【認識5G專題報導5-4】開放無線接取網路與核心網路成為新趨勢
在＜為什麼5G使用毫米波(mmWave)，6G使用太赫茲(THz)？＞裡我們談到行動電話的無線頻譜，這個只是基地台到手機之間的通訊，要架構出整個行動電信系統，最重要的是行動電話的基地台與雲端，那麼5G的基地台與雲端會有那些改變呢？
圖一：行動電信系統架構示意圖。
核心網路(CN：Core Network)
行動電信系統的雲端稱為「核心網路」，如圖一(b)所示，由連結其他網路系統的骨幹網路(Backbone)與雲端資料中心裡的伺服器組成。4G的核心網路稱為「演進封包核心(EPC：Evolved Packet Core)」，5G的核心網路則切割為「下世代核心(NGC：Next Generation Core)」與「邊緣雲端(EC：Edge Cloud)」兩個部分，前面曾經介紹過，為了達到高可靠低延遲通訊(URLLC)，必須建置邊緣雲端，縮短資料由手機傳送到雲端再傳回到手機的延遲時間。
無線接取網路(RAN：Radio Access Network)
行動電信系統的基地台與相關設備稱為「雲端無線接取網路」，再以「後傳網路(Backhaul)」連接核心網路(CN)，如圖一(a)所示，後傳網路在人口稠密的都市通常使用光纖網路，在深山或鄉村人煙稀少的地方拉光纖效益太低，或是基礎建設落後的國家拉光纖成本太高，可以使用特定頻譜的微波通訊或衛星通訊。基地台與相關設備包括：
➩基頻單元(BBU：Baseband Unit)：負責處理數位訊號運算。
➩遠端無線單元(RRU：Remote Radio Unit)：負責處理射頻電磁波。
➩天線(Antenna)：發射與接收電磁波訊號。
雲端無線接取網路(CRAN：Cloud RAN)
將基地台分散在各地稱為「分散式無線接取網路(DRAN：Distributed RAN)」，電信公司需要租用室內機房安裝相關設備，由於機房需要冷氣空調費用很高，因此目前的趨勢是將基頻單元(BBU) 移到「雲端機房」集中起來，稱為「集中式無線接取網路(Centralized RAN)」或「雲端無線接取網路」，再以「前傳網路(Fronthaul)」連接室外屋頂上的遠端無線單元與天線，如圖二所示，可以大量減少基地台的室內機房降低成本。
圖二：雲端無線接取網路(CRAN)系統架構示意圖。
開放無線接取網路(Open RAN)
4G之前的無線接取網路(RAN)與核心網路(CN)相關電信設備都是由特定的供應商提供，因此電信服務公司如果決定向某一家供應商採購電信設備，則所有的電信設備都必須向同一家供應商採購，容易被供應商綁定，造成系統成本過高，因為所有電信設備之間的通訊標準是這些供應商自行制定的。
5G之後的電信產業發生巨大變化，陸續有廠商發起成立組織共同製定通訊標準，例如：通訊基礎建設計畫(TIP：Telecom Infra Project)、開放無線接取網路聯盟(ORAN Alliance)、開放無線接取網路政策聯盟(Open RAN Policy Coalition)等，使電信業者可以採用來自不同供應商的電信設備硬體與軟體，大家使用相容的通訊標準來建構通訊系統，避免被傳統電信設備商綁定，可以降低系統成本。
開放核心網路(Open CN)
由於5G通訊系統必須同時滿足增強行動寬頻上網(eMBB)速度快、高可靠低延遲通訊(URLLC)反應快、大量裝置連網通訊(mMTC)連結多，但是這三個特性本身有些矛盾，例如：大量裝置連網通訊(mMTC)要求的是低功耗、低價格、高覆蓋，而增強行動寬頻上網(eMBB)要求的是速度快一定不可能省電，彼此互相矛盾，因此必須使用「網路切片(Network slicing)」，將一個實體核心網路切割成支援不同功能的多個虛擬核心網路，每個虛擬網路之間獨立運作。
此外與無線接取網路相同，核心網路(CN)也走向開放，為了做到網路切片必須先進行「網路功能虛擬化(NFV：Network Function Virtualization)」，就是將網路中專用設備的軟體與硬體功能轉移到「虛擬機器(VM：Virtual Machine)」上，虛擬機器經由「軟體定義網路(SDN：Software Define Network)」互聯溝通，將虛擬機器(VM)建立在標準的伺服器稱為「泛用型伺服平台(GPP：General Purpose Platform)」，屬於商用現成產品，成本低廉、安裝簡便，也就是使用現成的伺服器、存儲裝置、網路設備取代以前供應商的專用設備，避免被傳統電信設備商綁定，可以降低系統成本。。
5G的核心網路(CN)與無線接取網路的設備走向開放，為台灣許多小型通訊設備商帶來新商機，各家廠商也積極投入這個市場，甚至未來將與通訊衛星整合，建構天地一體通訊技術，到底5G/6G通訊系統與衛星通訊整合未來會如何發展呢？我們且聽下回分解。
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曲建仲，知識力科技公司執行長，為政治大學、輔仁大學、東吳大學兼任助理教授。