呼和浩特移动cran技术应用

信息通信

INFORMATION&COMMUNICATIONS

2019

（Sum.No203）

呼和浩特移动CRAN技术应用

庞

亮，许新宇

（中国移动通信集团内蒙古有限公司呼和浩特分公司，内蒙古呼和浩特010010）

摘要：当前中国移动4G网络快速发展，基站容量受限不断进行小区分裂，站址密度越来越高，同频干扰严重，站间交互

时延大，导致用户上网感知不佳。通过引入5G技术CRAN来提升用户感知，降低网络建设成本。CRAN是基于集中化处理、协作式、低碳节能、绿色环保的接入网构架演进方案，通过减少基站机房数量、传输PTN设备数量、空调设备等减少电能损耗、传输设备数量，采用多站点协作、小区虚拟化技术，实现传输、无线资源共享和动态调度，从而降低网络干扰，提高频谱利用效率，改善网络性能。关键词：CRAN；重叠覆盖；同频干扰；多点协作；载波聚合；边缘用户中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1673-113111-0239-06（2019）

1当前4G网络面临的挑战

进入流量时代，4G用户及网络规模发展迅猛，中国移动积极响应国家提速降费号召，随之而来带来了流量的爆炸式增长。2018年年末我市4G流量达到年初的4倍，由于基站容量受限不断进行小区分裂，站址密度越来越高，密集市区平均站间距已经达到200~300米，扇区内小区厚度市区已经普遍2载波以上，市区部分人流密集区域扇区厚度已经超过4载波，超密组网给网络带来了极大的挑战：

（1）网络同频干扰日益严重：小微站海量接入，超高密度组网，同频组网重叠覆盖度大

（2）频谱资源共享困难：BBU分散部署，站间交互程度低，站间频谱资源难以资源共享

（3）交互时延大：站间交互时延大，无法适应未来网络低时延迟要求

（4）由于超高密度组网需要大量站址，运营商获取站址困难，且房租的逐年增长，CAPEX不断增加。

有显而易见的优势。

基站间交互时延显著降低，从毫秒级下降至微秒级，可以实现全部CoMP功能，降低同频重叠覆盖带来的干扰，提升边缘用户速率，配合站间载波聚合，可显著改善边缘用户网络感知，可为用户提供连续且体验一致的网络感受。

2.2CRAN的部署架构

2CRAN的特点及部署架构

2.1CRAN的特点及价值

CRAN，英文全称为centralizedRadioAccessNetwork，即

集中式无线接入网，核心思想是在射频位置不变的情况下，将基带BBU部分进行集中，几个甚至几十个BBU布放到一个机房，进行互联。

BBU互联的意义在于互联后可实现基站基带模块间协同计算、数据无阻塞交换，协同数据传输时延小（微秒级理想传输时延）。可以将原本只能在站点内的多点协作延伸至基站之间。BBU互联以后可以在上层设备互联侧的调度下实现更多新技术、新功能，以进一步改善边缘区域用户信噪比，尽可能降低同频重叠覆盖带来的信噪比恶化、改善用户感知，无论覆盖边缘还是中心都能为用户提供一致的网络感受。

CRAN通过集中化的基带处理模块、高速的光传输PTN网络和分布式的远端射频模块RRU组网架构，进一步降低网络部署和运维成本，并为多站协作奠定基础，CRAN在不同基站的小区之间进行协作，建立协同的业务关系，将一个BBU内小区间的业务协同扩展到BBU间，在投入较小的情况下提升网络服务性能，改善用户体验。

图1CRAN部署架构

3CRAN组网后的典型技术应用

传统基站虽然可以部署站内多点协作CoMP和站内载波

聚合，但X2接口时延高会导致CoMP效果不佳，而且载波聚合仅能实现站内，无法实现站间，边缘用户的速率感知与中心用户感受差异较大。

CRAN组网后，由于基带时延问题得以解决，可以基于此实现全部的CoMP功能，以及站间载波聚合，边缘用户的网络感知显著改善，为用户提供了一致性的网络体验。

3.1多点协作技术

广义的多点协作为除单点服务小区外的任何多小区间交互服务、站间交互等，具体包括载波聚合CA、小区间干扰协调ICIC、多点协作传输CoMP等技术。狭义的多点协作一般专指多点协作传输，即CoMP技术。

