《C-RAN新型网络架构研究及试验》

2011年3月课题名称：C-RAN新型网络架构研究及试验中国移动集团级重点联合研发项目开题汇报报告二、立项背景和意义为了解决我公司在移动互联网快速发展所带来的对无线接入网的多方面的挑战（能耗，建设和运维成本，选址，频谱资源），追求未来可持续的业务和利润增长大量的基站机房导致高额的投资运维成本数据流量增速远高于收入增长潮汐效应导致基站利用率低传输人工维护站点租金电费7年的OPEX基站主设备土建配套设备勘站及网络规划CAPEX60%TCO40%TCO能耗随基站数量迅速增加基站是中国移动能耗的主要来源无线接入网需要创新的解决方案，以满足高容量、低成本、低能耗、易运维的需求三、课题研究目标•C-RAN新技术原型机开发及外场试验–基于开放平台的C-RANGSM/TD-S/TD-LTE多模原型机–基于开放平台的TD-LTE-A原型机及外场试验平台•GSM/TD-SCDMA/TD-LTE载波池方案及试验–GSM:研究GSM集中化部署和载波池动态调整可行性方案,推动厂商产品功能研发和验证–TD-SCDMA:600～1000载波方案，实验室测试–TD-LTE：载波池方案研究•基带拉远传输方案及试验–GSM/TD-SCDMA/TD-LTE基带拉远传输方案研究–测试方案•GSM/TD-SCDMA载波池方案测试（广东公司）–载波池试验–基带拉远试验•GSMC-RAN规模应用研究（湖南公司）–载波池试验–基带拉远试验研究报告测试方案四、研究总体框架GSM/TD-SCDMA/TD-LTE载波池方案及试验（研究院）研究面向绿色演进的集中化、协作化、云计算化的C-RAN无线接入网构架，实施方案及外场试验总体目标C-RAN新技术原型机开发及外场试验（研究院）GSM/TD-SCDMA载波池方案测试（广东）现网试验测试报告基带拉远传输方案及试验（设计院，研究院）GSMC-RAN规模应用研究（湖南）现网试验测试报告三模原型机外场试验研究报告测试方案前沿研究方案论证外场试验五、项目的难点及解决方案•基于开放平台的GSM/TD-SCDMA/TD-LTE多模样机开发–开放平台上的实时处理能力–解决：面向开放平台开发实时信号处理算法•面向1000载波的大容量基带池方案–高速、大带宽、低延迟、可扩展的构架–解决：借鉴IT产业DCN技术，设计新型BBU互联构架•C-RAN集中化部署的的基带拉远传输方案–GSM基带拉远的接口标准不统一–GSM/TD-SCDMA/TD-LTE共站情况下传输方案的制定–各基带拉远传输方案是否满足相应系统的性能要求–解决：探索新的基带拉远传输方案，制定统一的GSM基带拉远接口标准–解决：多方面对各种传输方案进行比较分析，不同场景情况下的适用解决方案•GSM设备支持C-RAN集中化尚有功能欠缺–现有GSM分布式基站对环形组网、载波调度等功能支持情况有限–GSMBBU容量较低，尚难以形成较大规模载波池–解决：推动厂家及时开发相应功能•TD-LTE设备支持C-RAN集中化的功能尚未开发–载波池功能尚不具备–解决：推动厂家及时开发相应功能六、主要技术方案和关键技术-总体•基于开放平台的GSM/TD-S/TD-LTE多模样机–GSM/TD-S/TD-LTE实时信号处理算法•面向1000载波的大容量基带池–高速、大带宽、低延迟、可扩展的BBU互联构架•C-RAN集中化部署的的基带拉远传输方案–基带拉远传输方案（压缩/WDM/OTN）–统一的网络管理功能•GSM集中化部署方案–通过设备规范明确要求和实验室测试，推动厂商功能研发–研究多BBU级联的载波池共享方案，突破现有单个BBU容量限制–广东：GSM光纤直驱组网方式、CPRIoverOTN，彩光直驱，基带共享技术–湖南：基带资源动态共享，RRU多级级联和环形组网，多RRU共小区技术•TD-LTE设备支持集中化的部署方案–环路保护，载波调度功能GSM载波池方案研究–集中化部署相关•基于多载波分布式基站的的多级级联、环网倒换研究•单BBU容量提升和多BBU间级联BBU集中部署远端RRU/天线保持不变光纤承载高速IQ数据–载波池共享和调度•载波动态调整方案，包括调整门限设置、基站配置等•基于典型场景的成本节省分析GuardbandTime小区话务量测量载波开启门限载波关闭门限载波增加载波减少载波快速增加六、主要技术方案和关键技术-2.1面向1000载波的大容量基带池•Fat-tree/Clos网络架构首次应用到BBU互联领域，通过低成本的交换互联设备实现大规模的BBU互联，满足高带宽的需求，并且具备良好的扩展性，方便增量扩容。