前一段时间自己一直在做某市的5G試点项目对5G的无线接入网相关技术有了更深入的认识。因此希望通过无线接入网为线索（行话叫锚点），帮大家梳理一下无线侧接入網+承载网+核心网的架构这里以接入网为主，其他两个网络的很多技术细节由于笔者研究的并不足够深入因此以帮助大家入门为主。

在峩们正式讲解之前我想通过这张网络简图帮助大家认识一下全网的网络架构，通过对全网架构的了解将方便您对后面每一块网络细节嘚理解。

这张图分为左右两部分右边为无线侧网络架构，左边为固定侧网络架构

无线侧：手机或者集团客户通过基站接入到无线接入網，在接入网侧可以通过RTN或者IPRAN或者PTN解决方案来解决将信号怎么传输的传递给BSC/RNC。在将信号怎么传输的传递给核心网其中核心网内部的网え通过IP承载网来承载。

固网侧：家客和集客通过接入网接入接入网主要是GPON，包括ONT、ODN、OLT信号怎么传输的从接入网出来后进入城域网，城域网又可以分为接入层、汇聚层和核心层BRAS为城域网的入口，主要作用是认证、鉴定、计费信号怎么传输的从城域网走出来后到达骨干網，在骨干网处又可以分为接入层和核心层。其中移动叫CMNET、电信叫169、联通叫163。

固网侧和无线侧之间可以通过光纤进行传递远距离传遞主要是有波分产品来承担，波分产品主要是通过WDM+SDH的升级版来实现对大量信号怎么传输的的承载OTN是一种信号怎么传输的封装协议，通过這种信号怎么传输的封装可以更好的在波分系统中传递

最后信号怎么传输的要通过防火墙到达INTERNET，防火墙主要就是一个NAT来实现一个地址嘚转换。这就是整个网络的架构

看完宏观的架构，让我们深入进每个部分去深入解读一下吧。

由于我们的手机打电话或者上网时信號怎么传输的首先抵达的就是无线接入网，因此这里我们从无线接入网开始谈起

首先大家看一下这个简化版的移动通信架构图：

简单地講，就是把所有的手机终端都接入到通信网络中的网络。

大家耳熟能详的基站（BaseStation）就是属于无线接入网（RAN）。

虽然我们从1G开始历经2G、3G，一路走到4G号称是技术飞速演进，但整个通信网络的逻辑架构一直都是：手机→接入网→承载网→核心网→承载网→接入网→手机。

通信过程的本质就是编码解码、调制解调、加密解密。

要做的事情就这么多各种设备各司其职，完成这些事情

通信标准更新换代，无非是设备改个名字或者挪个位置，功能本质并没有变化

基站系统，乃至整个无线接入网系统亦是如此。

一个基站通常包括BBU（主要负责信号怎么传输的调制）、RRU（主要负责射频处理），馈线（连接RRU和天线）天线（主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转換）。

在最早期的时候BBU，RRU和供电单元等设备是打包塞在一个柜子或一个机房里的。

后来慢慢开始发生变化。

怎么变化呢通信砖家們把它们拆分了。

首先就是把RRU和BBU先给拆分了。

硬件上不再放在一起RRU通常会挂在机房的墙上。

BBU有时候挂墙不过大部分时候是在机柜里。

再到后来RRU不再放在室内，而是被搬到了天线的身边（所谓的“RRU拉远”）也就是分布式基站DBS3900，我们的余承东总裁当年在圣无线的时候僦是负责这方面变革的专家该产品一出解决了欧洲运营商的刚需，为打开欧洲市场立下了汗马功劳

这样，我们的RAN就变成了D-RAN也就是Distributed RAN（汾布式无线接入网）。

一方面大大缩短了RRU和天线之间馈线的长度，可以减少信号怎么传输的损耗也可以降低馈线的成本。

另一方面鈳以让网络规划更加灵活。毕竟RRU加天线比较小想怎么放，就怎么放

说到这里，请大家注意：通信网络的发展演进无非就是两个驱动仂，一是为了更高的性能二是为了更低的成本。

有时候成本比性能更加重要如果一项技术需要花很多钱，但是带来的回报少于付出咜就很难获得广泛应用。

RAN的演进一定程度上就是成本压力带来的结果。

在D-RAN的架构下运营商仍然要承担非常巨大的成本。因为为了摆放BBU囷相关的配套设备（电源、空调等）运营商还是需要租赁和建设很多的室内机房或方舱。

大量的机房=大量的成本

于是运营商就想出了C-RAN這个解决方案。

C-RAN意思是Centralized RAN，集中化无线接入网这个C，不仅代表集中化还代表了别的意思：

除了RRU拉远之外，它把BBU全部都集中关押起来了关在哪了？中心机房（COCentral Office）。

这一大堆BBU就变成一个BBU基带池。

C-RAN这样做非常有效地解决了前文所说的成本问题。

可能在没有接触一线业務的时候我们总以为设备运行后，运营商大量的前都用到了网络设备的维护中但通过前期的勘测，我才了解到运营商支持最大的成夲不是通信设备维护，也不是雇佣维护人员而是电费！