多点协作将原本UE只由1个小区提供服务扩展到多个小区、多个基站共同、协作的提供服务，可显著改善边缘用户的网络感知。

3.1.1下行多点协作传输

CoordinatedMultipoint多点协作传输（CoMP）是LTE-Ad-vance定义的一种新技术，CoMP技术的本质是在不同基站之间建立协同关系，然后通过协同计算，空口调度无线资源主动减少同频干扰、甚至将干扰变为有用信号，以提供更高的下行速率，进一步压榨无线网络的既有价值。广义来说，CoMP技

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2.1CRAN网络构架的价值

集中式BBU布放，降低站址需求数量，、减少基站土建需

求。

节省传输PTN设备、共享配套设备（如电源柜、空调）等具

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术可以算作是MIMO技术扩展到多小区的特殊场景，利用三维空间无线信道上的不相关性来进行信号传输。

在具体实现方式上，CoMP技术将小区覆盖边缘用户调度于几个不同基站的相同频率载波上，几个同频小区同时为该UE提供服务，以提升边缘用户的信噪比以及覆盖性能。采用CoMP可以降低无线网小区之间的下行干扰以及邻近但使用不同小区的UE之间的上行干扰，主要目的是提高小区边缘用户的吞吐率。

根据参与CoMP处理的小区是否归属于同一BBU来区分，CoMP可以分为站内（Intra-eNB）CoMP和站间（Inter-eNB）CoMP两种方式。站内CoMP只需要本基站内部的各服务小区间交互CoMP处理相关的业务数据和控制信息，通过软件参数和基站主控板内置的算法即可使用，当前广泛使用载波聚合CA技术就是广义CoMP的一种；而站间则需要在BBU间交互这些信息并进行协作调度，利用4G基站之间的逻辑接口X2实现信令、数据交互，对X2接口带宽有很高要求，因时延过高，超过技术时延要求而鲜有实际应用。在CRAN技术实现前的CoMp方式均为站内。

下行CoMP在实现方式上可以分成三大类：（1）多小区联合处理（Jointprocessing（JP），具体包括JointTransmission（JT），和JointReceiving（JR）。

根据香农定理，当信噪比很低时，信噪比的提升才能带来大幅度的吞吐量提升并且超过频率带宽资源的损失，相同载波带宽才能实现更高的吞吐率，从而达到提升边缘用户吞吐量的目的；而对信噪比较高的小区中心用户，信噪比的小幅度提升带来吞吐量提升难以弥补频率资源的损失，并不能获得在吞吐量上的增益。因此，JT只适用于小区边缘信噪比低的用户，而对小区中心高信噪比用户不适用。JT特性在数据传输时需要多个eNode-B同时向UE进行数据传输，这样导致对于整体PTN传输带宽要求大于未使用CoMP技术网络，对传输网络带来一定压力，联合发送JT如图2所示：

图2多小区联合发送示意图

（2）动态小区选择/静默（DCS/Muting）动态小区选择/静默（DCS/Muting）：在一个调度周期，CoMP协作点的小区集合中只有一个小区传输UE的数据。切换服务小区由高层通过RRC信令指示，因路径过长，带来的时延导致切换速度较慢，而DCS可以根据UE上报测量报告中的RSRP快速进行小区选择，使得UE总能驻留至信号最强的服务节点，提高发射和接收性能。但由于Muting的实际使用价值不大，一般可以用JT代替。DCS对于小区边缘用户更适用。动态小区选择DSC如图3所示：

