如何设计和验证 5G 系统，第 3 部分

设计 5G 系统是一项艰巨的任务，因为支持其强大功能所需的技术使它们比其前辈复杂得多。由于需要与基于早期 4G、3G 和 2G 标准的设备进行向后兼容性/互操作性，这进一步加剧了这种情况。而且，与旧标准不同，5G 规范必须支持智能手机、自动驾驶汽车和物联网设备使用的各种算法和服务模型。更复杂的是，这些设备中的许多设备在基于云的应用程序和 AI/ML 算法中实现了不同程度的功能。

复杂性并不是5G 系统带来的唯一挑战。系统灵活性为设计挑战增加了另一个维度。5G 标准仍在不断发展，新版本会定期发布，而且看不到尽头。这迫使开发无线电头、基带站和其他 5G 核心技术的公司只关注适用于其产品所需功能的标准元素，而忽略以后可能成为问题的更多全球性问题.

5G 蜂窝变化

流经 5G 网络的前所未有的流量水平是由智能手机以外的众多来源产生的。这些网络为智能家居/建筑/城市设备、智能电网元素、工业自动化系统、自动驾驶车辆以及呈指数增长的 AI/ML 应用程序列表提供了通往物联网的入口。流量以及设备的数量和多样性正在迫使无线接入网络 (RAN) 转型。

4G RAN 只有一项工作——将智能手机连接到运营商的核心网络。它们由一系列互连的基站组成，每个基站由一个基带单元 (BU) 和一个远程无线电头端 (RH) 以及一个或多个天线组成。

具有 RH 的集成 BU 的设计是由主导该领域的三个供应商构思和严格控制的。这种准垄断导致了一个封闭的标准，限制了更广泛的竞争。回想起来，4G 标准 CPRI 和 OBSAI 被赋予了很大的自由度，大型供应商通过将他们自己的关键技术(例如压缩方法)的专有“风格”引入他们的解决方案中。这确保了整个端到端解决方案将由一个供应商提供。

5G 改变了上述所有情况。用于开发 5G 标准的开放流程让蜂窝运营商对他们用于构建网络的设备的功能和特性有更多的发言权。它使他们有机会参与下一代高度可配置网络的开发，这些网络可以轻松定制以适应世界各地地区和城市的需求。真正开放的全球标准还允许任何硬件/软件设计师或制造商在 5G 产品开发中发挥作用，从而鼓励创新。

5G 也代表了 RAN 架构的根本变化。在 5G 中，RAN 已演变为集中式 RAN 或 C-RAN。4G RAN 的紧密集成结构已分解为由四个组件组成的“前传网络”：

1. 几个集中单元(CU)，

2. 每个 CU 有几个分布式单元 (DU)，

3. 每个 DU 有几个无线电单元 (RU)，以及

4. 多个MIMO(多输入多输出)天线。

C-RAN 的分解允许相互远程安装 CU、DU 和 RU，从而带来以下几个优势：

· 分散式单元提供基于云的 RAN，其覆盖城市周围的区域比 4G 网络使用的 BU 大得多。

· 分布式单元将 RH 与 BU 分开。虽然 4G 塔通常只有 4 到 6 根天线，但 5G RU 可以驱动多达 64×64 MIMO 天线，每个天线都可以支持波束成形并实现带宽的大幅增加和显着降低的延迟。

· 多个DU协同工作，根据网络状况为RU动态分配资源。

· 在向 5G 过渡的传统蜂窝网络中，无线 RU 网络连接类似于接入点或塔的无线设备。

C-RAN 网络的其他优势包括灵活地汇集资源、重用基础设施、简化网络运营和管理以及支持多种技术的能力。从 OPEX 的角度来看，它们提供了更低的能耗以及更低的资本和运营费用。

由于 5G 网络结构更加异构和自组织，它们更容易演进以适应不断变化的市场条件和新机遇。而且，由于 C-RAN 更容易和更快地部署，它避免了重建传输网络，这是显着降低其总拥有成本 (TCO) 的另一个因素。

可以根据需要在城市和农村地区定制 5G 网络，从而为蜂窝运营商提供许多硬件/软件配置和用例。这种灵活性源于开放无线电接入网络 (O-RAN) 标准，该标准由电信行业成员的大型联盟O-RAN 联盟定义。它定义了开放、可互操作的接口、API、RAN 虚拟化和支持大数据的 RAN 智能。该标准的目标是利用以太网网络中使用的相同物理电缆。O-RAN 联盟还参与了 5G 网络中使用的其他基于以太网的协议，包括增强型通用公共无线电接口 (eCPRI) 和以太网无线电 IEEE1914.3 (RoE)。