广。目前 C-RAN在沿海多省已经开始了全网的应用。 相较于 C-RAN的集中化、协作化和绿色节能方面在中移动现网的推进，无线云化的概念也逐渐被业界广泛的接纳， C-RAN 在引入网络功能虚拟化 NFV（ Network Functions Virtualization）框架后，更是带来了无线资源灵活编排的优势。另一方面，面向 5G，基于集中 /分布单元 CU/DU（ Centralized Unit/Distributed Unit）的两级架构也已经被业界所认可，这一网络架构与无线云

21、化的结合，构成了 5G C-RAN 的两个基本要素。随着越来越多的产业界公司开始投入 5G C-RAN 的研发，联合更多产业合作伙伴共同研究和解决无线云化在 5G网络应用上的问题和挑战，将是 C-RAN技术研究和产业推进的下一个目标。 本 C-RAN 无线云网络总体技术报告与 2016 年 11 月发布的迈向 5G C-RAN：需求、架构与挑战一脉相承，是 C-RAN无线云网络工作组近 1年的研究成果。本报告重点在于阐述无线云网络涉及的技术要素，通过产业界各方联合发布总体技术报告， 我们希望进一步促进无线云网络（ Cloud-RAN， C-RAN 的四个概念之一）的成熟，并加速推进无线云设备的

22、商用进程。 1.2 总体技术目标 本总体技术报告主要 面向 2018 年 C-RAN 预商用产品的现网试点，在此基础上 还 提出 了面向后续迭代演进的方案 。 C-RAN产业推进研究工作，首先需要考虑的就是 CU设备的形态。CU 设备涉及软件功能、虚拟化技术和硬件三个维度，基于 NFV 框架的 CU 设备通过 MANO 的编排使得运营商获得无线网的可编排能力。因此对于无线云 架构中的软、硬、虚三层功能的定义，以及相互间接口的互联互通，就成为产业推进研究的重点之一。另外，由于无线网的特殊性， NFVI和 MANO功能也需要进一步的增强，不仅要考虑支持各层的增强功能，更需要支持无线网引入的加速器硬

23、件的管理和编排功能。同时，为使得运营商获得无线网可编排能力，北向编排层的接口也需要在跨厂商间进行统一，因此 NFVI和 MANO功能的拓展和相关接口标准化也将是 C-RAN 技术研究重点之一。 通过与产业界合作，本文明确 了 四个技术目标 ： 1、 梳理 C-RAN无线云化各组件基本功能切分和可编排能力应用场景 。 通 过针对自动化编排、快速创建 /调整无线覆盖、灵活功能分布等几个方面明确应用需求，我们期望为产业界明确运营商的无线云化需求和组网场景需求。在无线设备云化的基础上，利用 NFV的框架给运营商提供无线网络编排能力，并在更多运营商的需求中形成共识，防止 C-RAN需求的碎片化。 2、

24、无线接入网络功能 方案确定 和软硬件解耦的通用设备硬件定义 。 DU 功能包含 RLC层， MAC 层以及 PHY 层功能，是载波聚合等的锚点。其中 MAC 包括的 HARQ 和 RLC包括的 ARQ，直接决定了空口的调度性能，对时延敏感。 CU功能则 分为 控制面 和用户面， 用户面负责用户面数据的处理，控制面负责处理其管辖小区之间的负载均衡，配置 CU-U 的分流策略。 CU 设备不仅仅承载无线业务功能的 VNF，根据不同业务的特殊需求，也将会承载部分核心网功能和第三方边缘应用业务。 CU 机房是最末端的无线云中心机房，通过核心网和边缘应用业务的下沉，可缩短业务数据回传带来的延迟并降低回传

25、所需的带宽。因此面向承载上层业务类型的多样性， CU 设备将优先进行云化考虑，实现软、硬、虚三层的解耦。 3、 明确 RAN-VNF 对 NFVI 硬件 层和 虚拟化层的能力需求，制定针对虚拟化平台的测试方法与衡量标准。 软、硬、 虚三层解耦，无线网对虚拟化层的需求主要体现在高实时性和硬件加速器驱动的兼容性上。另外，增强虚拟化层的对于新功能（如： CAT/CMT、DPDK、 OVS 等）的拓展支持也是工作目标之一。通过与产业公司的合作共同定义虚拟层的功能需求、性能指标和衡量标准规范。 4、 应对 RAN 新增需求的 MANO 功能 拓展与定义，并实现相关接口的标准化。 首先， 分析完成 MAN

