Castle on a Cloud

在 上一篇文章 中, 說明了 C-RAN 架構的優點, 然而, 在一開始的 C-RAN 架構下, 直接將 RRH 和 BBU 切開, 這樣的好處是可以透過 CPRI (Common Public Radio Interface) 介面切割功能, 因此, 不牽涉到既有通訊模組與硬體的變化, 可以快速布建, 然而, 考慮到 CPRI 所需的高頻寬與低延遲,  通常需要專屬光纖來實現, 也提升了 C-RAN 在實作上的困難. 考慮到這樣的原因, 許多研究者以及 3GPP 組織開始討論要如何切分 C-RAN 的功能, 若我們將 4G LTE 的通訊架構展開, 可以得到下圖: 來自:  http://www.techplayon.com/5g-nr-gnb-logical-architecture-functional-split-options/ 其中, Option 8 就是原本 RRH-BBU 的切分方法, 在上圖中, 比起原本的 PHY-MAC-RLC-PDCP 分層, 又將各層依據其功能, 細分成不同子層, 以下為詳細的定義: Low-PHY ( 7-2 ): FFT/IFFT, add/remove CP, resource mapping/de-mapping High-PHY ( 7-2 ): other PHY functions (例如: channel coding) Low-MAC: HARQ, Signal Measurement, Random Access Control (即時, 或與 PHY 相關) High-MAC: 使用者排程 (scheduling), JS/CS CoMP Low-RLC ( 3-1 ): 封包依據 MAC 層的長度, 重新切分 (segmentation) High-RLC ( 3-1 ): RLC 層的資料重傳 (ARQ) 以上內容參考自:  SAHA, Rony. (2018). Functional Split Options in C-RAN Architecture. 10.13140/RG.2.2.31060.04480. 若有多個不同的定義, 則將使用的版本列在括弧中. 考慮到新的功能切分, 原本 4G LTE 中的 BBU 和 RRH, 在討論 5G 的 C-RAN 架構時...

在原本的行動網路架構中,  所有的訊號處理都放在基地台 (base station, BTS) 上計算, 整體的系統方塊圖如下: http://dl.ifip.org/db/conf/ondm/ondm2017/1570337472.pdf 在這樣的架構下, 我們可以粗略地將所有系統方塊分成兩部分: BBU (Base Band Unit) 與 RRH (Remote Radio Head), 其中, BBU 處理基頻的訊號處理, RRH 則用以處理射頻相關訊號. 假設一個基地台有 3 個 sectors, 則需要 3 個 RRH, 但只需要一個 BBU, 經由 BBU 處理完之後的訊號, 則將由 S1/X1 介面, 通往 core network. 在這張功能方塊途中, 我們可以看到 RLC, PDCP 等單元, 如果不清楚可以參考:  https://note-on-clouds.blogspot.com/2017/03/lte-layer-2.html 在 4G LTE 中, C-RAN 的架構即是把 RRH 和 BBU 分離, 並使用光纖連接兩者進行資料傳輸, 簡單來說, 在 C-RAN 架構下, 類比訊號經過預先處理後,  得到數位訊號後, 透過光纖傳到一個 BBU pool, 進行基頻處理, 這樣的架構主要的好處主要是可以節省 BBU 的安裝需求, 考慮到 RRH 可以安裝於天線旁邊, 但是 BBU 仍需要散熱處理, 分散式 (架設於基地台旁的機房) 的 BBU 架構, 將導致大量的散熱需求, 並增加營運商架設基地台的成本. 當把 BBU 拉回中控進行運算後, 可以得到另一個額外好處: CoMP, 由於 BBU 在一起運算處理, 在進行訊號處理時 (例如: channel coding),  可以偕同多個基地台一起, 降低基地台對使用者的干擾, 尤其對於基地台的邊緣使用者, 能有更好的通訊品質.

在 LTE 的網路架構下, 由於其中控式設計, 相鄰的基地台之間會產生相互的干擾, 在過去大基地台 (macro cell) 的架構下, 可以藉由預先的網路規劃, 使得相鄰的基地台之間, 使用不同的頻帶,  因此, 在標準的蜂巢 (六角形) 佈建下, 也有所謂 reuse factor =7 的說法, 然而, 在 4G 甚至是未來 5G 的架構下,  小細胞基地台 (small cell) 將在網路中佔有更加重要的地位, 不同於 macro cell 的佈建, small cell 通常無法預先進行良好的規劃, 同時, 在密集佈建 (ultra-dense deployment) 的情境下,  small cell 之間的相互干擾, 就成了一個重要的問題. 因此, 在 3GPP 規劃中 (Release 8), 就提出了 Inter-cell Interference Coordination (ICIC) 的機制, 此機制基本上和之前分頻多工的網路規劃一致, 就是讓相鄰的 small cell 基地台使用不同的頻帶資源, 和舊有的分頻多工的網路規劃不同的地方有兩個: 第一, ICIC 分成內外兩圈的使用者 (UE), 只有在邊界上的使用者才分頻多工, 第二, 頻譜資源的溝通改成由 small cell 基地台透過 X2 介面進行, 換句話說, ICIC 的分配結果, 是透過基地台間溝通, 而非預先規劃. 透過 X2 介面, small cell 基地台會傳送 Uplink (UL) 受到影響的通道, 以及預計要分配給邊緣 UE 傳輸的通道給相鄰基地台, 相鄰的基地台將會在受影響的通道上降低功率, 並避開預計傳輸的通道, 來自:  https://www.netmanias.com/en/post/blog/6391/lte-lte-a/ interference-coordination-in-lte-lte-a-1-inter-cell-interference-coordination-icic 在 ICIC 之後, 3GPP 又提出了兩個 ICIC 的變形版本:  enhanced ICIC (ICIC), further enhanced ICIC (FeICIC). eICIC 在 3GPP Release...