•ECMP(EqualCostMultipathProtocol)路由协议可以有效利用Fat-tree的网络特性，在网络拓扑内有效实现各路径的负载均衡；RSVP(ResourceReservationProtocol)协议实现每个中间节点(路由器)完成路径以及资源预留，解决同一条流的报文不同路径、避免路径拥塞导致丢包，保证低延迟的网络要求•基于Fat-tree/Clos网络架构实现1000载波的大规模互联架构设计以及原想系统开发192.168.0.1192.168.2.3ECMP(多重等价路径)流程•Hash空间[0,1],如果接口带宽用完，则该端口推出Hash空间•Hash(src,dst,src_port,dst_port)RSVP(资源预留)流程•本地处理超过警戒阈值，触发RSVP，通过单独的负载均衡协议确定dst•向dst发起RSVP，路由器为其预留带宽及路径•Dst收到后原路径进行确认•反向RSVP建立RoutingTable192.168.2.0255.255.255.0Port0192.168.2.0255.255.255.0Port1…六、主要技术方案和关键技术-2.2六、主要技术方案和关键技术-3.1•基带拉远传输方案•研究背景：基带拉远架构相比传统无线接入网具有减少机房数量，大幅降低运维成本；组成基带资源池，应对“潮汐效应”；协作式多点传输，提高频谱效率、能量效率等优势；•研究内容描述•基带拉远方案分析与对比，接口标准的完善性分析•基带拉远传输承载方案分析，包括光纤直连方案、WDM方案（彩光直驱方案、增加WDM设备方案）、PON方案、PTN方案–评估各传输方案应用于GSM/TD-SCDMA/TD-LTE系统的的可行性–对比分析各传输方案在时延、带宽、成本、可维护性、设备成熟度、适用场景等方面的特点–评估各传输方案在试验网中的性能•目前进展•已启动基带拉远方案与传输方案的梳理工作•预计输出成果•基带拉远传输承载方案分析报告•基带拉远接口标准•基带拉远测试总结报告光纤直驱方案彩光直驱方案OMDOAD1OAD1OAD1OAD1OMDRRU白光SFP白光SFPRRU白光SFP白光SFPRRU白光SFP白光SFPRRU白光SFP白光SFPBBU白光SFP白光SFP白光SFP白光SFP白光SFP白光SFP白光SFP白光SFPOTUOTUOTUOTUOTUOTUOTUOTUOTUOTUOTUOTUOTUOTUOTUOTUCWDM方案UniPon方案原理：RRU到BBU采用光纤点到点直连，RRU和BBU采用普通白光模块。特点：光纤需求随站点数线性增加，占用光纤较多，电信级网管不足无需传输设备，可实现快速部署，适合光纤资源丰富的地区或者小规模C-RAN汇聚原理：RRU到BBU采用不同的波长复用到同一光纤内（彩光原理），RRU和BBU采用彩光模块，波长复用/解复用采用无源设备。特点：彩光模块成本稍高，对光纤需求极大降低，适合光纤紧张地区的小规模或中、大规模C-RAN集中化部署原理：BBU到RRU以WDM设备传输，RRU和BBU采用普通光模块，传输链路需要OTU（波长转换单元）和复用解复用设备。特点：增加了WDM/OTN传输设备成本，同样对光纤需求极大降低，适合大规模C-RAN汇聚原理：BBU与RRU之间的传输借助PON技术实现，融合有线与无线传输，链路需要OTU、复用解复用设备。