在整个移动通信网络中，基站的能耗占比大约是……

在基站里面空调的能耗占仳大约是……

传统方式机房的功耗分析

采用C-RAN之后，通过集中化的方式可以极大减少基站机房数量，减少配套设备（特别是空调）的能耗

若干小机房，都进了大机房

机房少了租金就少了，维护费用也少了人工费用也跟着减少了。这笔开支节省对饱受经营压力之苦的運营商来说，简直是久旱逢甘霖

另外，拉远之后的RRU搭配天线可以安装在离用户更近距离的位置。距离近了发射功率就低了。

低的发射功率意味着用户终端电池寿命的延长和无线接入网络功耗的降低说白了，你手机会更省电待机时间会更长，运营商那边也更省电、渻钱！

更重要一点除了运营商可以省钱之外，采用C-RAN也会带来很大的社会效益减少大量的碳排放（CO2）。

此外分散的BBU变成BBU基带池之后，哽强大了可以统一管理和调度，资源调配更加灵活！

C-RAN下基站实际上是“不见了”，所有的实体基站变成了虚拟基站

所有的虚拟基站茬BBU基带池中共享用户的数据收发、信道质量等信息。强化的协作关系使得联合调度得以实现。小区之间的干扰就变成了小区之间的协莋（CoMP），大幅提高频谱使用效率也提升了用户感知。

此外BBU基带池既然都在CO（中心机房），那么就可以对它们进行虚拟化了！

虚拟化，就是网元功能虚拟化（NFV）简单来说，以前BBU是专门的硬件设备非常昂贵，现在找个x86服务器，装个虚拟机（VMVirtual Machines），运行具备BBU功能的软件然后就能当BBU用啦！

这样又可以帮客户节省好多的经费，不过这项技术短期内主要还是应用于核心网的网元中前一段时间刷屏的亚马遜上销售的仅需每月90美元的核心网设备，就是利用这项核心技术具体的我们留到后面再说，这里让我们继续聚焦于接入网

正因为C-RAN这种集中化的方式会带来巨大的成本削减，所以受到运营商的欢迎和追捧。

到了5G时代接入网又发生了很大的变化。

在5G网络中接入网不再昰由BBU、RRU、天线这些东西组成了。而是被重构为以下3个功能实体：

CU：原BBU的非实时部分将分割出来重新定义为CU，负责处理非实时协议和服务

AAU：BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。

DU：BBU的剩余功能重新定义为DU负责处理物理层协议和实时服务。

简而言之CU和DU，以处理內容的实时性进行区分

如果还不太清楚，我们看一下下面这张图：

注意在图中，EPC（就是4G核心网）被分为New Core（5GC5G核心网）和MEC（移动网络边堺计算平台）两部分。MEC移动到和CU一起就是所谓的“下沉”（离基站更近）。

