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5G:基站代维的没落与光通信的再兴

发布时间:2017-07-12 18:06浏览次数:100Tags:网优雇佣军

几十年来,基站维护工作一直未变,爬山涉水抢故障,披星戴月稳运行。

基站数量多,分布广,每个站都配置了传输、电源、空调、监控等各种设备,任何一个设备故障,都可能造成基站退服。运维人员苦不堪言,不是在处理故障,就是在处理故障的路上,要是遇上打雷下雨,简直忙得焦头烂额,丧心病狂。

是时候改变了,就在5G时代。

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传统基站维护的没落

运营商们正在计划和部署C-RAN作为新的无线接入网构架。C-RAN,或Cloud-RAN,即将BBU集中化、虚拟化,部署于边缘小型数据中心,再将RRU拉远,替代原无线接入网基站独立分散的网络构架。

▲C-RAN构架图,来源中国移动

C-RAN的优势在于:

①降低建网和运维成本

BBU集中化,RRU分散于街头巷尾任何可利用的角落和空间,站点简化,减少基站租赁和建设成本,同时,降低能耗(省电约50%),提升效率。

②灵活运维

BBU集中于安全的数据中心,这意味着大量现场维护工作只需在中心局完成,减少维护人力物力成本。

换句话讲,BBU集中在高容灾能力的数据中心里,基站维护人员不用再为基站空调故障导致的高温告警,或雷击导致的电源故障,而疲于奔命似的忙抢修了。

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为何需要C-RAN?

首先要清楚运营商为什么部署5G?天下熙熙,皆为利来。这个“利”有造福大众的福利,也有运营商的“私利”,两者相辅相成,缺一不可。所谓没有了利润,哪来的服务?

运营商建5G,从自身角度讲,原因无非两点:

①移动宽带需求猛增,但运营商收入持续下滑。

②运营商需寻找新的收入来源。

为此,5G定义了三大垂直应用场景:增强型移动宽带(eMBB)、大规模物联网(mMTC)和高可靠低时延型物联网(URLLC)。eMBB是为了满足移动宽带的持续需求,mMTC和URLLC是为了扩展新的收入来源。

除了上述的建网和运维成本考量,这三大应用场景也少不了C-RAN的支撑。

大规模物联网的大量传感器收集海量数据,一些数据存储和分析功能需下沉到BBU级的接入网中进行处理,通常会引入移动边缘计算(MEC)。

低时延高可靠物联网主要应用工业远程机器人控制、无人机驾驶等需超低时延(1ms),为了减小物理时延,一些核心网功能要下沉到接入网。

这就意味着网络内将分布较多的边缘数据中心,C-RAN的集中BBU池正是部署于这些边缘数据中心。

另外,网络切片技术也需要集中化和虚拟化的C-RAN构架。所谓网络切片,就是共享物理网络设施,根据网络时延、可靠性、速率、覆盖率要求等,切出不同的逻辑网络,应对不同的5G应用场景。

5G将针对不同的垂直领域切片,每个切片的网络性能各不相同,因此,无线资源的实时协调是必须的,这种无线资源的实时调度只能通过集中式的C-RAN来实现。

再补充一点,未来5G网络使用频段更多、更零碎、更分散,C-RAN集中式BBU也利于不同频段的载波聚合,以及未来异构网络各种小站、小小站、微站之间的协同。

C-RAN要拯救运营商,解救基站维护工程师,但也面临前所未有的挑战。

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不懂光通信的维护工程师不是好工程师

前传,简单的说就是BBU与RRU之间的传输网络,CPRI为BBU与RRU之间的公共无线接口。

不管是3G还是4G时代,BBU和RRU之间的距离都很短,无非上百米,两者间采用光纤连接,无论时延还是衰减,满足前传性能要求绰绰有余,所以,我们在安装基站时,从不考虑BBU和RRU之间的光衰减,直接“即插即用”,安装完即走。

5G的C-RAN构架就不一样了。

通常CPRI速率是回传速率的16倍,以LTE为例,150Mbit/s速率需要2.4Gbit/s的CPRI速率。考虑未来5G高带宽,加之多天线技术,这个CPRI接口带宽或将至T级别。

同时,BBU与RRU之间的距离或将扩展到15-20公里,远远大于传统基站BBU和RRU之间不过100米的距离。

根据FTTH网络经验,当带宽达到10G和距离超过10公里时,会引起色散问题:色度色散(CD)和偏振模色散(PMD),从而导致光衰减和误码率上升,尤其在遇到刮风下雨、震动等情况时,更加不可控。

前传容量和距离,成为C-RAN面临的最大挑战。一方面,前传CPRI需重新设计;另一方面,前传光网络的测试和维护工作量繁重。

为了缓解前传容量问题,目前正在讨论将BBU功能分离。

CPRI接口速率之所以高,是因为它要传输被基带数字化的RF信号,如果将这一物理层功能迁移到RRU上,不就可以显著地减少CPRI速率了吗?这就是大致的BBU功能分离原理。

▲BBU功能分离

如果将物理层功能迁移到RRU,刚好也适应了BBU虚拟化的趋势,即用软件和通用硬件代替传统的专用基站BBU设备。

BBU分为三层:物理层、MAC层和RLC层。物理层实时数字化RF处理,告警和事件处理,差错校正等,这一层通常难于虚拟化。

至于MAC/RLC层和一些接口协议,容易虚拟化,可作为VNFs(虚拟网络功能),以软件的形式运行于NFV云。这样,集中化和虚拟化的BBU就可配置于边缘数据中心,而将物理层迁移的RRU通过拉远的形式部署于街头巷尾,这样前传与回传概念就合并了。

如此一来,传统基站维护的游戏规则被颠覆,基站维护工作将更多聚焦于BBU与RRU之间的前传光网络的测试与维护。

BBU池已虚拟化,软件的世界,与传统基站硬件维护差别太大,如前所述,估计会减少不少基站维护人员。

前传光网络成为维护重心,BBU和RRU间距离远,考虑其规模庞大、结构复杂,挑战巨大,在5G建设和维护中,或将需求大量的光纤通信工程师。

想象一下,未来的场景可能会是这样的...

在5G建设期:

各个RRU站点上,分布着大量光纤通信工程师,测试到BBU池的光功率损耗、光衰减、时延,甚至是清洁光连接头,热火朝天。

在BBU侧的数据中心里,也聚集了光纤通信工程师,他们正在做连接,波长分配,时钟同步,测试到各个RRU的距离、时延和光衰等。

在5G维护期,你同样会看到大量光纤通信工程师在处理基站故障,他们正拿着OTDR正在定位光传输故障,就像你当年拿着Site Master定位天馈故障一样。

此外,由于CPRI前传射频信号全数字化,一些干扰测试和频谱分析工作也可直接在数据中心通过光纤链路来完成。

游戏规则正在改变,传统基站维护逐渐没落,光纤通信工程师或将迎来新一轮春天。

最后引用一句话,当一个行业的产品和服务的成本曲线下降,那么这个行业必将会出现剧变。

说人话,就是当一个行业的服务或产品已经白菜价了,必然会面临洗牌,5G正当其时。

网优雇佣军投稿邮箱:wywd11@126.com

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