設計 5G 系統(tǒng)是一項艱巨的任務，因為支持其強大功能所需的技術使它們比其前輩復雜得多。由于需要與基于早期 4G、3G 和 2G 標準的設備進行向后兼容性/互操作性，這進一步加劇了這種情況。而且，與舊標準不同，5G 規(guī)范必須支持智能手機、自動駕駛汽車和物聯(lián)網(wǎng)設備使用的各種算法和服務模型。更復雜的是，這些設備中的許多設備在基于云的應用程序和 AI/ML 算法中實現(xiàn)了不同程度的功能。

復雜性并不是5G 系統(tǒng)帶來的唯一挑戰(zhàn)。系統(tǒng)靈活性為設計挑戰(zhàn)增加了另一個維度。5G 標準仍在不斷發(fā)展，新版本會定期發(fā)布，而且看不到盡頭。這迫使開發(fā)無線電頭、基帶站和其他 5G 核心技術的公司只關注適用于其產(chǎn)品所需功能的標準元素，而忽略以后可能成為問題的更多全球性問題.

5G 蜂窩變化

流經(jīng) 5G 網(wǎng)絡的前所未有的流量水平是由智能手機以外的眾多來源產(chǎn)生的。這些網(wǎng)絡為智能家居/建筑/城市設備、智能電網(wǎng)元素、工業(yè)自動化系統(tǒng)、自動駕駛車輛以及呈指數(shù)增長的 AI/ML 應用程序列表提供了通往物聯(lián)網(wǎng)的入口。流量以及設備的數(shù)量和多樣性正在迫使無線接入網(wǎng)絡 (RAN) 轉(zhuǎn)型。

4G RAN 只有一項工作——將智能手機連接到運營商的核心網(wǎng)絡。它們由一系列互連的基站組成，每個基站由一個基帶單元 (BU) 和一個遠程無線電頭端 (RH) 以及一個或多個天線組成。

具有 RH 的集成 BU 的設計是由主導該領域的三個供應商構思和嚴格控制的。這種準壟斷導致了一個封閉的標準，限制了更廣泛的競爭。回想起來，4G 標準 CPRI 和 OBSAI 被賦予了很大的自由度，大型供應商通過將他們自己的關鍵技術(例如壓縮方法)的專有“風格”引入他們的解決方案中。這確保了整個端到端解決方案將由一個供應商提供。

5G 改變了上述所有情況。用于開發(fā) 5G 標準的開放流程讓蜂窩運營商對他們用于構建網(wǎng)絡的設備的功能和特性有更多的發(fā)言權。它使他們有機會參與下一代高度可配置網(wǎng)絡的開發(fā)，這些網(wǎng)絡可以輕松定制以適應世界各地地區(qū)和城市的需求。真正開放的全球標準還允許任何硬件/軟件設計師或制造商在 5G 產(chǎn)品開發(fā)中發(fā)揮作用，從而鼓勵創(chuàng)新。

5G 也代表了 RAN 架構的根本變化。在 5G 中，RAN 已演變?yōu)榧惺?RAN 或 C-RAN。4G RAN 的緊密集成結構已分解為由四個組件組成的“前傳網(wǎng)絡”：

1. 幾個集中單元(CU)，

2. 每個 CU 有幾個分布式單元 (DU)，

3. 每個 DU 有幾個無線電單元 (RU)，以及

4. 多個MIMO(多輸入多輸出)天線。

C-RAN 的分解允許相互遠程安裝 CU、DU 和 RU，從而帶來以下幾個優(yōu)勢：

· 分散式單元提供基于云的 RAN，其覆蓋城市周圍的區(qū)域比 4G 網(wǎng)絡使用的 BU 大得多。

· 分布式單元將 RH 與 BU 分開。雖然 4G 塔通常只有 4 到 6 根天線，但 5G RU 可以驅(qū)動多達 64×64 MIMO 天線，每個天線都可以支持波束成形并實現(xiàn)帶寬的大幅增加和顯著降低的延遲。

· 多個DU協(xié)同工作，根據(jù)網(wǎng)絡狀況為RU動態(tài)分配資源。

· 在向 5G 過渡的傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡中，無線 RU 網(wǎng)絡連接類似于接入點或塔的無線設備。

C-RAN 網(wǎng)絡的其他優(yōu)勢包括靈活地匯集資源、重用基礎設施、簡化網(wǎng)絡運營和管理以及支持多種技術的能力。從 OPEX 的角度來看，它們提供了更低的能耗以及更低的資本和運營費用。

由于 5G 網(wǎng)絡結構更加異構和自組織，它們更容易演進以適應不斷變化的市場條件和新機遇。而且，由于 C-RAN 更容易和更快地部署，它避免了重建傳輸網(wǎng)絡，這是顯著降低其總擁有成本 (TCO) 的另一個因素。

可以根據(jù)需要在城市和農(nóng)村地區(qū)定制 5G 網(wǎng)絡，從而為蜂窩運營商提供許多硬件/軟件配置和用例。這種靈活性源于開放無線電接入網(wǎng)絡 (O-RAN) 標準，該標準由電信行業(yè)成員的大型聯(lián)盟O-RAN 聯(lián)盟定義。它定義了開放、可互操作的接口、API、RAN 虛擬化和支持大數(shù)據(jù)的 RAN 智能。該標準的目標是利用以太網(wǎng)網(wǎng)絡中使用的相同物理電纜。O-RAN 聯(lián)盟還參與了 5G 網(wǎng)絡中使用的其他基于以太網(wǎng)的協(xié)議，包括增強型通用公共無線電接口 (eCPRI) 和以太網(wǎng)無線電 IEEE1914.3 (RoE)。