之所以要BBU功能拆分、核心网部分下沉根本原因，就是为了滿足5G不同场景的需要

5G是一个“万金油”网络，除了网速快之外还有很多的特点，例如时延低、支持海量连接支持高速移动中的手机，等等

不同场景下，对于网络的特性要求（网速、时延、连接数、能耗...）其实是不同的，有的甚至是矛盾的

例如，你看高清演唱会矗播在乎的是画质，时效上整体延后几秒甚至十几秒，你是没感觉的而你远程驾驶，在乎的是时延时延超过10ms，都会严重影响安全

所以，把网络拆开、细化就是为了更灵活地应对场景需求。

说到这里就要提到5G的一个关键概念——「切片」。

切片简单来说，就昰把一张物理上的网络按应用场景划分为N张逻辑网络。不同的逻辑网络服务于不同场景。

不同的切片用于不同的场景

网络切片，可鉯优化网络资源分配实现最大成本效率，满足多元化要求

可以这么理解，因为需求多样化所以要网络多样化；因为网络多样化，所鉯要切片；因为要切片所以网元要能灵活移动；因为网元灵活移动，所以网元之间的连接也要灵活变化

所以，才有了DU和CU这样的新架构

依据5G提出的标准，CU、DU、AAU可以采取分离或合设的方式所以，会出现多种网络部署形态：

回传、中传、前传是不同实体之间的连接

上图所列网络部署形态，依次为：

① 与传统4G宏站一致CU与DU共硬件部署，构成BBU单元

② DU部署在4G BBU机房，CU集中部署

③ DU集中部署，CU更高层次集中

④ CU與DU共站集中部署，类似4G的C-RAN方式

这些部署方式的选择，需要同时综合考虑多种因素包括业务的传输需求（如带宽，时延等因素）、建设荿本投入、维护难度等

举个例子，如果前传网络为理想传输（有钱光纤直接到天线那边），那么CU与DU可以部署在同一个集中点。如果湔传网络为非理想传输（没钱没那么多光纤），DU可以采用分布式部署的方式

再例如，如果是车联网这样的低时延要求场景你的DU，就偠想办法往前放（靠近AAU部署）你的MEC、边缘云，就要派上用场

好了，通过前面的讲解我们应该已经大体对5G接入网的概念有了一定程度哋了解，那么接下来我们再来简单地谈一谈5G承载网

有同学就问，5G不仅仅只在接入网有变化在即将到来的5G时代，5G的承载网和传送网会是個什么样子会采用什么黑科技？

业界有一句话就是承载先行。这也体现了承载网的重要性为什么说它重要呢？因为承载网是基础资源必须先于无线网部署到位。前面我们提到过5G的主要优点总结而言，就三个：

• 毫秒级的延迟：uRLLC
• 百万级/k㎡的终端接入：mMTC

5G想要满足以上应鼡场景的要求承载网是必须要进行升级改造的。

注意！划重点啦！下面这段文字很重要！

在5G网络中之所以要功能划分、网元下沉，根夲原因就是为了满足不同场景的需要。前面再谈接入网的时候我们提到了前传、回传等概念说的就是承载网。因为承载网的作用就是紦网元的数据传到另外一个网元上

这里我们再来具体看看，对于前、中、回传到底怎么个承载法。

首先看前传（AAU?DU）主要有三种方式：

第一种，光纤直连方式

每个AAU与DU全部采用光纤点到点直连组网，如下图：

这就属于典型的“土豪”方式了实现起来很简单，但最大嘚问题是光纤资源占用很多随着5G基站、载频数量的急剧增加，对光纤的使用量也是激增

所以，光纤资源比较丰富的区域可以采用此方案。

第二种无源WDM方式。

将彩光模块安装到AAU和DU上通过无源设备完成WDM功能，利用一对或者一根光纤提供多个AAU到DU的连接如下图：

光复用傳输链路中的光电转换器，也称为WDM波分光模块不同中心波长的光信号怎么传输的在同一根光纤中传输是不会互相干扰的，所以彩光模块實现将不同波长的光信号怎么传输的合成一路传输大大减少了链路成本。

采用无源WDM方式虽然节约了光纤资源，但是也存在着运维困难不易管理，故障定位较难等问题

第三种，有源WDM/OTN方式

在AAU站点和DU机房中配置相应的WDM/OTN设备，多个前传信号怎么传输的通过WDM技术共享光纤资源如下图：

这种方案相比无源WDM方案，组网更加灵活（支持点对点和组环网）同时光纤资源消耗并没有增加。

看完了前传我们再来看看中传（DU?CU）和回传（CU以上）。

由于中传与回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求是基本一致的所以可以使用统一嘚承载方案。

利用分组增强型OTN设备组建中传网络回传部分继续使用现有IPRAN架构。

• 端到端分组增强型OTN

中传与回传网络全部使用分组增强型OTN设備进行组网

这里我们仅仅对承载网做了最简单的讲解，至于承载网中采用的FlexE分片技术、减低时延的技术、SDN架构等等想了解的小伙伴建议洎己查一查

最后对5G承载网做一下总结：

• 架构：核心层采用Mesh组网，L3逐步下沉到接入层实现前传回传统一。
• 分片：支持网络FlexE分片
• SDN：支持整網的SDN部署提供整网的智能动态管控。
• 带宽：接入环达到50GE以上汇聚环达到200GE以上，核心层达到400GE

由于核心网是我认为最难的一块网络，涉忣的产品非常多实话说我也还没有理解透，因此这里采用从2G到5G核心网演进的方式帮助大家初步了解核心网。尤其会重点说一说马上進入5G时代了，我们的核心网究竟会变成什么样子

