深入探讨5G的无线电接入网络

在我们的 5G 入门系列的第 1 部分中，我描述了整体 5G 架构并提供了每个组件的概述。在本专栏中，我将深入探讨 5G 的无线电接入网络 （RAN）。

RAN 在 5G 中的重要性

5G 的关键驱动力是物联网 （IoT）。当然，现有的智能手机服务和应用程序将更快、更丰富地迁移到 5G。移动行业和标准组织将这些服务分类如下：

增强型移动宽带 （eMBB）。当前为 LTE 提供服务，但速度更快、分辨率更高且功能更丰富。示例包括高分辨率或 3D 视频和增强现实应用。5G 被指定为 10Gbps 的宽带接入。

超可靠和低延迟通信 （uRLLC）。在毫秒级的实时处理和响应中需要高可靠性和一定精度的服务。这里的例子包括自动驾驶、智慧城市、智能电网和工业物联网应用。

大规模机器类型通信 （mMTC）。具有大量传感器的服务通过物联网网关向云应用程序和人工智能发送信息。示例涉及零售、智慧城市、农业物联网应用，其中数千个传感器（mMTC 包含每平方公里多达 100 万台设备！）可能正在向云 AI 和机器学习应用提供信息，以优化城市和零售规划、电力优化或使用除草剂或杀虫剂。

这意味着 RAN 必须更快、容量更大、更智能。5G是网络基础设施的全面数字化转型。然而，涉及推出 5G RAN 的增量步骤被广泛用作迈向 5G 的第一步。这个增量步骤通常被称为“非独立”或 5G NSA。

5G NSA 意味着正在部署的天线和基站将提供 5G 频率范围，但 RAN 将与现有的 4G LTE 核心网络一起工作。这允许升级 RAN，而无需在 LTE 核心内进行太多更改。

5G 新无线电 （NR）

在第 1 部分中，我介绍了为支持 5G 服务和应用而引入的三个无线电频段。通常，第 1 部分中描述的低频段和中频段频率范围与 4G LTE 频率范围重叠并扩展以实现兼容性。这将增加支持 eMBB 应用所需的带宽。该频段有时被称为 5G“新无线电”或 5G NR。

第二个范围在 24GHz 和 52GHz 之间运行。这个范围称为“毫米波”或毫米波。毫米波频谱将支持 uRLLC 和 mMTC 应用。然而，这并非没有挑战。预计不同国家/地区的可用频率范围会有所不同，这使得设备制造变得困难。智能手机和物联网设备制造商可能会遇到困难，制造一种直接、易于编程的设备或传感器，它可以很容易地配置为其所在国家或地区的频谱分配。

第一步：5G NSA

下图为 5G NSA 的概略图。在此图中，LTE 节点作为主节点（MeNB），5G 节点作为辅助节点（En-gNB）。

主 LTE 和辅助 5G 节点都具有与演进分组核心 （S-GW/P-GW） 的直接接口。然而，只有主 LTE 节点具有到 MME 的控制平面连接。

使用 5G NSA 架构，支持 5G 的设备可以将 5G RAN 的带宽用于用户平面流量，但控制平面（承载信道设置/拆除）仍由 LTE 主节点负责。也可能存在用户平面流量也从 5G RAN 节点传递到 LTE 主节点以用于回退场景的情况。

随着时间的推移，随着下一代核心的部署，MeNB 和 EPC 组件将被移除，这将产生 5G Stand Alone （5G SA） 架构。

云 RAN （C-RAN） 的作用

为了支持像 uRLLC 这样的东西，您需要接近边缘的实时智能。这意味着微型数据中心将与 RAN 集成以提供这些功能。事实上，正如第 1 部分所说的网络切片的概念，RAN 智能也有切片的概念。RAN实时功能包括网络调度、链路适配、功率控制、干扰协调、重传、调制和编码。这意味着 RAN 站点将包括具有高性能和低延迟的专用硬件，以便有效地执行需要近距离的服务。

RAN非实时功能包括小区选择和切换、加密和多连接收敛。这些非实时功能可以在具有标准处理器和服务器的集中位置执行。结果是一种架构，其中在 RAN 内部署了具有专用硬件的微型数据中心，以执行延迟和实时敏感任务，这些任务级联到聚合位置的“中央办公室”数据中心，执行许多非实时任务为环境。这些依次级联到部署人工智能和大数据分析处理的区域数据中心。结果是一个跨越 RAN、Core 和 Internet 的分布式数据中心架构。

5G RAN 最后的想法

5G RAN 架构和演进是满足围绕低延迟、更高带宽和更高容量的许多服务要求的关键。但这不仅仅是部署更新的天线。为增强现有服务和引入新服务而进行的频谱划分为移动运营商和设备制造商等带来了挑战和机遇。伴随 RAN 位置的微数据中心对于支持 uRLLC 应用程序至关重要。需要解决新的业务和成本模型——微型数据中心意味着服务器和电力，因此与这些新站点相关的空间和电力成本对于经济高效地支持这些新服务的能力至关重要。

5G RAN 将主要分三个阶段部署。涉及 5G 非独立模式的第一阶段将使用现有的 4G LTE 核心和天线，其中 LTE 基站将继续管理控制平面，而 5G 辅助节点将为增强服务提供增加的带宽和容量。第二阶段涉及添加微型数据中心以提高智能和低延迟处理。第三阶段涉及通过部署 5G 核心并移除 LTE RAN 和核心组件来完成数字化转型。

RAN 的转型已经开始，从技术和商业模式的角度来看，它的演变对于未来物联网的成功至关重要。

审核编辑：郭婷