Чтобы удовлетворить растущие потребности пользователей, операторам мобильной связи необходимо увеличить пропускную способность сети. Поскольку спектральная эффективность для стандарта Long Term Evolution (LTE) приближается к границе, наиболее заметным способом увеличения пропускной способности сети является либо добавление дополнительных ячеек, создание сложной структуры гетерогенных и малых сотовых сетей (HetSNets), либо применение таких методов, как многопользовательский многочастотный входной многочастотный выход (MIMO), а также массивные МИМО, в которых одновременно работают многочисленные антенны.
Операционные расходы
В частности, увеличиваются капитальные затраты, поскольку базовые станции являются самыми дорогими компонентами инфраструктуры беспроводной сети, в то время как OPEX увеличиваются, поскольку для работы объектов сотовой связи требуется значительное количество электроэнергии, например, по оценкам China Mobile 72% от общего энергопотребления приходится на объекты сотовой связи.
Операторам мобильной связи необходимо покрывать расходы на строительство, эксплуатацию, техническое обслуживание и модернизацию сети, при этом средний доход на одного пользователя (ARPU) остается неизменным или даже снижается со временем, поскольку обычный пользователь все более жаждет данных, но рассчитывает платить меньше за использование данных.
Мобильные операторы сталкиваются со случаями, когда стоимость сети может превысить доходы, если не будут предприняты корректирующие меры. Поэтому в области мобильных сетей возникает необходимость в новых архитектурах, оптимизирующих затраты и энергопотребление. C-RAN - это новая архитектура мобильной сети, которая обладает потенциалом для решения вышеуказанных задач.
В C-RAN базовая полоса обработки централизована и распределена между сайтами в виртуализированном пуле BBU. Это означает, что он способен более эффективно адаптироваться к неравномерному трафику и использовать ресурсы, т.е. базовые станции. В связи с тем, что в C-RAN требуется меньше BBU по сравнению с традиционной архитектурой, C-RAN также имеет потенциал снижения стоимости эксплуатации сети, поскольку потребление энергии и энергии снижается по сравнению с традиционной архитектурой RAN.
Новые BBU легко добавляются и обновляются, что повышает масштабируемость и упрощает обслуживание сети. Виртуализированный пул BBU может совместно использоваться различными сетевыми операторами, что позволяет им арендовать сеть радиодоступа (RAN) в качестве облачной службы. Поскольку ПБУ со многих объектов расположены в одном пуле, они могут взаимодействовать с меньшими задержками, что значительно облегчает внедрение механизмов LTE-Advanced (LTE-A), таких как улучшенные ICIC (eICIC) и Coordinated Multi-Point (CoMP). Также облегчаются методы осуществления балансировки нагрузки между ячейками. Кроме того, производительность сети повышается, например, за счет сокращения задержек во время передачи данных внутри пула BBU.
Архитектура C-RAN ориентирована на операторов мобильной связи, как это предусмотрено Китайским институтом мобильных исследований, IBM, Alcatel-Lucent, Huawei, ZTE, Nokia Siemens Networks, Intel и Texas Instruments. Более того, C-RAN рассматривается как типичная реализация мобильной сети, поддерживающей технологии в мобильной сети пятого поколения (5G) в горизонте 2020 года.
Однако C-RAN - это не единственная архитектура-кандидат, способная ответить на вызовы, с которыми сталкиваются операторы мобильной связи. Другие решения включают в себя небольшие ячейки, входящие в состав HetSNets и Massive MIMO. Развертывание небольших камер является основным конкурентом в сценариях горячих точек на открытом воздухе, а также в сценариях покрытия внутри помещений. Универсальные компактные решения, такие как AlcatelLucent LightRadio, могут разместить все функции базовых станций в коробке объемом несколько литров. Их можно размещать на открытом воздухе, что позволяет сократить расходы на эксплуатация, связанная с охлаждением и арендой помещений. Однако они будут не до использованы в периоды низкой активности и не смогут использовать совместные функции, как это может сделать C-RAN.
