基於RapidIO的C-RAN與小型蜂巢式網路

無線射頻接取網路(RAN)還要需要進一步發展，才能在行動數據和視訊流量方面滿足終端用戶體驗品質(QoE)的要求。很多情況下接取網路所出現的變化都是業界標準所要求的，它不斷發展以滿足終端用戶的需求。例如，在今後的幾年中，無線網路HSPA+至LTE-Advanced(LTE-A)之間的吞吐量與頻譜效率將分別成長大約10倍和4倍。為了提高QoE，無線協議增強也降低網路延遲。例如，與GSM的150ms延遲相較，LTE和LTE-A延遲只有10ms左右。

終端用戶在頻寬和快速響應方面要求具有更好的QoE，但是當用戶在一天的不同時間跨越不同的蜂巢式網路時，網路上的負載會隨之變化。為了滿足需求的變化，基於LTE和LTE-A的4G標準採用了負載指示和資源狀態報告等特性，利用基地台不同eNodeB之間的X2介面。而且，除了eNodeBs之間X2介面已有的低延遲切換和干擾資訊交換之外，服務品質(QoS)管理參數也在不斷發展，預計將很快支援這些參數。本文討論RapidIO如何在傳統的、雲端和小型蜂巢式網路中支援低延遲可擴展方案，以及接取網路中的各種數據串流與新興需求。

射頻接取網路數據串流

在傳統的和新興的RAN架構中，基地台包括多種處理卡，使用專用的通用公共射頻介面(CPRI)鏈路將其與發射塔頂端的射頻單元相連接。採用光纖鏈路，在適當的距離範圍內，能夠以最低損耗為射頻單元提供最大功率。這對於新出現的分佈式RAN架構非常有用，大量的射頻單元透過光纖連接至基頻單元。在這種架構中，每一個射頻節點採用小型蜂巢式或者大型蜂巢式網路配置而為一群用戶提供服務。

在傳統和分佈式架構中，RapidIO協議連接通道或基頻卡中的多個處理單元(如DSP、SoC、ASIC、FPGA)。該協議確保任何處理節點之間可靠的傳送，最低延遲僅約100ns。

在典型的RAN架構中，一旦完成與某一射頻介面相關的訊號處理工作後，使用CPRI協議在基頻和射頻單元之間傳輸數據。在分佈式架構中，CPRI協議並不一定能夠以高性價比方式實現負載管理和干擾控制，這是因為CPRI協議的定義並不提供標準化的低延遲數據封包交換功能，這一功能用於在射頻單元多個基頻卡之間分配數據串流。在這種情況下，RapidIO的性能是同類中最佳的。

接取網路中兩種主要的數據串流包括從行動設備到基地台的傳輸串流(上行鏈路串流)以及行動設備對基地台的接收串流(下行鏈路串流)。當出現LTE/LTE-A協議中定義的傳輸錯誤時，會要求以混合式自動重送請求(HARQ)的方式重新傳輸。大約4ms的HARQ時程實際上比起LTE/LTE-A往返延遲更低得多。如果處理節點之間的互連架構支援優異的串流控制與容錯功能，那麼，還可以減少HARQ重新傳輸的次數，因而降低了延遲。這對於OEM而言正是其優勢所在，在終端用戶方面則是更好的QoE。

為了支援切換、負載平衡和干擾管理，其上的主要數據串流進一步包括了與基地台各種處理單元之間切換、通道品質與負載指示相關的資訊交換。基頻單元之間的資訊交換必須可支援最低可確定性延遲以及確保傳輸。這樣才能無誤而且及時的知道各種用戶之間的網路需求與干擾，從而實現用戶跨越蜂巢式網路邊界時仍能可靠地低延遲切換。

射頻接取網路的RapidIO特性

高性能的RapidIO協議大約在十年前以基於數據封包開放數據通訊標準的形式出現。自此之後，全世界眾多的OEM和晶片供應商推出了大約數百萬基於RapidIO的元件，滿足射頻接取以及其他類型網路中3G/4G無線基地台的連網需求。

在三層分層架構中規定了RapidIO協議和數據封包格式。該協議支援電路板以及電路板之間的短距離、中距離和長距離鏈路傳輸。標準則同時支援光纖和電纜鏈路。

表1：RapidIO協議關鍵特性。

表1總結傳統與新興雲端射頻接取網路(C-RAN)以及小型蜂巢式接取網路中RapidIO的關鍵特性。

為了滿足C-RAN和小型蜂巢式的需求，特別是可靠的負載管理、切換和干擾管理，OEM利用RapidIO的互連特性以及SoC、記憶體和射頻子系統元件的進步，開發出基地台設計。在互連方面，必須考慮兩種重要的功能──RapidIO端點(EP)和RapidIO交換架構。在SoC中整合EP，具體應用之間實現了最低延遲。採用基於低延遲大吞吐量數據封包的交換協議，可在大量的基頻運算單元之間執行和劃分應用程式。為了實現最低延遲，可以把多個小型蜂巢式的基頻處理單元放在同一位置。

圖1：基於RapidIO的C-RAN和小型蜂巢式網路架構

在圖2的示例中，X2介面位於基頻叢集。即使是位於蜂巢式網路邊緣的用戶，可確定性傳輸和最低延遲資訊交換支援基頻叢集在適當的時間控制射頻單元和基頻單元之間的數據交換，同時降低、甚至避免干擾。採用基頻單元叢集，能夠為處理單元進行虛擬化以及共享。因此，運算單元的平均處理功能可在任何時間滿足一組蜂巢式網路的總容量需求，而不只是一直滿足某些蜂巢式網路的需求。

圖2：在C-RAN和小型蜂巢式中，基於RapidIO的X2介面基地台叢集可管理負載、干擾、切換功能，提高通道品質。

總結

RapidIO提供了優異的QoS，且其功耗非常低，因此，很多RAN系統目前都採用了RapidIO架構。RapidIO具有標準數據封包路由、可確定性傳輸以及低延遲，所以，RapidIO架構能夠自然地滿足需要負載均衡通訊和干擾管理資訊的標準要求。C-RAN和小型蜂巢式接取網路的發展需要採用複雜介面，基於RapidIO的解決方案能夠簡化這些介面的建置，從而促進其發展。

(參考原文：Cloud radio access and small-cell networks based on RapidIO，by Mohammad Akhter)