图3动态小区选择示意图

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（3）多小区动态调度/波束赋形（CS/CB）

CoordinationScheduling（CS），CoordinationBeamfor-ming（CB）使用CS/CB功能时，某一用户终端接收数据包括控制面、用户面数据均由一个服务小区进行传输，服务小区在对应的CoMP算法下协同后，其它小区在空间频域调度错开，以降低干扰。CS/CB牺牲了一部分小区频率效率，在空间错开同频信号的重叠，从而达到减小同频干扰的目的，提升了边缘用户的信噪比水平，即提升了该用户的频率效率。由于数据发送仅有某一服务小区进行传输从而降低了传输设备要求。从CS/CB技术分析可知，该技术可能更适合和边缘用户使用，效果类似于ICIC干扰协调。协同调度以及波束赋性CS/CB如图4：

图4多小区协同调度、赋型示意图

Comp技术实现的难点：（1）由于LTE下行资源调度速率快，调度为周期为1毫秒/次，时延相对2G\\3G有了大幅度提升，为了实现各个RAN小区之间的协同计算、处理数据，TDD系统对时间同步有着苛刻的要求，而OFDM技术对频率同步要求也极其严格。而要进行小区间、基站间的协作，其时延要求更是要远小于1毫秒的数量级，甚至要达到微秒级。

（2）对于点与点之间的信息传递时延，R8/9/10里的协调是基于X2协议，而X2口典型时延为10毫秒级,而CoMP则必须达到微秒级时延，因此为达到如此苛刻的实验要求，高速光纤是必要条件。

3.1.2上行多点协作传输

相对于下行多点协作的多样化，上行方向，多点协作实现的功能略少，仅能实现CS和JR。

（1）多小区动态调度（CS）

使用CS时，地理相邻的多个UE使用不同的服务小区，处于CoMP的协作点集合中的eNode-B进行写作后，为相邻的UE分配不同的上行频率资源。通过牺牲部分频率选择性增益为代价，使得地理相邻且服务于不同基站的UE间信号发射的方向错开，实现类似小区内多用户调度的效果，从而减小了同频干扰。大大提高了处于重叠覆盖区域内UE的上行信噪比。上行协同调度原理见图5：

图5上行协同调度

（2）多小区联合传输（JR）上行方向使用JR时，处于协作点集合中的每个eNode-B都接收该UE的上行信号，然后将多个站点接收到的UE上行信号副本传送至UE主服务的基站内小区，主服务基站接收到同一个UE的多个副本后，可以对数据进行联合处理，大大提

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升基站侧的灵敏度，应用此技术后，UE得以实现更大深度的功率控制，降低UE的平均功率，不但降低了UE的平均功耗，还降低了上行UE之间的干扰，提升了区域内整体的信噪比水平。多小区联合接收如图6所示：

图6上行多小区联合接收

3.2载波聚合技术

依据香农定理，在调制技术、信噪比等不变的情况下，载

波带宽增加一倍，下载速率就可直接增加一倍。作为下载速率提升的重要方向，载波聚合是LTE-A中的关键技术。

注：载波聚合即CA（CarrierAggregation）。载波聚合技术实现原理，见图7：

图7载波聚合原理示意

当前的载波聚合技术，单用户得以通过使用多个不同频率的载波，得到更高的下载速率。依据LTE-A协议，单用户下行最多实现5载波CA，但受限于载波带宽、终端支持能力等多种限制，当前商用场景下，2载波CA较为普及，3载波及以上的CA鲜有商用部署。

当前的CA业务往往为同站（同BBU）宏小区之间或者室分内的多频点小区之间，宏站和室分之间无法实现CA。而宏站下的CA，往往仅小区中心用户可用，小区边缘用户无法使用。

CRAN组网应用后，解决站间BBU交互的时延，站间CA得以实现。

站间和站内CA的应用对用户有以下不同的影响：站内CA，提高了小区覆盖中心用户的速率，对于边缘用户无增益

站间CA，宏站间CA提高了小区覆盖边缘用户的速率，宏站室分CA改善了室内用户的下载速率。

站间CA应用1，宏&宏站间CA示意如图8：

图8宏站间载波聚合示意

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跨站载波聚合适合于不同基站上的两个异频载波之间的

实现的载波聚合的场景,可以为小区边缘用户带来更高下行速率，实现资源利用率最大化；运营商频率重耕之后的A频段、F900等的离散频谱资源可以得到充分利用，实现载波聚合连续且无缝覆盖，无论是小区覆盖的中心用户还是边缘用户均有较高的速率感知。