26、O引入的方案选择，以确认 MANO相关研究的大方向。其次，面向 RAN新增需求，完成 NFVI管理扩展、 PNF编排和跨机房管理等关键技术研究。最后，面向企标规范和标准，输出 RAN 侧扩展功能和接口定义（如 TOSCA、加速器、 EPA 等）。这就增强了运营商对网络基础平台的管控能力，为业务创新创造了基础 。 1.3 技术挑战简述 未来无线接入网络的发展，需要能够满足差异化的业务诉求、支持多种新的商业模式（垂直行业拓展）和支持 ICT 技术的融合，这些特征要求未来无线网络能够管理多种无线制式，并且灵活的适应多样化的业务要求，并对未来可能的扩展保持最大的兼容。传统的无线网络基于单接入制式，较少

27、业务种类和有限扩展能力已经无法满足未来无线接入网络发展的需求，需要进行重构设计。未来无线接入网的网络功能设计技术挑战在于既要满足基本功能 /性能 ,又要满足多维度的灵活性需求。比如，支持网络功能的按需灵活部署、网络能力的弹性伸缩和新接入制式的快速引入，以满 足未来无线接入网业务多样化和场景多样化的需求，使能新业务的快速上线。 RAN-NFVI 是服务于无线网络 功能虚拟化的 NFV 平台的简称，通过虚拟化层完成对硬件资源的抽象，形成虚拟计算资源、虚拟存储资源、虚拟网络资源和虚拟加速器资源。为满足无线网络功能、 边缘计算 、核心网功能和人工算法等上层无线相关应用需求， RAN-NFVI 需要增强

28、网络性能，实时性能、高精度时钟性能和不同虚拟化技术兼容性能等。另外，还需进一步实现硬件层、虚拟化层和虚拟化网络功能软件三层解耦，得到针对共享统一的虚拟资源池。面向 5G CU的更高吞吐量需求，通用平台数据分发效率和性能功耗比还有待于进一步提升。由于现网机房的空 间和功耗的约束限制，也还需进一 步定义通用设备的硬件形态和规格要求。 NFVI 为网络功能动态调整提供了基础，编排和管理系统旨在不需要施工建设和软硬件开发的情况下可完成网络功能的动态调整，以及配合策略提供运营商特色的差异化服务。网络编排和管理以运营商面向业务的编排为起点，各模块可以基于大数据搜集及分析由预定义策略自动化驱动管理系统。业务

29、编排向下可分解为 NFV、 3GPP 和 SDN 三个领域内容。基于ETSI MANO 标准研究无线接入网 CU 所在数据中心资源编排和管理需使用及扩展的内容。如管理 NFVI因 RAN侧需求扩展的增强的平台感知、加速器和容器等 。基于 3GPP网管标准研究基于 NFV的 无线接入网络 CU 和 DU管理需扩展的内容。 RAN由 CU VNF和 DU PNF（ Physical Network Function）等共同构成，扩展管理的目标是使得不属于 NFVI 且不能被 VIM 管理的PNF支持配置管理和业务的 “ 轻度编排 ” 。 最后，还需研究在 RAN NFV化过程中涉及的 SDN编排需

30、求和网络管理扩展。如引入 SDN技术来管理和控制 CU 和 DU之间的物理网络 ,以及在CU机房中的虚拟和物理网络，以提高网络的可编程性和灵活性。 2 无线网云应用场景 2.1 面向客户需求的无线云化 网络应用场景 2.1.1 业务驱动的场景 未来无线网络需要提供多种业务服务，可以分为三大类，增强的移动宽带业务、面向垂直行业的大规模机器通信业务、低时延高可靠业务。不同的业务对于网络架构的需求有所差异，主要体现在时延、前传和回传的传输能力、业务数据处理的容量等方面 。 因此对无线云网络 C-RAN的系统设计也会 提出 不同的要求，在下面的 3个小节中将具体阐述。 2.1.1.1 增强移动宽带的业

31、务需求 对于移动宽带业务，无线网络需要考虑两个基本能力要求 ： 一个是覆盖，另一个是容量。对于语音业务，对业务的带宽和时延要求不高， 而对于交互式视频或者虚拟 现实 VR 业务，则需要保证大带宽和低时延。在增强移动 宽带（ eMBB） 网络中，数据的传输容量也有大幅度的提高，比如支持几十或数百 Gbps；在实时性方面需要考虑数 ms量级的时延需求。如果采用传统的网络结构，一方面时延要求和底层 I/Q数据传输对前传的压力，不利于数据的集中处理 ； 另一方面不利于网络虚拟化，无法有效对基站进行软硬件解耦，无法适应不同无线接入技术的信号处理。 对于具体的业务指标， 3GPP 的技术文档 TR22.8

