第 3 章 雲無線接入網絡的前向回傳感覺設計
2.6 重新思考C-RAN的協定棧
3.1 引 言
雲無線接入網絡（C-RAN，Cloud Radio Access Network）是第五代（5G，Fifth Generation）無線蜂窩網絡的新興範例，傳統的實體層基站（BS，Base Station）傳輸和接 收基礎設施使用雲計算技術進行虛拟化。無線接入的虛拟化能夠實作集中控制和管理無 線接入點，從傳輸頻譜效率的角度提供顯著的增益。在第三代（3G，Third Generation） 和第四代（4G，Fourth Generation）蜂窩網絡中，每個使用者（也稱為使用者裝置或 UE）僅 由其自己的基站服務。這種傳統的單小區範例（如圖 3.1 所示）具有相當多的小區間幹擾，特别是對于小區邊緣使用者。在如圖 3.2 所示的 C-RAN 範例中，由于基站在雲中集中協調， 它們可以潛在地向/從使用者發送和接收無線信号，進而帶來幹擾消除的可能性，這可以顯著提高整個網絡吞吐量。
在 C-RAN 架構中，傳統基站基本上成為射頻拉遠頭（RRH，Remote Radio Head）， 為雲中的移動使用者和中央處理器（CP，Central Processor）傳遞資訊。基帶處理以及相關 的解碼/編碼複雜性在雲中實作，而不是像傳統的 3G/4G 網絡那樣在每個基站中進行。由 于 C-RAN 中的 RRH 隻需要基本的無線接入能力，部署更具成本效益，C-RAN 架構在地 理上更易擴充，使得遠端天線可以更密集地部署并且網絡可以支援更多的使用者。此外， 随着基帶處理單元（BBU，Baseband Unit）在 CP 中集中實施，C-RAN 架構允許在整個 網絡上集中計算資源，進而更好地利用計算單元并提高網絡的能量效率。
由于無線天線位置的分布式特性和 C-RAN 雲計算資源的集中性，RRH 和 CP 之間的 通信鍊路在 C-RAN 設計中具有中心意義。這些連結通常被稱為前傳鍊路，因為它們将無 線前端與雲中的 BBU 相連（與傳統 3G/4G 基站與骨幹網之間的回程鍊路相反）。前傳鍊 路通常用光纖實作，也可以由無線鍊路實作，其中，異構網絡（HetNet，Heterogeneous Networks）中的 pico-和 femto-BS 越來越需要自回程。
前傳鍊路的容量和延遲性能對 C-RAN 的設計有重大影響。例如，目前标準化的通用公 共無線接口（CPRI，Common Public Radio Interface）定義了 RRH 和BBU 之間的通信協定， 指定了從數百兆比特每秒到數十吉比特每秒的前傳速率。當多個 RRH 聚合時，在 RRH 和雲 之間傳輸的資料流可以容易地覆寫實際前傳的實體限制。此外，由于 C-RAN 架構現在允許BBU 實體位置遠離 RRH，随之而來的延遲将對網絡的整體延遲性能産生重大影響。
本章旨在說明 C-RAN 系統的實體和資料鍊路層設計如何适應前傳鍊路的容量和時 延限制。本章首先對考慮到有限容量前傳鍊路影響的 C-RAN 可實作速率進行了資訊理 論評估。為此，考慮了實際使用者的 RRH 聚類政策和用于在 C-RAN 中實作上行鍊路和 下行鍊路波束成形的各種前傳技術。評估由前傳能力限制的可實作速率。然後讨論了前 傳延遲對資料鍊路層吞吐量和效率的影響。為此，提出了一種混合自動重傳請求 （HARQ，Hybrid Automatic Repeat Request）協定的新設計，以避免由前向傳輸引起的附加延遲。
3.2 前傳感覺的協作傳輸和接收之上行鍊路