2G的核心网设备，是这样的：

大大宽宽的机柜有好几层机框，然后每层机框插了很多的單板单板很薄很轻，面板是塑料的很容易坏。

我们来看看当时的网络架构图：

可以看出来组网非常简单，MSC就是核心网的最主要设备HLR、EIR和用户身份有关，用于鉴权

注意：之所以图上面写的是“MSC/VLR”，是因为VLR是一个功能实体但是物理上，VLR和MSC是同一个硬件设备相当于┅个设备实现了两个角色，所以画在一起HLR/AUC也是如此，HLR和AUC物理合一

后来，到了2.5G是的没错，2G和3G之间还有一个2.5G——就是GPRS。

在之前2G只能打電话发短信的基础上有了GPRS，就开始有了数据（上网）业务

于是，核心网有了大变化开始有了PS核心网。PSPacket Switch，分组交换包交换。

很快基站部分跟着变，2.5G到了3G网络结构变成了这样：

（为了简单，HLR等网元我就没画了）

到了3G阶段设备商的硬件平台进行彻底变革升级。

（單板比2G重而且面板都是金属的）

（主要是提供网线、时钟线、信号怎么传输的线接口）

大家不要小看了硬件平台，实际上就像最开始華为的C&C08、中兴的ZXJ10一样，设备商自家的很多不同业务的设备都是基于同一个硬件平台进行开发的。不可能每个设备都单独开发硬件平台既浪费时间和精力，又不利于生产和维护

稳定可靠且处理能力强大的硬件平台，是产品的基石

3G除了硬件变化和网元变化之外，还有两個很重要的思路变化其中之一，就是IP化

以前是TDM电路，就是E1线中继电路。

IP化就是TCP/IP，以太网网线、光纤开始大量投入使用，设备的外部接口和内部通讯都开始围绕IP地址和端口号进行。

第二个思路变化就是分离。

具体来说就是网元设备的功能开始细化，不再是一個设备集成多个功能而是拆分开，各司其事

在3G阶段，是分离的第一步叫做承载和控制分离。

在通信系统里面说白了，就两个（平）面用户面和控制面。如果不能理解两个面就无法理解通信系统。

用户面就是用户的实际业务数据，就是你的语音数据视频流数據之类的。

而控制面是为了管理数据走向的信令、命令。

这两个面在通信设备内部，就相当于两个不同的系统

2G时代，用户面和控制媔没有明显分开3G时代，把两个面进行了分离

（注意，基站里面的RNC没有了为了实现扁平化，功能一部分给了核心网一部分给了eNodeB）

演進到4G核心网之前，硬件平台也提前升级了

华为的USN系列，开始启用ATCA/ETCA平台（后来MME就用了它）还有UGW平台（后面PGW和SGW用了它，PGW和SGW物理上是一体的）

在3G到4G的过程中，IMS出现了取代传统CS（也就是MSC那些），提供更强大的多媒体服务（语音、图片短信、视频电话等）IMS，使用的也主要是ATCA岼台

前面所说的V3平台，实际上很像一个电脑有处理器（MP单板），有网卡（以太网接口卡光纤接口卡）。而V4的ATCA平台更像一台电脑了，前面你也看到了名字就叫“先进电信计算平台”，也就是“电信服务器”嘛

确切说，ATCA里面的业务处理单板本身就是一台单板造型嘚“小型化电脑”，有处理器、内存、硬盘我们俗称“刀片”。

ATCA业务处理板——“刀片”

（没找到中兴的只能放个华为的）

既然都走箌这一步，原来的专用硬件越做越像IT机房里面的x86通用服务器，那么不如干脆直接用x86服务器吧。

于是乎虚拟化时代，就到来了

说白叻，硬件上直接采用HP、IBM等IT厂家的x86平台通用服务器（目前以刀片服务器为主，节约空间也够用）。

软件上设备商基于openstack这样的开源平台，开发自己的虚拟化平台把以前的核心网网元，“种植”在这个平台之上

网元功能软件与硬件实体资源分离

注意了，虚拟化平台不等於5G核心网也就是说，并不是只有5G才能用虚拟化平台也不是用了虚拟化平台，就是5G

按照惯例，设备商先在虚拟化平台部署4G核心网也僦是，在为后面5G做准备提前实验。

硬件平台永远都会提前准备。

好了上面说了5G核心网的硬件平台，接下来我们仔细说说5G核心网的架构。

到了5G网络逻辑结构彻底改变了。

5G核心网采用的是SBA架构（Service Based Architecture，即基于服务的架构）名字比较好记，呵呵…

SBA架构基于云原生构架設计，借鉴了IT领域的“微服务”理念

把原来具有多个功能的整体，分拆为多个具有独自功能的个体每个个体，实现自己的微服务

这樣的变化，会有一个明显的外部表现就是网元大量增加了。

红色虚线内为5G核心网

除了UPF之外都是控制面

这些网元看上去很多，实际上硬件都是在虚拟化平台里面虚拟出来的。这样一来非常容易扩容、缩容，也非常容易升级、割接相互之间不会造成太大影响（核心网笁程师的福音）。

简而言之5G核心网就是模块化、软件化。

5G核心网之所以要模块化还有一个主要原因，就是为了“切片”

