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【認識5G】專題報導

【認識5G專題報導5-4】開放無線接取網路與核心網路成為新趨勢

在<為什麼5G使用毫米波(mmWave),6G使用太赫茲(THz)?>裡我們談到行動電話的無線頻譜,這個只是基地台到手機之間的通訊,要架構出整個行動電信系統,最重要的是行動電話的基地台與雲端,那麼5G的基地台與雲端會有那些改變呢?

圖一:行動電信系統架構示意圖。

核心網路(CN:Core Network)

行動電信系統的雲端稱為「核心網路」,如圖一(b)所示,由連結其他網路系統的骨幹網路(Backbone)與雲端資料中心裡的伺服器組成。4G的核心網路稱為「演進封包核心(EPC:Evolved Packet Core)」,5G的核心網路則切割為「下世代核心(NGC:Next Generation Core)」與「邊緣雲端(EC:Edge Cloud)」兩個部分,前面曾經介紹過,為了達到高可靠低延遲通訊(URLLC),必須建置邊緣雲端,縮短資料由手機傳送到雲端再傳回到手機的延遲時間。

無線接取網路(RAN:Radio Access Network)

行動電信系統的基地台與相關設備稱為「雲端無線接取網路」,再以「後傳網路(Backhaul)」連接核心網路(CN),如圖一(a)所示,後傳網路在人口稠密的都市通常使用光纖網路,在深山或鄉村人煙稀少的地方拉光纖效益太低,或是基礎建設落後的國家拉光纖成本太高,可以使用特定頻譜的微波通訊或衛星通訊。基地台與相關設備包括:

➩基頻單元(BBU:Baseband Unit):負責處理數位訊號運算。

➩遠端無線單元(RRU:Remote Radio Unit):負責處理射頻電磁波。

➩天線(Antenna):發射與接收電磁波訊號。

雲端無線接取網路(CRAN:Cloud RAN)

將基地台分散在各地稱為「分散式無線接取網路(DRAN:Distributed RAN)」,電信公司需要租用室內機房安裝相關設備,由於機房需要冷氣空調費用很高,因此目前的趨勢是將基頻單元(BBU) 移到「雲端機房」集中起來,稱為「集中式無線接取網路(Centralized RAN)」或「雲端無線接取網路」,再以「前傳網路(Fronthaul)」連接室外屋頂上的遠端無線單元與天線,如圖二所示,可以大量減少基地台的室內機房降低成本。

圖二:雲端無線接取網路(CRAN)系統架構示意圖。

開放無線接取網路(Open RAN)

4G之前的無線接取網路(RAN)與核心網路(CN)相關電信設備都是由特定的供應商提供,因此電信服務公司如果決定向某一家供應商採購電信設備,則所有的電信設備都必須向同一家供應商採購,容易被供應商綁定,造成系統成本過高,因為所有電信設備之間的通訊標準是這些供應商自行制定的。

5G之後的電信產業發生巨大變化,陸續有廠商發起成立組織共同製定通訊標準,例如:通訊基礎建設計畫(TIP:Telecom Infra Project)、開放無線接取網路聯盟(ORAN Alliance)、開放無線接取網路政策聯盟(Open RAN Policy Coalition)等,使電信業者可以採用來自不同供應商的電信設備硬體與軟體,大家使用相容的通訊標準來建構通訊系統,避免被傳統電信設備商綁定,可以降低系統成本。

開放核心網路(Open CN)

由於5G通訊系統必須同時滿足增強行動寬頻上網(eMBB)速度快、高可靠低延遲通訊(URLLC)反應快、大量裝置連網通訊(mMTC)連結多,但是這三個特性本身有些矛盾,例如:大量裝置連網通訊(mMTC)要求的是低功耗、低價格、高覆蓋,而增強行動寬頻上網(eMBB)要求的是速度快一定不可能省電,彼此互相矛盾,因此必須使用「網路切片(Network slicing)」,將一個實體核心網路切割成支援不同功能的多個虛擬核心網路,每個虛擬網路之間獨立運作。

此外與無線接取網路相同,核心網路(CN)也走向開放,為了做到網路切片必須先進行「網路功能虛擬化(NFV:Network Function Virtualization)」,就是將網路中專用設備的軟體與硬體功能轉移到「虛擬機器(VM:Virtual Machine)」上,虛擬機器經由「軟體定義網路(SDN:Software Define Network)」互聯溝通,將虛擬機器(VM)建立在標準的伺服器稱為「泛用型伺服平台(GPP:General Purpose Platform)」,屬於商用現成產品,成本低廉、安裝簡便,也就是使用現成的伺服器、存儲裝置、網路設備取代以前供應商的專用設備,避免被傳統電信設備商綁定,可以降低系統成本。。

5G的核心網路(CN)與無線接取網路的設備走向開放,為台灣許多小型通訊設備商帶來新商機,各家廠商也積極投入這個市場,甚至未來將與通訊衛星整合,建構天地一體通訊技術,到底5G/6G通訊系統與衛星通訊整合未來會如何發展呢?我們且聽下回分解。

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曲建仲,知識力科技公司執行長,為政治大學、輔仁大學、東吳大學兼任助理教授。

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