站间CA应用2，宏&微站间CA示意如图9：

图9宏（站）微（蜂窝）载波聚合示意

4呼和浩特移动CRAN应用

4.1应用试点

呼和浩特金山医学院内站间距小、重叠覆盖大、网络负荷

高、高干扰小区问题突出。为了降低高重叠覆盖带来的网络干扰，提升边缘用户感知，选定周边8个宏基站部署CRAN功能。金山医学院周边基站分布如图10所示：

图10呼和浩特金山医学院及周边基站分布

呼和浩特金山医学院位于呼和浩特市金山开发区，校区内约有在校师生1.5万人，中国移动在校园内的4G基站资源见表1：

表1呼和浩特市金山医学院4G基站资源

4.2应用实现

呼和浩特移动2018年4月份完成金山医学院附近8个宏基站CRAN部署工作，采用BBU互联和USU3910高速交换的部署方案，BBU集中部署在沟门村机房内。拓扑结构见图11：

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信息通信图11金山医学院CRAN组网拓扑图

图12沟门村机房CRAN设备见图12：

4.3应用效果

通过定点CQT测试以及驱车DT测试，验证CoMP功能

可显著改善高同频重叠覆盖区域的信噪比，同时配合站间CA技术，对边缘用户下载速率提升明显。此外CRAN节省了大量宝贵的机房资源。4.3.1CQT定点测试对比

开启CoMP功能对于边缘用户及高重叠覆盖区域的速率提升明显，下行站内提升21.01%，站内+站间提升59.8%；上行站内提升1.51%，站内+站间提升5.7%，由于该学校内主要是下行业务的较多，上行感知较好，因此开通CoMP功能后提升幅度低于下行。

图13定点CQT测试下行对比

图14定点CQT测试上行对比

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4.3.2外场拉网DT测试（下行CoMP）

从下行拉网测试对比来看站内CoMP速率提升31.31%，站内+站间CoMP提升44.52%，重叠覆盖大的区域改善明显。

图15驱车DT下行对比

图16驱车DT下行分布区间

外场DT驱车测试渲染：外场的驱车测试显示，部分原本边缘区域，下载速率较差，见图17：

图17驱车DT测试CoMP开通前

在开通站内和站间CoMP后，原本的差点，下载速率显著改善，见图18和19。

图18驱车DT测试开通站内CoMP后

信息通信图19驱车DT测试开通站间CoMP后

4.3.3外场拉网DT测试（上行CoMP）

从上行拉网测试对比来看开启站内CoMP速率提升1.21%，站内+站间CoMP提升14.90%。

图20DT测试上行CoMP开通前后上传速率

图21DT测试上行CoMP开通前后上传速率分布区间

从驱车DT测试中可以看到，开通上行站内CoMP功能后，在原本的差点，上行速率改善明，测试结果如图22、23、24所示：

图22驱车DT测试CoMP开通前上传速率渲染

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图23驱车DT测试上行站内CoMP开通后上传速率渲染

站内+站间CoMP上行功能开通后，上行速率改善明显，如图24所示：

图24驱车DT测试上行站内+站间CoMP开通后上传速率渲染4.3.4站间载波聚合CA功能验证

占用金山医学院图书馆-HLHF－3（PCI：389EARFCN:38400）、金山医学院西北-HLHF-5（PCI:490EARFCN：38544）实现站间载波，主辅载波速率分别在18M和12Mbps左右，下载速率提升约60%，测试截图见图25：

图25站间载波聚合测试结果

从现场测试来看，原本单载波在小区边缘由于受到同频干扰仅能达到18Mbps左右的速率，开通站间CA后，实际下载速率能达到30Mbps左右，速率提升明显，测试速率结果见图26：

图26站间载波聚合测试速率

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4.4经济性评估

4.4.1建设成本对比

从经济性角度来看，CRAN组网方式相对于传统机房式基站系统，成本下降46%，费用节省显著，可以进行推广。费用对比见表2：

表2CRAN经济性分析

5CRAN应用建议

随着5G标准制定的落地并逐步走向商用，CRAN作为5G时代的重要且广泛部署的技术，可提前应用现有至4G网络，对持续改善上网感知，榨取4G网络更大价值，具有积极意义。4G网络的CRAN应用建议如下：

