全球網絡支持移動設備體系結構及其底層技術面臨很大的挑戰。在蜂窩電話自己巨大成功的推動下，移動客戶設備數量以及他們對帶寬的要求在不斷增長。但是分配給移動運營商的帶寬并沒有增長。網絡中某一通道的使用效率也保持平穩不變。下一代射頻接入網必須要解決這些難題，這似乎很難。 

難以滿足的需求

客戶增長可能是三種因素中影響最小的。發達國家移動設備已經接近飽和了。很多有錢人有多臺同時使用的移動設備。農村地區還有很多潛在的用戶，但是他們的基本問題是接入而不是帶寬。

如果蜂窩設備的絕對數量開始趨于平穩，那么，用戶所選擇的設備類型會傾向于高端市場。Intel 移動和通信部副總裁兼總經理 Hermann Eul 在最近的一次 DesignCon 主題演講中指出，人們平均每 18 個月就會換一部新手機。智能電話是其選擇。即使是最節省的用戶也希望更新。Eul 說， “從今年開始，智能電話市場一半的投資是在價值、入場以及超低成本領域。”

在這 26 個小時中，用戶通常會運行應用程序，其帶寬需求要比以前大很多。Eul 注意到， “目前的應用程序與 5 到 10 年前的純計算機程序一樣復雜。” 有趣的是，這些應用程序不僅對 CPU 的要求高了，而且還要求更大的帶寬，它們從云端獲得數據，有時候共享計算負載。即使是語音命令輸入和地圖導航等看起來簡單的應用程序也會在調用遠程計算和存儲資源時，向空中傳送大量的數據。

尋找帶寬

圖1. 移動服務現有以及建議的頻譜分配。

這涉及到錢的問題。所有人，從政府到現有用戶都希望從帶寬獲得收益。在大多數情況下，運營公司會不得不拿出一大筆錢來支付牌照費用。但是有很嚴重的問題，用戶是否愿意每月支付更多的費用，即滿足新頻譜牌照費用同時又支持昂貴的新網絡基礎設施建設費用。很多小運營公司會落在后面，最終被收購或者退出。

而且，其他的候選頻譜，如果都將其交給移動運營商，實際可用范圍只可能增加三倍。這當然有所幫助，但是仍然跟不上每年 66% 的增長。業界還需要其他措施。因此，運營商除了使用更多的頻率域之外，還嘗試更高效的使用地理區域。

空域效率

Altera 客戶市場經理 James Lie 也同意， “兩年前還有較小的小區?？赡茉趦赡陜龋覀儠吹奖镜匦^，但是我不認為這會有廣泛應用。”

圖2. 網絡拓撲成為異構的。

業界建議了幾種方案來克服干擾問題，但是這些解決方案要求采用最新的 3GPP 標準。一種可能是時域復用以便共享通道。但是當網絡飽和時，這犧牲了吞吐量，此時您最需要的是帶寬。另一種是可選功率，這樣，每次連接只使用所需要的發送功率 — 不會導致與臨近小區出現干擾。第三種可能是聚束，一個基站的多幅天線將其輻射能量直接聚集到移動設備上，而不是分散到某個象限中。后面兩種方案需要進行快速閉環測量和控制，對于聚束的情形，則需要大量的計算資源。

小區另一明顯的問題是骨干網，基站和運營商中心站之間的連接。宏小區基站通過電信公司的 T1/E1 線路、專用微波鏈路或者光纖，連接至中心站。這些昂貴的私有連接并不適用于小基站。企業級小區可以通過電纜或者光纖連接至公網的接入路由器。毫微微小區會處于 WiFi 鏈路的末端，其集線器連接至 DSL 調制解調器。不難想象這樣一種場景，這些 ad-hoc 連接不能提供足夠的帶寬來滿足小區的需求。這些連接 — 實際上，涉及到互聯網的任何連接，都會有不可預測的延時和可靠性問題。因此，它們與商用骨干網連接有很大的不同。

