从4G到5G，分裂与下沉式的网络构架演进

无名小足

创新的本质到底是延续性的，还是破坏性的？对于5G，兼而有之，尤其是5G网络架构。除此之外，从4G到5G，将是一次分裂与下沉式的网络构架演进。

分散式核心网构架

我们先从那朵著名的5G之花说起。

5G面临着至少两大挑战：超低时延和超大容量。

为了降低时延，4G网络结构呈现扁平化构架，也就是去掉了RNC（或BSC），缩短了链条，终端直接从eNodeB连接到核心网。
为了降低时延，5G该如何做呢？分散式核心网。

也就是说将核心网用户面功能分散下沉至eNB，从原来的集中式的核心网演变成分散式核心网，这样，原来中心控制的核心网功能在地理位置上更靠近终端，减小时延。

4G网络构架与5G网络构架（核心网下沉与分散）

分散式核心网构架的具体设计是基于虚拟化的技术将核心网物理实体分离成多个虚拟核心网，并将它们分散于网络中。

4G网络尽管采用扁平化构架，但核心网作为整个移动通信网络的大脑，离终端距离非常远，通过这种虚拟化分离和分散方式，有效克服了物理距离带来的时延。

再从容量的角度来理解。

5G时代，随着超高清视频流、增强现实、虚拟现实等技术的兴起，5G网络将面对超大数据流量的挑战。超大规模的流量数据从eNB进入分组核心网（比如4G的PGW），这给我们的回传网络带来沉重的负担。如果利旧4G网络集中式核心网的构架，就必须在eNB与核心网之间新建超大规模的回传网络，这必然会加大网络投资，并不符合5G更低成本效率的目标。

做一道计算题。

如果5G基站每个小区的容量为20Gbps（假定5G最高速率为20Gbps），假设我们建了10000个5G基站，每个基站3扇区，那么回传网络的容量至少为：

20Gbps/小区 x 3扇区 x 10000基站 = 600Tbps

想想有多恐怖？同时，这还需要求核心网具备超高的处理能力。所以，这就必须引入分散式核心网络构架，将核心网部分功能分散下沉到基站，减轻回传网络负担。

这种分散式核心网构架既降低了时延，也减轻了回传网络负担。比如，我们在基站侧部署内容服务器（或缓存服务器），对于用户来说，下载内容更快，同时，大量的数据不必经过回传到达核心网。

重新定义C-RAN

目前来看，未来5G可能采用C-RAN接入网架构。C-RAN的C，可以理解为：Centralization（集中化），Cloud（云化），Cooperation（协作），Clean（清洁）。它是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。
4G时代，我们为什么要引入C-RAN构架呢？

3G网络基于覆盖设计，而4G网络基于容量设计。为了提升网络容量，4G小区范围越来越小，还引入各种Small Cells，构建超密集的异构网络。同时，4G还新增了X2接口。C-RAN构架通过X2接口连接实现”更小“小区之间的更有效的干扰协作。

C-RAN结构，简单的说，就是将基站BBU和RRU分离，集中化和云化BBU组成基带池，分布式RRU的实现无线覆盖，而BBU与RRU之间通过CPRI接口连接。

但是，CPRI接口容量是受限的。

比如，每个RRH采用2天线（2T2R），带宽为20MHz，CPRI接口容量为2.45Gbps。如果到了5G时代，即使带宽为20MHz，若引入大规模MIMO技术，RRH采用16天线，CPRI接口容量需求为19.66Gbps。当然，由于更高频段的使用，5G带宽可能会扩展到100MHz、400MHz... CPRI容量可能需要几千Gbps。

4G时代的C-RAN结构已经完全不能适应5G需求，必须得重新定义BBU和RRU。比如，将PHY、MAC、RLC层从BBU分离下层到RRU，以减小前传容量。

目前，NTT, AT&T等运营商均在进行这项测试。收集了一些相关图片资料，有兴趣的可以看看！

新年伊始，一场5G的抢滩战已经拉响。

●瑞典/芬兰运营商TeliaSonera和爱立信宣布，将在2018年于斯德哥尔摩和塔林两个城市推出5G服务。2009年，这家运营商推出了全球第一个商用LTE网络。

●美国运营商Verizon最近也宣布，其5G网络将在2016年启动和运行，准备2017年将开始“缓慢”商用。

●俄罗斯运营商MTS准备在2018年世界杯推出5G实验网。

●韩国运营商SK电信宣称在2017年试商用5G网络。

你说4G方兴未艾，5G是不是来得太快了？然而，这就是通信技术的发展规律，一波未平，一波又起，长江后浪推前浪，前浪死在沙滩上。我们都在赶死的路上努力的活着，谁不是呢？