（1）场景选取建议

综合考虑成本和收益，当前建议CRAN部署在CBD和高校园区场景，这两大场景均宏站和微站持续加密，具有流量高，重叠度高和干扰高的特点，部署充分发挥网络性能。

（2）机房选取建议

C-RAN机房可以是新建机房或选取条件较好的存量

基站机房作为BBU集中机房，从安全性角度和避免过多的传输光缆纤芯资源消耗考虑，部署位置优先考虑在接入环。

C-RAN机房承重要考虑新增BBU总重量+新增主设

备重量+新增配电/蓄电重量+新增机柜重量。

C-RAN机房可用面积要满足至少1个C-RAN机框（含

主设备）的安装空间要求，同时还要具备2~3个机架的扩展空间。如果需要新增配电电源和备电电池组，则机房可用面积需求还要累加开关电源和蓄电池组的占用面积。

后备电池不低于10小时使用，机房需配备发电机组。C-RAN配套传输PTN应100%成环。C-RAN集中点

若单链组网，光缆故障将直接造成所有集中的BBU全部退服，影响面大，机房需具备传输双路由。参考文献：

JunWu等.Cloudradioaccessnetwork(C-RAN):aprimer．

《NetworkIEEE》,015.

[2]王晓云,黄宇红,崔春风等.C-RAN:面向绿色的未来无线

接入网演进．《中国通信》,2010.摘要：作者简介：庞亮，男，工学学士，毕业于内蒙古大学，网络部总经理，研究方向：4G无线网与传送网通信；许新宇，男，工学学士，毕业于内蒙古大学，网络部技术与分析室经理，研究方向：4G无线网通信。[1]

4.4.2维护成本对比

从运行维护成本来看，CRAN组网对于铁塔公司租金也存在较大的节省，节省的程度大约在15%~35%之间，具体节省效果见表3：

表3CRAN维护成本对比

设置整流模块输出电压为49V左右，使得整（上接第238页）

流模块直流输出电压低于当前蓄电池组电压。这样蓄电池组电压较高，进而开始放电，负载转由蓄电池组供电。通过记录和分析蓄电池组电池电压、负载电流及放电时间，从而可以估算蓄电池的实际容量。同时由于通信电源整流模块保持电压输出，可以保证在蓄电池组放电结束或者蓄电池组故障时，通信设备不会掉电，业务不会中断。这样可及时获得蓄电池的运行状况，提高蓄电池放电维护的效率，实现对蓄电池的科学运维和管理，助力安全生产。

在采用基于61850的新数据转化协议、统一电源监控点位并且合理设置统一的告警阈值后，这该测试站点并没有再出现误告警，虽然样本比较小，但也一定程度上证实我们的改进措施是有效的。目前已经有近200多个变电站及行政单位的通信电源监控接入到此系统中，电源监控系统的误告警率已下降到低于4%，在现场生产环境中实践效果良好，给运维人员提供了极大便利，提高了工作效率，确保了安全生产，产生了极大的经济和社会效益。２４４

4结语

通信电源配套通信工程规划建设过程中，应考虑通信电源监控的告警误报率对于实际生产应用的影响。在基于61850协议的通信电源监控的误报率，已能较大提高电源监控的误报情况，可以给运维人员提供了极大便利，提高了工作效率，确保了安全生产，产生了极大的经济和社会效益。参考文献：

许金水,陈世平.一个电源监控网络系统的分析与设计[J].

计算机与现代化,2002年第2期.

[2]IEC61850+SCD文件导入生成嵌入式远动系统装置定义

的通用方法.IT168文库．2011/12/13.

[3]常会军,曹廷根,邓书举.基于IEC61850标准的数字化小

电阻接地装置[J].自动化应用,2013,08.作者简介：曾泽棉（1992-），男，广东省汕头市人，助理工程师，研究方向；通信与网络。[1]