32、912和 TR38.913 3有相关的描述： 对于慢速移动用户，用户的体验速率要达到 1 Gbps量级 对于高速移动或者信噪比比较恶劣的场景，用户的体验速率至少要达到100Mbps 业务密度最高可达 Tbps/ km2 量级 对于高速移动用户，最高需要支持 500km/h的移动速率 用户平面的延时需要控制在 4ms量级 因此作为一种通用的网络结构，无线云网络需要考虑 CU 和 DU 的分离 。 一般来说， CU处理非实时的信息，而 DU侧重于处理时延敏感的底层信息。虽然在某些场景下， CU也可处理实时信息，本章后文中若非特别说明，默认 CU 只处理非实时信息。根据这样的配置，主要底层基带处理运

33、算集中在 DU 而无需上传到 CU。由于 CU 主要处理非实时的信息流和协议栈， CU 可以承载更多小区的管理和控制，同时由于 CU 和 DU 的分离，可以允许不同接入技术单元 DU连入同一个 CU, 提高网络部署的灵活性。 根据实际网络的部署，下面列举 C-RAN网络对于支持 eMBB业务的典型用例。 1) Case 1: 基于多连接的部署用于网络容量和覆盖的提升 为了有利于支持 eMBB 业务的覆盖和容量需求，双连接或者多连接是一种有效的网络部署和技术实现手段。在多连接场景下，不同的连接可能对应不同的接入技术和频段，一个连接负责覆盖，一个连接负责容量提升，实现覆盖和数据的理想结合，比如 :

34、站间载波聚合的应用。由于 CU 和 DU 分离，两个连接的 DU 可以独立处理物理层信 息，这样可以节省前传fronthaul 接口的传输开销，同时一个 CU 可以处理两个连接的非实时信息，如图 2.1.1-1所示。 图 2.1.1-1 支持多连接的无线云网络结构 典型的部署场景包括： 一个宏站覆盖一个宏小区，一个微站覆盖一个微小区，一个宏站可以连接一个或多个微站。宏微小区可以同频或者异频。 对于宏基站， DU 和 RRU 通常分离，但对于微站， DU 和 RRU 可以分离也可以集成在一起； 对于宏站， CU、 DU 可以部署在一起，对于微站， CU和 DU的连接一般需要专门的 frontha

35、ul 连接，根据具体的技术应用对 fronthaul的时延有不同的需求，如果无线承载需要合并，则时延要求一般小于 5ms，否则需求可以放松一些。 2) Case 2: 基于基站协同管理的服务与小区间干扰协调和高密度业务的需求 当业务的容量需求变高，在密集部署情况下，基于理想前传条件，多个 DU 可以聚合部署，形成基带池，优化基站资源池的利用率，并且可以利用多个小区的协作传输和协作处理以提高网络的覆盖和容量，如图 2.1.1-2所示。 图 2.1.1-2 基于基带池的无线云网络结构 相关的部署需求包括： 所有 RRU 需要和 DU 池通过直接光纤或 高速传输网络连接，时延要求一般在微秒量级。 D

36、U池支持的小区数目可以达到数十至数百个。 CU和 DU 的连接一般通过传输网络，时延要求则没有 RU和 DU的 fronthaul连接严格。 3) Case 3: 基于时延差异性的部署优化 对于语音业务，带宽和时延要求不高，实时功能 DU 可以部署在站点侧，非实时功能可以部署在中心机房， 而对于大带宽低时延业务如视频或者虚拟现实，一般需要高速传输网络或者光纤直接连接 RRU和中心机房，并在中心机房部署缓存服务器，以降低时延并提升用户体验。 下面列举了两种可能的部署，并在 图 2.1.1-3给出了相应的部署示意图。 高实时大带宽的业务如视频和虚拟现实业务：为了保证高效的时延控制，需要高速传输网络

37、或光纤直连 RRU, 数据统一传输到中心机房进行处理，减少中间的流程，同时 DU 和 CU则可以部署在同一位置，网络实体则合而为一。 低实时语音等一般业务：在这种场景下，带宽和实时性要求不高，实时功能DU可以部署在站点侧，多个 DU通过 fronthaul 连接到一个 CU，非实时功能 CU 可以部署在中心机房。 图 2.1.1-3 针对不同时延优化的无线云网络结构 2.1.1.2 垂直行业和机器通信需求 对于面向垂直行业的机器通信 或者大规模机器通信连接业务，需要考虑机器通信的特点：数据量少而且稀疏，数量多，覆盖距离可大可小，实时性要求不高，比如抄表类业务。在3GPP 技术文档 TR22.8