載波匯集

由于只有很少的頻帶能夠提供 100 MHz 的帶寬，特別是 700 MHz 附近的原始頻帶，因此，LTE-A 遇到的問題更大。所以，LTE-A 引入了更復雜的網絡技術：載波匯集。這種技術將幾個通道匯集在一起，為某一移動設備提供足夠的帶寬。

例如，如果一個連接需要更大的帶寬，但是目前的基站沒有空余的通道，那么，網絡控制層會分配來自其他與移動設備連接的基站的通道。即使最初的基站是宏小區鐵塔，第二個基站是微小區，這種方法也能夠工作。來自兩個基站的通道會被用于向移動設備發送數據包。

顯然，載波匯集所需要的協同工作給網絡控制平面帶來了壓力。這種壓力有利于促進無線網絡結構的改變。

幾年前，射頻接入網設計人員開始連接某些點。他們注意到，基站硬件越來越昂貴，大部分基站在大部分時間內都沒有充分利用起來。他們還注意到，基站的大部分運營成本來自散熱或者檢修車，而不是計算。他們注意到鐵塔頂部的射頻前端和地面數字引擎之間采用了同軸和光纖等連接。

這一方案，其名稱是集中式射頻接入網 (C-RAN)，如 圖3 所示，很快就得到了很多支持。Forward Concepts 的 Strauss 說， “C-RAN 是 Intel夢想的應用。他們在這方面的工作至少有 3 年了，部分是與中國移動合作的。”

不論 C-RAN 數據中心是否有單獨的服務器和 DSP 平面，還是只使用服務器 — 采用最新的高性能計算，使用具有硬件加速器的服務器 CPU，其優勢是顯而易見的。除了負載均衡，射頻前端的載波匯集功能、用戶選擇的功率級，以及聚束功能都能夠受益于所有基站位于一個地點，而且按需提供計算資源。

宏大的遠景

讓我們從移動設備用戶的角度開始。最大的不同是，用戶所要求的是速度：在這個例子中，當星座排成一列時，速度是每秒 100 megabits (Mbps)。這隱藏了非常昂貴的成本，消費類設備中含有最復雜的多頻段射頻。為實現 100 Mbps，LTE-A將匯集載波。因此，移動射頻不得不讓通道同時工作，這些通道可能處于不同而且是分布很寬的頻帶中，連接了不同的天線。

但是，小區并不是唯一的節點。我們用戶的設備可能至少會連接一個宏小區遠程射頻前端，這安裝在臨近小區的鐵塔上。

數據中心的工作會非常復雜。C-RAN 控制平面必須處理每一移動設備涉及到的通道，滿足每一設備當前的帶寬需求。必須將小區和通道分配給移動設備，考慮不同的帶寬有不同的傳輸特性，小區和數據中心之間的延時會有很大的不同，即光纖到 C-RAN 遠程射頻前端的延時。

由控制軟件向移動設備提供鏈路，因此，也能夠滿足數據中心虛擬化基帶處理器池的基帶處理需求。連接的每一級都是虛擬化的，隨時可以進行分配，只有通過小區的部分除外。小區既是解決方案也是挑戰 — 低覆蓋盲區和高需求區域，還有干擾問題，困難的骨干網連接，以及靜態資源分配等。在越來越虛擬化的網絡體系結構中，解決這種不連續問題會非常有趣。

還有值得討論的另一個有趣的領域，商業模型和技術。C-RAN 能夠為無線服務提供商提供很強的計算能力和存儲資源，使其盡可能靠近用戶的移動設備。提供商能夠利用這一優勢來為移動用戶提供基于云的服務，甚至是環境預知應用？這種轉換極大的改變了服務提供商、應用開發商和內容提供商以及云主機提供商之間的收益分配。我們有下一代射頻接入網模型，但這是還在不斷發展的模型。