Более того, их сложнее модернизировать и ремонтировать, чем C-RAN. Краткое сравнение между сетями C-RAN, Massive MIMO и HetSNets. Энергоэффективность крупномасштабных малых сотовых сетей выше по сравнению с массовыми сетями MIMO. Тем не менее, C-RAN привлекателен для операторов, которые имеют дешевые ресурсы волоконно-оптических кабелей.
Что такое С-RAN
C-RAN - это сетевая архитектура, в которой ресурсы базовой полосы объединены таким образом, чтобы их можно было разделить между базовыми станциями. Территория, которую охватывает мобильная сеть, разделена на сотовые, поэтому мобильные сети часто называют сотовыми сетями. Традиционно в сотовых сетях пользователи связываются с базовой станцией, обслуживающей сотовую связь, под покрытием которой они находятся.
Основные функции базовой станции можно разделить на функции обработки в базовой полосе частот и функции радиостанции. Среди них кодирование, модуляция, быстрое преобразование (FFT). Радиомодуль отвечает за цифровую обработку, частотную фильтрацию и усиление мощности.
Традиционная архитектура
В традиционной архитектуре функциональность радио и базовой полосы пропускания интегрирована в базовую станцию. Антенный модуль обычно расположен в непосредственной близости (несколько метров) от радиомодуля,поскольку коаксиальные кабели, используемые для их подключения, имеют большие потери. Между базовыми станциями определен интерфейс X2, интерфейс S1 соединяет базовую станцию с основной мобильной сетью. Эта архитектура была популярна для развертывания сетей мобильной связи 1G и 2G.
Базовая станция с RRH В базовой станции с архитектурой дистанционного радиоуправления (RRH) базовая станция разделена на радиостанцию и блок обработки сигнала. Радиостанция называется RRH или удаленная радиостанция (RRU). RRH обеспечивает интерфейс к оптоволокну и выполняет цифровую обработку, цифровое преобразование в аналоговый, аналоговое преобразование в цифровой, усиление мощности и фильтрацию. Часть базовой полосы обработки сигнала называется BBU или модулем данных (DU). Эта архитектура была введена в эксплуатацию при развертывании сетей 3G, и в настоящее время большинство базовых станций используют ее. Расстояние между RRH и BBU может быть увеличено до 40 км, если ограничение связано с задержкой обработки и распространения.
Могут использоваться оптоволоконные и микроволновые соединения. В этой архитектуре оборудование BBU может быть размещено в более удобном, легкодоступном месте, что позволяет сэкономить на аренде и обслуживании по сравнению с традиционной архитектурой RAN, где BBU должно быть размещено рядом с антенной. RRH могут быть установлены на столбах или крышах, обеспечивая эффективное охлаждение и экономию на кондиционировании воздуха в корпусе BBU. RRH статически привязаны к BBU аналогично традиционным RAN. Один блок BBU может обслуживать множество RRH.
- RRH могут быть соединены друг с другом в так называемой гирляндевой архитектуре. Определен ирригационный интерфейс, соединяющий RRH и BBU. CPRI - протокол радиоинтерфейса, широко используемый для передачи данных IQ между RRH и BBU - на Ir-интерфейсе. Это постоянный битрейт, двунаправленный протокол, который требует точной синхронизации и строгого контроля задержек. Другими протоколами, которые могут быть использованы, являются Инициатива по открытой архитектуре базовых станций (OBSAI).
Централизованная архитектура базовой станции - C-RAN
В C-RAN, в целях оптимизации использования BBU между базовыми станциями с высокой и низкой нагрузкой. BBU централизованы в одну структуру, которая называется BBU/DU Pool/Hotel. Бассейн BBU разделяется между узлами камер и виртуализирован.
BBU Pool - это виртуализированный кластер, который может состоять из процессоров общего назначения для выполнения базовой полосы (PHY/MAC) обработки. Интерфейс X2 в новой форме, часто называемый X2+, организует межкластерное взаимодействие.
Концепция C-RAN впервые была представлена IBM под названием Wireless Network Cloud (WNC) и основана на концепции распределенной беспроводной системы связи предлагают архитектуру мобильной сети, в которой пользователь общается с плотно расположенными распределенными антеннами, а сигнал обрабатывается с помощью распределенной обработки.