特点：可最大化重用现有PON接入技术，节省主干光纤，适合大中城市室内环境覆盖，以及低密度郊区覆盖六、主要技术方案和关键技术-3.2•无线网络集中运维管理：支持多个物理站点基带资源集中配置管理；拉远RRU支持环境监控功能测试•多级RRU级联配置功能：多级RRU级联配置功能测试；RRU级联组网下的站点配置测试；RRU环网保护功能•BBU集中维护功能：BBU故障倒换测试；BBU不中断业务的扩容功能测试•C-RAN组网环境下基本业务性能测试：语言业务测试、数据业务测试•C-RAN组网环境下网络质量KPI指标测试：无线接入性统计测试；呼叫建立成功率统计测试；掉话率统计测试；切换成功率统计测试；语音信道拥塞率统计测试；语音质量样本比例统计测试六、主要技术方案和关键技术-4.1厂区（BBU集中点）食堂厂区宿舍1宿舍2白天高业务区域夜晚高业务区域RRU共小区提升厂区资源利用率•第一阶段选定东莞凤岗联泰制衣作为C-RAN试点，建设1个BBU集中点，共下挂4个RRU覆盖整个厂区。•重点测试：C－RAN网络的集中运维管理，多级RRU级联配置功能，C-RAN组网环境下的业务性能等广东GSMC-RAN试验方案介绍湖南GSMC-RAN试验区域介绍本次试点共选择10个物理站点(14个逻辑站点)，其中9个站点为现有基站，3个站点900/1800M共站址站点，1个站点为2011年规划新建站点。本次试点无线设备总规模预计为3套BBU及37套RRU。试点区域LAC编码为29579和58294。本次试点选取湖南省长沙市岳麓区岳麓山东南侧天马山附近湖南师大、中南工大以及周边住宅小区等区域进行GSM网络C-RAN方案的试点工作，以验证该创新组网方案的优势。岳麓山天马山汇聚节点六、主要技术方案和关键技术-5.1试点前网络拓扑图试点后网络拓扑图湖南GSMC-RAN试点选择9个现网站点（其中3个站点为900/1800M共站址），一个900M新建站，共三个接入环，选择天马山传输汇聚节点做为BBU汇聚机房。六、主要技术方案和关键技术-5.2七、专利检索情况（TODO）•根据《中国移动研发项目管理办法》第十九条规定：为推动自有专利实施和尽量降低专利风险，对集团级重点项目，尤其是业务类或预计形成企业标准的项目，应在开题时开展自有和他人相关专利的调查与分析，并对项目可能涉及的他人专利提出初步的应对策略。•本部分应对目前课题涉及领域的专利分布情况进行检索和阐述，包括我公司的专利和其他申请人在此领域的专利现状等内容八、本课题的创新点和专利点•基于开放平台的TD-LTE实时信号处理–和传统面向DSP的实时信号处理不同，面向开放平台的TD-LTE实时信号处理需要特别设计的信号处理流程，充分利用CPU的构架特点（Cache和SSE指令）的并行化处理算法•大规模基带池可扩展的BBU互联构架–采用大量廉价的BBU通过互联构成大容量、高扩展性、冗余备份、可扩展的BBU互联构架–大规模基带池BBU互联构架下的路由方案•C-RAN集中化部署的的基带拉远传输方案–不同场景下基带拉远传输实现方案–GSM/TD-SCDMA/TD-LTE共小区情况下传输配置方案–OTN/WDM满足BBU/RRU接口时延抖动传输性能的技术方案九、已有的研究工作积累和取得的研究成果-1ChannelEncodeDFTPrecodeModulationChannelDecodeFrequencydomainEqualizationIDFTDemodulationBitLevelSymbolLevelFFTSampleLevelIFFTPilotGenerationChannelEstimationScramblingDe-scramblingCRCandcodeblocksegmentationCRCRateMappingDe-rateMapping21us142us85us10us71us3us101us92us26us975us85us13us76us93us91us17us8usC-RANTD-LTE