5G架构相比4G哪里不同?

从表征来看,5g就是低时延、高带宽及大量设备通信。在基建架构层面,5g网络的核心网和无线接入部分都发生了变化。
核心网部分,主要是各类大数据量的应用,对核心网的处理能力提出更高的要求。
这部分最大的变化就是4g的s-gw/p-gw网元在5g时代剥离出了控制面(cp)和用户面(up),而用户面功能实际还下放到了接入侧(下图中的mec)处理。
无线接入侧的变化就相对很大了。上图有两个基本概念,bbu(上图中的du)和rru(上图中的ru,有时也叫rrh)。
bbu就是基带单元(baseband unit),一般生成与处理数字基频rf信号;rru则为射频拉远单元(remote radio unit)。
3g时代bbu和rru实现了设备分离;不过如上图所示,3g、4g时期盛行的d-ran(分布式无线接入网),bbu和rru还是放在同一个机柜中的。
5g对基站数量的要求骤然变多,毕竟emmb需要使用更高的频率。传统的这种d-ran架构,每个蜂窝基站(cell site)都要求专门的bbu和rru,另外还需要配套的电力、制冷、路由功能供应。
如果按照这种架构去大规模增加基站数量,那么基建费用和运营成本就会激增。所以不少无线技术和架构都涌现了,这其中包括了mimo、comp、载波聚合、vran,还有现如今的c-ran架构(云ran或中心化ran)。
c-ran的主体就是把bbu做了集中处理,移到了中心位置形成bbu池,和rru彻底实现分离。
bbu池能够共享物理基础设施,包括路由器这样的网络设备,当然还有空间、电力、制冷系统等。这是降低成本一种很好的方案,而且提升了架构的弹性。
另外c-ran也算是可持续绿色能源的一种方案,在一个bbu池中采用可再生能源总是好过分开的大量基站设备的。
mwc展会上的长飞光纤5g前传光模块
这个时候,rru就安装在千米、万米以外的远程蜂窝基站上。那么bbu到rru之间的部分就需要有传输网络了,这个传输网络即是运营商常说的“前传(fronthaul)”。
而且前传也实质上成为5g发展的一个重要焦点。我们也在mwc 2019上海展会上看到了不少前传光纤和光模块展示。
除了c-ran架构将bbu做了中心化处理,远端的rru和外部天线也发生了变化。在5g网络中,rru形成了新的aau(架构图中的au,有源天线单元)。
这其中涉及到aas有源天线系统,其特点就是集成了有源射频电子元件与无源天线阵列,而不再是单独的天线。
aas系统的主要作用有两个,其一是有源天线可将信号专注到一个特定的方向,这样一来从基站抵达特定设备的信号也就更强,这就是beamforming波束成形技术。第二,这里的天线阵列就是mimo天线,通过多个无线信道同时服务多用户,实现mu-mimo。

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