38、91 中，对于传感器类的 MTC 要求 1 百万连接数 /平方公里，如此巨大的数目需要设计合理的网络结构降低成本。 在和 Cloud RAN的结合中，可以考虑一个具体的 use case: 物联网的集中化管控：可以让多个 DU 或者 RRU 连接到一个 CU，由 CU 进行区域物联网的集中管控。由于物联网业务实时性要求不高，可以将 CU 和核心网进行共平台部署，减少无线网和核心网 的信令的交互，减少机房的数量。 在图 2.1.1-4基于物联网的无线云网络结构中， 包括一个 CU可以控制数量巨大的多个DU和 RRU，同时 CU也可和核心网共享机房。 图 2.1.1-4 基于物联网的无线云网络结构

39、 2.1.1.3 低时延高可靠需求 对于此类业务，可靠性和实时性的主要的技术需求，容量的需求并不高，因而面向这一业务， C-RAN系统需要考虑时延的敏感性和传输的可靠性，对于系统的效率没有严格的要求。因此，针对这种业务，需要考虑的前传的理想传输以保证时延，同时可以采用多个小区信号的联合发送和接收以保证信号的可靠性。典型的业务场景包括自动驾驶、无人机控制、工业4.0等，对网络有着苛刻的时延要求。 在 3GPP 技术文档 TR22.891 有相关的技术要求： 低时延小于 1ms 超可靠至少低于误包率 10-4 对于高速移动场景如无人机控制，需要保证在飞行速度为 300 km/h 时能提供上行 20

40、 Mbps 的传输速率 在和 Cloud RAN的结合中， 和其他业务差异性可以体现在三个具体的 use cases: 基于高实时通信的自动驾驶：将 RAN的实时处理 DU和非实时处理功能单元 CU部署在更加靠近用户的位置，并配置相应的服务器和业务网关，进而满足特定的时延和可靠性需求，如图 2.1.1-5所示。 DU 图 2.1.1-5 基于自动驾驶的无线云网络结构 基于高可靠需求的公共安全应急通信：在涉及到公共安全的通信业务时，通常需要高可靠性，一般采取广播方式，多小区传送相同信息，因此多个 DU 需要连接相同的 CU做重复的数据传输。 高移动性的业务支持：当 UE 处于高速移动时，比如在无

41、人机控制场景，为了减少切换，可以让多个 DU共享一个逻辑小区， CU 对这个逻辑小区做集中控制，在DU间移动无需切换。 2.1.1.4 基于业务需求的 C-RAN 总结 在前面几节针对不同业务做了单独的分析，在实际应用中，需要考虑对混合业务的支持，我们需要考虑网络切片的应用，典型的应用方式有两种： 1) 无线业务资源的静态或半静态共享 2) 无线资源的动态共享 作为和 C-RAN的结合，与之对应的，我们需要考虑两种网络架构的应用， 如图 2.1.1-6所示，一种是无线资源静态共享，由于不同频道和不同无线传输技术的使用， eMBB/MTC/URLLC可以使用不同的 DU 和 RRU，无须统一集中

42、处理，当然网络接口仍然保持一致；另一种是无线资源动态共享，这种情况下 DU 的处理也更复杂，它必须同时支持不同的无线传输技术，因此 DU 的功能实体是三种业务共享的。 图 2.1.1-6 基于网络切片的云网络结构 总体上看，无线云网络对不同接入技术和不同的业务的混合使用，具有较好的适应性和兼容性。 考虑到不同的业务场景，时延、容量、频谱效率等需求都有很大的差异，因此需要一种灵活的网络架构去满足不同的业务需求，无线云网络 C-RAN 正是实现这一目标的有力武器。这一网络架构至少要满足以下特点： 从功能上，实时处理单元和非实时处理单元需要各有分工 从实体上， RRU可以部分和 DU耦合， DU也可

43、以和 CU 耦合，实现部分功能的转移 从部署上， RRU、 DU、 CU的地理位置可以灵活部署 从对业务的支持上，必须一种统一的架构去满足 eMBB， MTC, URLL等不同的业务特点 同时面对各种不同的通信业务需求，设计合理和高效的 C-RAN网络，主要面对的技术挑战包括： 1) 如何合理的分离 CU和 DU的功能？ 2) 如何有效的定义各网元的接口？ 3) 如何根据不同的部署条件采取 合适的网络架构？ 2.1.2 应用组网场景 2.1.2.1 高速移动覆盖场景 2.1.2.1.1 高速铁路覆盖场景 2.1.2.1.1.1 高速铁路场景需求 高速铁路覆盖场景主要关注高铁沿线的连续覆盖，重点

