5G无线接入网、承载网、核心网

目录

 

1、理论知识

2、基站组成

2、基站演变

3、5G接入网组成

4、5G承载网

5、5G核心网


1、理论知识

无线接入网,也就是通常所说的RAN(Radio Access Network)
基站(BaseStation),就是属于无线接入网(RAN)

2、基站组成

5G无线接入网、承载网、核心网

BBU(主要负责信号调制)
RRU(主要负责射频处理)
馈线(连接RRU和天线)
天线(主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换)

2、基站演变

(1)演变1

在最早期的时候,BBU,RRU和供电单元等设备,是打包塞在一个柜子或一个机房里的。

5G无线接入网、承载网、核心网

(2)演变2

    基站一体化后来,慢慢开始发生变化。

5G无线接入网、承载网、核心网

    硬件上不再放在一起,RRU通常会挂在机房的墙上。

(3)演变3

    再到后来,RRU不再放在室内,而是被搬到了天线的身边(所谓的“RRU拉远”)

5G无线接入网、承载网、核心网

好处:一方面,大大缩短了RRU和天线之间馈线的长度,可以减少信号损耗,也可以降低馈线的成本。另一方面,可以让网络规划更加灵活。毕竟RRU加天线比较小,想怎么放,就怎么放。

我们的RAN就变成了D-RAN,也就是Distributed RAN(分布式无线接入网),存在问题:大量的机房=大量的成本

(4)出现问题

   运营商要建立太多的机房、租赁空调、设备等耗费财力,所以需要解决:

   问题1:大量的机房=大量的成本

运营商提出C-RAN解决方案

C-RAN,意思是Centralized RAN,集中化无线接入网。这个C,不仅代表集中化,还代表了别的意思:

5G无线接入网、承载网、核心网

相比于D-RAN,C-RAN做得更绝。除了RRU拉远之外,它把BBU全部都集中关押起来了。关在哪了?中心机房(CO,Central Office)。

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这一大堆BBU,就变成一个BBU基带池。

C-RAN这样做,非常有效地解决了前文所说的成本问题。

若干小机房,都进了大机房

机房少了,租金就少了,维护费用也少了,人工费用也跟着减少了。这笔开支节省,对饱受经营压力之苦的运营商来说,简直是久旱逢甘霖。

另外,拉远之后的RRU搭配天线,可以安装在离用户更近距离的位置。距离近了,发射功率就低了。

低的发射功率意味着用户终端电池寿命的延长和无线接入网络功耗的降低。说白了,你手机会更省电,待机时间会更长,运营商那边也更省电、省钱!

此外,BBU基带池既然都在CO(中心机房),那么,就可以对它们进行虚拟化了!

虚拟化,就是网元功能虚拟化(NFV)。简单来说,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(VM,Virtual Machines),运行具备BBU功能的软件,然后就能当BBU用啦!

3、5G接入网组成

在5G网络中,接入网不再是由BBU、RRU、天线这些东西组成了。而是被重构为以下3个功能实体:

CU(Centralized Unit,集中单元)
DU(Distribute Unit,分布单元)
AAU(Active Antenna Unit,有源天线单元)

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CU:原BBU的非实时部分将分割出来,重新定义为CU,负责处理非实时协议和服务。

AAU:BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。

DU:BBU的剩余功能重新定义为DU,负责处理物理层协议和实时服务。

如果还不太清楚,我们看一下下面这张图:

5G无线接入网、承载网、核心网

注意,在图中,EPC(就是4G核心网)被分为New Core(5GC,5G核心网)和MEC(移动网络边界计算平台)两部分。MEC移动到和CU一起,就是所谓的“下沉”(离基站更近)。

因为需求多样化,所以要网络多样化;因为网络多样化,所以要切片;因为要切片,所以网元要能灵活移动;因为网元灵活移动,所以网元之间的连接也要灵活变化。

5G无线接入网、承载网、核心网

所以,才有了DU和CU这样的新架构。

依据5G提出的标准,CU、DU、AAU可以采取分离或合设的方式,所以,会出现多种网络部署形态:

5G无线接入网、承载网、核心网

上图所列网络部署形态,依次为:

① 与传统4G宏站一致,CU与DU共硬件部署,构成BBU单元。

② DU部署在4G BBU机房,CU集中部署。

③ DU集中部署,CU更高层次集中。

④ CU与DU共站集中部署,类似4G的C-RAN方式。

这些部署方式的选择,需要同时综合考虑多种因素,包括业务的传输需求(如带宽,时延等因素)、建设成本投入、维护难度等。

如果是车联网这样的低时延要求场景,你的DU,就要想办法往前放(靠近AAU部署),你的MEC、边缘云,就要派上用场。

4、5G承载网

在5G网络中,之所以要功能划分、网元下沉,根本原因,就是为了满足不同场景的需要。前面再谈接入网的时候,我们提到了前传、回传等概念说的就是承载网。因为承载网的作用就是把网元的数据传到另外一个网元上。

前传(AAU↔DU):

第一种,光纤直连方式。

每个AAU与DU全部采用光纤点到点直连组网。

实现起来很简单,但最大的问题是光纤资源占用很多。随着5G基站、载频数量的急剧增加,对光纤的使用量也是激增。

所以,光纤资源比较丰富的区域,可以采用此方案。

第二种,无源WDM方式。

将彩光模块安装到AAU和DU上,通过无源设备完成WDM功能,利用一对或者一根光纤提供多个AAU到DU的连接。

采用无源WDM方式,虽然节约了光纤资源,但是也存在着运维困难,不易管理,故障定位较难等问题。

第三种,有源WDM/OTN方式。

在AAU站点和DU机房中配置相应的WDM/OTN设备,多个前传信号通过WDM技术共享光纤资源。

这种方案相比无源WDM方案,组网更加灵活(支持点对点和组环网),同时光纤资源消耗并没有增加。

中传(DU↔CU)和回传(CU以上):

第一种,分组增强型OTN+IPRAN

利用分组增强型OTN设备组建中传网络,回传部分继续使用现有IPRAN架构。

第二种,端到端分组增强型OTN

中传与回传网络全部使用分组增强型OTN设备进行组网。

5、5G核心网

2G网络架构图
5G无线接入网、承载网、核心网

MSC(Mobile Switching Center),移动交换中心。

HLR、EIR和用户身份有关,用于鉴权。

2.5G网络架构图
5G无线接入网、承载网、核心网

SGSN:Serving GPRS Support Node,服务GPRS支持节点

GGSN:Gateway GPRS Support Node,网关GPRS支持节点

SGSN和GGSN都是为了实现GPRS数据业务

3G网络架构图
5G无线接入网、承载网、核心网

4G网络架构图
5G无线接入网、承载网、核心网

MME:Mobility Management Entity,移动管理实体

SGW:Serving Gateway,服务网关

PGW:PDN Gateway,PDN网关

5G网络架构
5G无线接入网、承载网、核心网

红色虚线内为5G核心网。

除了UPF之外,都是控制面

5G无线接入网、承载网、核心网

简而言之,5G核心网就是模块化、软件化。

5G核心网之所以要模块化,还有一个主要原因,就是为了“切片”。

 

 

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