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【认识5G】专题报导

【认识5G专题报导5-4】开放无线接取网络与核心网络成为新趋势

在<为什麽5G使用毫米波(mmWave),6G使用太赫兹(THz)?>里我们谈到移动电话的无线频谱,这个只是基站到手机之间的通讯,要架构出整个移动电信系统,最重要的是移动电话的基站与云端,那麽5G的基站与云端会有那些改变呢?


图一:移动电信系统架构示意图。

核心网络(CN:Core Network)

移动电信系统的云端称为「核心网络」,如图一(b)所示,由连结其他网络系统的骨干网络(Backbone)与云端数据中心里的服务器组成。4G的核心网络称为「演进封包核心(EPC:Evolved Packet Core)」,5G的核心网络则切割为「下时代核心(NGC:Next Generation Core)」与「边缘云端(EC:Edge Cloud)」两个部分,前面曾经介绍过,为了达到高可靠低延迟通讯(URLLC),必须建置边缘云端,缩短数据由手机传送到云端再传回到手机的延迟时间。

无线接取网络(RAN:Radio Access Network)

移动电信系统的基站与相关设备称为「云端无线接取网络」,再以「後传网络(Backhaul)」连接核心网络(CN),如图一(a)所示,後传网络在人口稠密的都市通常使用光纤网络,在深山或乡村人烟稀少的地方拉光纤效益太低,或是基础建设落後的国家拉光纤成本太高,可以使用特定频谱的微波通讯或卫星通讯。基站与相关设备包括:

➩基带单元(BBU:Baseband Unit):负责处理数码信号运算。

➩线上无线单元(RRU:Remote Radio Unit):负责处理射频电磁波。

➩天线(Antenna):发射与接收电磁波信号。

云端无线接取网络(CRAN:Cloud RAN)

将基站分散在各地称为「分散式无线接取网络(DRAN:Distributed RAN)」,电信公司需要租用室内机房安装相关设备,由於机房需要冷气空调费用很高,因此目前的趋势是将基带单元(BBU) 移到「云端机房」集中起来,称为「集中式无线接取网络(Centralized RAN)」或「云端无线接取网络」,再以「前传网络(Fronthaul)」连接室外屋顶上的线上无线单元与天线,如图二所示,可以大量减少基站的室内机房降低成本。

图二:云端无线接取网络(CRAN)系统架构示意图。

开放无线接取网络(Open RAN)

4G之前的无线接取网络(RAN)与核心网络(CN)相关电信设备都是由特定的供应商提供,因此电信服务公司如果决定向某一家供应商采购电信设备,则所有的电信设备都必须向同一家供应商采购,容易被供应商绑定,造成系统成本过高,因为所有电信设备之间的通讯标准是这些供应商自行制定的。

5G之後的电信产业发生巨大变化,陆续有厂商发起成立组织共同制定通讯标准,例如:通讯基础建设计划(TIP:Telecom Infra Project)、开放无线接取网络联盟(ORAN Alliance)、开放无线接取网络政策联盟(Open RAN Policy Coalition)等,使运营商可以采用来自不同供应商的电信设备硬件与软件,大家使用兼容的通讯标准来建构通讯系统,避免被传统电信设备商绑定,可以降低系统成本。

开放核心网络(Open CN)

由於5G通讯系统必须同时满足增强移动宽频上网(eMBB)速度快、高可靠低延迟通讯(URLLC)反应快、大量装置联网通讯(mMTC)连结多,但是这三个特性本身有些矛盾,例如:大量装置联网通讯(mMTC)要求的是低功耗、低价格、高覆盖,而增强移动宽频上网(eMBB)要求的是速度快一定不可能省电,彼此互相矛盾,因此必须使用「网络切片(Network slicing)」,将一个实体核心网络切割成支持不同功能的多个虚拟核心网络,每个虚拟网络之间独立运作。

此外与无线接取网络相同,核心网络(CN)也走向开放,为了做到网络切片必须先进行「网络功能虚拟化(NFV:Network Function Virtualization)」,就是将网络中专用设备的软件与硬件功能转移到「虚拟机器(VM:Virtual Machine)」上,虚拟机器经由「软件定义网络(SDN:Software Define Network)」互联沟通,将虚拟机器(VM)建立在标准的服务器称为「泛用型伺服平台(GPP:General Purpose Platform)」,属於商用现成产品,成本低廉、安装简便,也就是使用现成的服务器、存储装置、网络设备取代以前供应商的专用设备,避免被传统电信设备商绑定,可以降低系统成本。。

5G的核心网络(CN)与无线接取网络的设备走向开放,为台湾许多小型通讯设备商带来新商机,各家厂商也积极投入这个市场,甚至未来将与通讯卫星整合,建构天地一体通讯技术,到底5G/6G通讯系统与卫星通讯整合未来会如何发展呢?我们且听下回分解。

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曲建仲,知识力科技公司CEO,为政治大学、辅仁大学、东吴大学兼任助理教授。

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