在我們的 5G 入門系列的第 1 部分中，我描述了整體 5G 架構并提供了每個組件的概述。在本專欄中，我將深入探討 5G 的無線電接入網絡 （RAN）。

RAN 在 5G 中的重要性

5G 的關鍵驅動力是物聯網 （IoT）。當然，現有的智能手機服務和應用程序將更快、更豐富地遷移到 5G。移動行業和標準組織將這些服務分類如下：

增強型移動寬帶 （eMBB）。當前為 LTE 提供服務，但速度更快、分辨率更高且功能更豐富。示例包括高分辨率或 3D 視頻和增強現實應用。5G 被指定為 10Gbps 的寬帶接入。

超可靠和低延遲通信 （uRLLC）。在毫秒級的實時處理和響應中需要高可靠性和一定精度的服務。這里的例子包括自動駕駛、智慧城市、智能電網和工業物聯網應用。

大規模機器類型通信 （mMTC）。具有大量傳感器的服務通過物聯網網關向云應用程序和人工智能發送信息。示例涉及零售、智慧城市、農業物聯網應用，其中數千個傳感器（mMTC 包含每平方公里多達 100 萬臺設備！）可能正在向云 AI 和機器學習應用提供信息，以優化城市和零售規劃、電力優化或使用除草劑或殺蟲劑。

這意味著 RAN 必須更快、容量更大、更智能。5G是網絡基礎設施的全面數字化轉型。然而，涉及推出 5G RAN 的增量步驟被廣泛用作邁向 5G 的第一步。這個增量步驟通常被稱為“非獨立”或 5G NSA。

5G NSA 意味著正在部署的天線和基站將提供 5G 頻率范圍，但 RAN 將與現有的 4G LTE 核心網絡一起工作。這允許升級 RAN，而無需在 LTE 核心內進行太多更改。

5G 新無線電 （NR）

在第 1 部分中，我介紹了為支持 5G 服務和應用而引入的三個無線電頻段。通常，第 1 部分中描述的低頻段和中頻段頻率范圍與 4G LTE 頻率范圍重疊并擴展以實現兼容性。這將增加支持 eMBB 應用所需的帶寬。該頻段有時被稱為 5G“新無線電”或 5G NR。

第二個范圍在 24GHz 和 52GHz 之間運行。這個范圍稱為“毫米波”或毫米波。毫米波頻譜將支持 uRLLC 和 mMTC 應用。然而，這并非沒有挑戰。預計不同國家/地區的可用頻率范圍會有所不同，這使得設備制造變得困難。智能手機和物聯網設備制造商可能會遇到困難，制造一種直接、易于編程的設備或傳感器，它可以很容易地配置為其所在國家或地區的頻譜分配。

第一步：5G NSA

下圖為 5G NSA 的概略圖。在此圖中，LTE 節點作為主節點（MeNB），5G 節點作為輔助節點（En-gNB）。

主 LTE 和輔助 5G 節點都具有與演進分組核心 （S-GW/P-GW） 的直接接口。然而，只有主 LTE 節點具有到 MME 的控制平面連接。

使用 5G NSA 架構，支持 5G 的設備可以將 5G RAN 的帶寬用于用戶平面流量，但控制平面（承載信道設置/拆除）仍由 LTE 主節點負責。也可能存在用戶平面流量也從 5G RAN 節點傳遞到 LTE 主節點以用于回退場景的情況。

隨著時間的推移，隨著下一代核心的部署，MeNB 和 EPC 組件將被移除，這將產生 5G Stand Alone （5G SA） 架構。

云 RAN （C-RAN） 的作用

為了支持像 uRLLC 這樣的東西，您需要接近邊緣的實時智能。這意味著微型數據中心將與 RAN 集成以提供這些功能。事實上，正如第 1 部分所說的網絡切片的概念，RAN 智能也有切片的概念。RAN實時功能包括網絡調度、鏈路適配、功率控制、干擾協調、重傳、調制和編碼。這意味著 RAN 站點將包括具有高性能和低延遲的專用硬件，以便有效地執行需要近距離的服務。

RAN非實時功能包括小區選擇和切換、加密和多連接收斂。這些非實時功能可以在具有標準處理器和服務器的集中位置執行。結果是一種架構，其中在 RAN 內部署了具有專用硬件的微型數據中心，以執行延遲和實時敏感任務，這些任務級聯到聚合位置的“中央辦公室”數據中心，執行許多非實時任務為環境。這些依次級聯到部署人工智能和大數據分析處理的區域數據中心。結果是一個跨越 RAN、Core 和 Internet 的分布式數據中心架構。

5G RAN 最后的想法

5G RAN 架構和演進是滿足圍繞低延遲、更高帶寬和更高容量的許多服務要求的關鍵。但這不僅僅是部署更新的天線。為增強現有服務和引入新服務而進行的頻譜劃分為移動運營商和設備制造商等帶來了挑戰和機遇。伴隨 RAN 位置的微數據中心對于支持 uRLLC 應用程序至關重要。需要解決新的業務和成本模型——微型數據中心意味著服務器和電力，因此與這些新站點相關的空間和電力成本對于經濟高效地支持這些新服務的能力至關重要。

5G RAN 將主要分三個階段部署。涉及 5G 非獨立模式的第一階段將使用現有的 4G LTE 核心和天線，其中 LTE 基站將繼續管理控制平面，而 5G 輔助節點將為增強服務提供增加的帶寬和容量。第二階段涉及添加微型數據中心以提高智能和低延遲處理。第三階段涉及通過部署 5G 核心并移除 LTE RAN 和核心組件來完成數字化轉型。

RAN 的轉型已經開始，從技術和商業模式的角度來看，它的演變對于未來物聯網的成功至關重要。

審核編輯：郭婷