从第一代移动网络通信,经历2G、2.5G、2.75G、3G一路发展到今天的第四代移动网络通信,网络的吞吐量有着巨大的改变,随之而来的是更加丰富的移动生活。最初只有打电话功能的手机引入了更加丰富的应用,可以想象如果现在的移动网络信号只有2G网络的水平,短视频在手机上就不会有发展的空间了。

指数增长的IT行业

IT行业几乎一直遵循着摩尔定律发展至今。1976年,苹果计算机的软盘驱动器容量为160KB,大约能存下80页的中文书。今天个人电脑的电脑硬盘容量可以达到500GB,是当年苹果计算机的三百万倍,可以存下北京大学图书馆藏书的全部文字部分。


不仅如此,这几十年来网络的传播速度也几乎是按摩尔定律预测的速度在增长。十五年前,当时电话的调制解调器的速度是2.4K,如果下载谷歌输入法要8个小时。现在,同样一根电话线可以做到10M的传输率,是当年的4000倍。几乎每年翻一番。

前四代的移动网络通信的进展号称是技术的飞速演进,但实际整个网络的逻辑架构没有多大的变化,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。并没有给移动网络通信带来真正的质变。

如果依然使用原先的网络架构,4G也许已经接近移动网络通信的天花板了。IT行业指数式的发展也即将停滞。此时需要一项能够对现有网络架构带来巨大改变的通信技术,于是5G来了。

接入网(RAN)

简单来讲,接入网(RAN)处理的就是你的手机和基站之间的信息收发。基站通常包括负责处理信号调制的BBU、负责射频处理的RRU、负责线缆上导行波和空气中空气波之间的转换的天线和连接RRU和天线的馈线。在早期时并没有对这些设备做太多的区分,所有的部件都被组合在一个柜子里。

分布式接入网(DRAN)

之后专家们对他们的位置做出了些改变,专家们将RRU分离了出来,这些硬件不在放在一起,将RRU与天线牵得更近了,而BBU有时也会被挂在墙上。这样原本的接入网(RAN)变为了(DRAN)也就是分布式接入网。这样缩短了RRU和天线之间馈线的长度,减少了信号的损耗,降低了馈线的成本。并且RRU加天线也比较小,想怎么放,就怎么放,让网络规划更加灵活。

集中式接入网(CRAN)

DRAN一定程度上提高了一定的性能。但对于运营商来说提供无线服务除了考虑性能还会考虑另一个因素——成本。于是CRAN出现了。相比于DRAN,CRAN将各个基站除RRU和天线之外的东西整合在了一起。减少了机房数量,减少了租金,减少了维护费用,这对于饱受经营压力之苦的运营商来说节省了许多的成本。

并且RRU和天线可以放在离用户更近的位置,这样发射功率就低了。用户终端的电池寿命延长了,并且接入网的功耗也降低了。同时还减少了大量的碳排放。集中在一起的BBU也可以更加方便地管理,资源调配更加灵活。

在CRAN下,基站实际上是从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。强化了协作关系,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。

网元功能虚拟化(NFV)

在CRAN下将BBU统一放在了中心机房(CO),既然BBU基带池都放在中心机房了,那就可以对它们进行虚拟化了。以前BBU是专门的硬件设备,非常昂贵,现在找个x86服务器,装个虚拟机,运行具备BBU功能的软件,然后就能当BBU用了。

虚拟化平台在硬件上包了一层封装,真正的硬件对你来说不可见,它提供了很多的虚拟硬件资源供你使用。虚拟化之后,对硬件资源的调用会非常的方便,系统更加灵活,更加节约资源。

网络切片(Network Slicing)

在即将到来的5G中原来的BBU、RRU、天线这些东西重构成了集中单元(CU)、分布单元(DU)、有源天线单元(AAU)。原来BBU的非实时部分被分割出来变味了CU,BBU部分物理层与原RRU'及无源天线合并为AAU,BBU的剩余功能负责处理物理层协议和实时服务。4G的核心网一部分成为了5G的核心网,一部分成为了移动网络边界计算平台(MEC),MEC和CU移动到了一起,这就是所谓的“下沉”(离基站更近)。


5G的网络架构相对于之前的网络架构能够支持的不同需求场景,这也需要5G对不同的需求场景做不同的部署。部署方式的选择需要综合考虑多种因素,包括业务的传输需求(如带宽,延时等因素)、建设成本和维护难度。

如果前传网络为理想传输(光纤直连天线),那么CU与DU可以部署在同一个集中点。如果前传网络为非理想传输(没有足够的光纤),DU可以再用分布式部署的方式。如果是车联网这样要求低延时的场景,就需要将DU与AAU靠近,此时,MEC、边缘云就要派上用场。



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