很多人觉得“切片”很难，其实并非如此

切片，就是“多种人格”同一样东西，具有不同的特性以应对不同的场景，也有点像“瑞士军刀”

5G昰一个天下一统的网络，通吃所有用户设计之初，就需要它应对各种需求

既然网络用途不同，当然要见招拆招以一个死板的固定网絡结构去应对，肯定是不行的只有拆分成模块，灵活组队才能搞定。

例如在低时延的场景中（例如自动驾驶），核心网的部分功能就要更靠近用户，放在基站那边这就是“下沉”。

部分核心网功能“下沉”到了MEC

下沉不仅可以保证“低时延”，更能够节约成本所以，是5G的一个杀手锏

以上，就是从2G到5G核心网整个的演进过程和思路。并不难理解吧

简单概括，就是拆分、拆分、再拆分软件、軟件、更软件。

在将来核心网的硬件和IT行业的硬件一样。而核心网的软件就变成手机上面的app一样。

通过以上的讲解希望对大家理解无線通信的网络架构有所帮助！

11/2/2019,自3G网络建设以来，运营商无线接入组网模式逐渐由原来DRAN架构向CRAN架构演进尤其5G网络部署后，基站密喥将是4G网络1.5-3倍之间光纤受限将是5G前传开通面临的主要问题。为了满足5G前传应用需求中国信科集团旗下的武汉光迅科技股份有限公司依靠自有多年器件和子系统技术优势，快速开发出具有自有特色的5G前传半无源光纤倍增解决方案该解决方案成本低、可网管并具备线路保護功能，维护手段方便灵活也非常有利于运营商无线和传输对维护界面的划分。

光迅科技的半无源光纤倍增解决方案采用非对称设备形態AAU侧远端采用多形态的无源WDM设备，DU侧局端采用大容量、多功能的有源WDM设备组网方式可分为星型、总线型等组网拓扑。

   局端有源设备采鼡光迅OSP平台架构可以提供1U、2U、5U等规格大容量、多光方向高集成度设备，其中1U设备支持4个光方向、2U设备支持8个光方向、5U设备支持20个光方向；单个业务板卡采用WDM技术、高精度探测技术和低损耗光开关技术实现基本的合分波、监控和管理功能。局端有源设备支持多种业务承载能力可实现6波、12波eCPRI业务传输，以及18波CPRI和eCPRI业务混合传输等同时设备掉电不影响业务传输。另外还配置有光线路保护功能能够对重要的基站进行线路保护，避免因光缆线路故障造成的基站脱网

   局端有源WDM设备形态多样，根据网络中具体应用需求单个有源WDM业务板卡可以选擇是否集成光保护功能，但针对前传光缆高故障率链路或业务重要性段落，且有丰富的备用光缆情况下建议使用具备光保护功能有源WDM業务板卡。

远端无源设备与AAU相连AAU侧使用彩光模块，通过合分波器复用多个波长传输以节省光纤资源适应多场景安装，提供室外挂墙、室外抱杆、室内机架等多种设备形态采用防水防潮设计；根据不同的业务需求，提供 6 波、12 波、18 波等多种容量设备并支持 2G/4G/5G 业务混合传输。

光迅半无源光纤倍增网管方案基于BS架构具备对局端设备与远端设备的管理功能，支持配置管理、故障管理、性能管理、网络拓扑管理等主要功能

  在5G前传场景中，DU的业务信号怎么传输的发散的传输到不同AAU站点适用于运营商CRAN建设，4G/5G网络重耕等场景安装部署时，将DU侧和AAU側的光模块替换为彩光模块同时在DU侧部署有源WDM设备， AAU侧部署无源WDM设备    在5G前传场景中，DU的业务信号怎么传输的依次级联传输到不同的AUU站點灵活应用于隧道，铁路等无线信号怎么传输的狭长区域覆盖的场景

   预计在5G商用后，半无源光纤倍增解决方案将得到大规模应用相仳其他解决方案，具备低成本、可保护、可管控的优势有利于运营商无线和传输对维护界面的划分，有利于维护手段灵活性