44、在于如何向位于高速行驶列车上的用户提供持续的优质服务，以及在高速场景下如何保障关键列车通信的可靠性。 针对高速铁路场景， 3GPP在 TR 22.891的 5.10章节中给出了性能要求，其建议的高速铁路场景下的性能目标为： 用户体验速率： 100Mbps 用户移动速度 ： 500km/h 高速移动场景下的用户密度： 500用户同时在线 2.1.2.1.1.2 3GPP 典型部署方式 针对高速铁路场景， 3GPP在 5G接入网需求研究报告 TR 38.913的 6.1.5章节中给出了两种待评估的网络部署方式。 方式 1：在铁路沿线部署宏小区，并直接向车内用户提供服务。 方式 2：在铁路沿线部署宏

45、小区，宏小区与车顶的 relay 节点通信，而 relay节点向车内用户提供服务。 上述待评估组网方式部署细节如表 2.1.2-1所示： 表 2.1.2-1： 3GPP关于高速铁路场景的组网评估假设 属性 评估假设 载频 方式 1：仅使用宏小区 : 4GHz左右频段 方式 2： 使用宏小区 +relay节点 : 两种待评估的频段组合如下 基站到 relay节点 : 4GHz左右频段； Relay节点到 UE:30 GHz左右频段，或 70 GHz左右频段，或 4GHz左右频段 基站到 relay节点 : 30GHz左右频段； Relay节点到 UE:30 GHz左右频段，或 70 GHz左右频

46、段，或 4GHz左右频段 聚合系统带宽 4GHz左右频段 : 最大 200MHz (DL+UL) 30GHz或 70GHz左右频段 : 最大 1GHz (DL+UL) 部署 仅使用宏小区 : 4GHz左右频段 : 沿高速铁路沿线部署专用基站， RRH距离铁轨 : 100米 使用宏小区 +relay节点 : 4GHz左右频段 :沿高速铁路沿线部署专用基站， RRH距离铁轨 : 100米 30GHz左右频段 :沿高速铁路沿线部署专用基站， RRH距离铁轨 : 5米 站间距 4GHz左右频段 : 两个 RRH间站距为 1732m, 每个 RRH包含两个 TRP 30GHz 左右频段 : BBU(CU

47、)间距离为 1732m, 每个 BBU 链接 3 个 RRH，每个 RRH包含 1个 TRPx， RRH 间距离为 (580m, 580m, 572m) 车内 small cell站间距为 25米 基站天线 30GHz左右频段 : 最大天线（ antenna elements）数为 256Tx/256Rx 4GHz左右频段 : 最大天线（ antenna elements）数为 256Tx/256Rx UE天线 Relay Tx: 最大天线（ antenna elements）数为 256 Relay Rx: 最大天线（ antenna elements）数为 256 30GHz左右频段 :

48、最大天线（ antenna elements）数为 32 4GHz左右频段 : 最大天线（ antenna elements）数为 8 用户分布 所有用户均在车厢内 每个 宏小区 300用户 最大速度 : 500km/h 4GHz频段下的部署示意图如图 2.1.2-7所示： 图 2.1.2-7: 4GHz频 段下的 部署示意图 30GHz频段下的部署示意图如下图 2.1.2-8所示： 图 2.1.2-8: 30GHz频 段下的 部署示意图 2.1.2.1.2 高速公路覆盖场景 2.1.2.1.2.1 高速公路场景需求 高速公里路覆盖场景关注高速公路路网沿线的连续覆盖，重点在于如何保证高速移动状

49、态下通信的可靠性，以及如何使车内乘客的用户体验保持稳定。 在高速公路覆盖场景下，针对不同流媒体业务对网络性能的不同需求， 3GPP在 5G业务需求研究报告 TR 22.891 的 5.53 章节给出了建议的系统性能目标： 网页浏览等一般应用：不低于 0.5Mbps 高品质音频流 ： 不低于 1Mbps 标清视频流：不低于 5Mbps 高清视频流：不低于 15Mbps 上述网络性能所假设的基本场景特征为： 用户密度：车辆聚集的拥堵道路条件下平均 1km2内车辆数目 2000辆 车辆移动速度范围： 0 km/h（比如堵车） - 200km/h 流媒体业务对时延并不敏感，但时延不能高于 100ms 与此同时，针对车辆间通信对网络性能的特殊需求， 3GPP 在 5G 业务需求研究报告 TR 22.891 的 5.33章节中给出了建议的系统性能目标： 端到端时延： 1ms 链路可靠性：接近 100% 上下行速率 ：不低于数十 Mbps（密集用户环境） 用户移动性：绝对速度高于 200 km/h 高精度定位：误差 0.1米 支持点对多点传输（广播或多播）