5G时代光与无线融合接入网及其关键技术研究进展

谷志群，肖玉明，张佳玮，纪越峰

(北京邮电大学 信息与通信工程学院，北京 100876)

随着移动数据流量极速增长、多元业务持续涌现，对优质网络服务高度需求的5G时代已经到来，无线接入网络(radio access network，RAN)必须向着更高效率、更低成本的方向迈进。为实现大容量、低时延、低成本的数据承载，光网络技术被引入并推动未来RAN向光与无线融合的方向演进。目前，国内外主要针对光与无线融合接入下的组网架构、接口设计、控管技术等方面展开研究。对此，本文综述了无线接入网络的架构演进及关键技术，并分析了光与无线协同中面临的挑战及问题。

1 无线接入网络架构的演进过程

随着移动互联网技术的高速发展，全球数据流量及用户规模持续上扬。根据《中国互联网发展状况统计报告》显示，截止到2020年12月，全国移动用户上网规模达到9.86亿，成为带动我国互联网产业发展的中坚力量[1]。国际上，根据Cisco VNI报告，预计至2022年全球移动数据流量将达到每年930 EB，相比于2017年增长7倍[2]。此外，2022年全球移动设备数量将突破120亿，其中5G设备占3%(约4.2亿)，平均每个5G设备单月将产生超过20 GB的移动流量。随着移动流量、用户数量、终端设备量的快速上涨，移动通信技术及网络架构也在不断演进。

随着用户需求的不断升级，未来移动通信网络将是面向差异化场景、多样化业务而构建的高性能网络，需在数据速率、传送时延、流量密度、连接数量以及能耗效益等方面进一步提升网络性能[3]。移动接入网络作为万物互联的最前端，负责将终端连接至核心网网关或边缘数据中心，在移动通信发展过程中扮演着至关重要的角色，发挥着关键的基础性支撑作用[4]。随着通信技术的迭代升级，以及接入侧需求的不断提升，移动接入网架构经历了从“分布式无线接入网(distributed radio access network，D-RAN)”到“集中式无线接入网(centralized radio access network，C-RAN)”，再到“下一代无线接入网(next-generation radio access network，NG-RAN)”三个发展阶段[5]。

1) 如图1所示，在D-RAN架构中，基带处理单元(BBU)和射频单元紧密耦合在一起，基站处理后的用户数据通过回传网络传输至核心网。在基站内部，天线与射频单元间通过短距离馈线实现连接。该架构在3G及4G时代被广泛应用。D-RAN架构的优势在于：系统实现及组网部署简单，且各基站配备专用处理器可独享处理资源，处理速度较快；该架构劣势在于：每个基站都需要独立的机房、冷却系统、监控系统、供电系统等，因此单基站的部署成本及能耗较高。此外，因地理位置的不同，各基站用户流量的波动规律不尽相同，但处于闲时状态的基站的处理资源无法共享给其它站点，进而使得D-RAN的整体资源效率较低。

图1 D-RAN架构示意图[5]Fig.1 Diagram of D-RAN architecture

2) 随着网络的演进与技术的发展，为克服D-RAN中存在的弊端，降低网络运维成本，C-RAN架构应运而生。如图2所示，在C-RAN架构中，BBU被从传统基站中剥离出来，多个基站的BBU被集中在一起形成BBU池。分布式部署的远端射频单元(RRU)与BBU之间通过光前传网络进行互联。该种架构在4G+时代及5G初期被广泛应用。C-RAN架构的优势在于：简化了基站结构，大大降低单站能耗与成本[6-7]；BBU的池化显著提升了基带处理资源的统计复用增益；适用于站点协同技术，可减少干扰、提升频谱效率。在C-RAN中，RRU处理后生成的I/Q采样信号被封装成CPRI帧，CPRI采用与负载无关的固定接口速率，其大小与基站天线数、无线频谱宽度成正相关[8-9]。C-RAN架构的劣势在于：前传网络面临严峻的带宽压力，且带宽需求随着天线规模以及无线频谱的不断拓宽而增加。此外，BBU中的时延敏感型功能(如HARQ、ARQ等)被部署在远端处理池中，很难满足5G的超低时延需求。综上所述，C-RAN架构存在严重的带宽与时延短板。

图2 C-RAN架构示意图[5]Fig.2 Diagram of C-RAN architecture

3) 为缓解C-RAN中的带宽及时延压力，增强网络的灵活性、可扩展性与快速部署性，同时满足5G业务的差异化、高性能承载需求，下一代无线接入网架构(NG-RAN)问世[10]。如图3所示，NG-RAN将BBU功能重新划分为分布式数据单元(DU)与集中式数据单元(CU)两个逻辑实体，其中低物理层功能被退回至基站侧，时延敏感型BBU功能划归于DU，而非时延敏感型BBU功能划归至CU中。此外，随着MIMO技术的引入，单基站配置的天线数量将达到上百根。为减少RRU与天线之间馈线接口的数量，将RRU与天线集成为AAU.AAU与DU之间通过前传网络互连，DU与CU之间通过中传网络互连，CU与CU之间及CU与核心网之间通过回传网络互连[11]。NG-RAN架构的优势在于：延续了C-RAN中的基带处理资源复用及站点协同等能力；通过功能分割，一方面可缓解前传带宽压力，另一方面可减少前传时延(即将DU靠近用户侧部署)；DU-CU的分离与按需部署可满足多元业务的差异化承载需求，有助于实现网络切片与云化。NG-RAN架构的劣势在于：由于低物理层功能被推回至基站侧，单站的系统复杂度与部署成本提升；BBU功能的分割与多级部署，增加了网络控管与资源调配的难度。综合来说，相比于D-RAN与C-RAN架构，NG-RAN的性能优势与技术特点，更适合未来移动通信技术的发展需求。为了更明晰表达，将三者的优劣对比列于表1.

图3 NG-RAN架构示意图[5]Fig.3 Diagram of NG-RAN architecture

表1 不同RAN架构的优势与劣势对比Table 1 Comparison of different RAN architectures

优性的无线接入网络架构是5G移动通信的构建基础，在此之上再设计引入先进的无线传输与光承载技术，便能从整体上提升5G通信的网络性能与服务质量。因此，下文分别针对无线接入与光承载技术进行讨论。

2 光与无线融合接入网络关键技术

无线接入技术为用户与基站之间提供了大容量、高效率的数据传输通道，是无线接入网络中的最前端。本节将针对大规模MIMO、毫米波通信等核心5G无线技术展开论述。

2.1 无线接入技术

2.1.1大规模MIMO技术[12]

多入多出(MIMO)技术，通过在收发端配置多根天线充分使用空间资源，这样一方面提供复用增益以增加频谱效率，另一方面提供分集增益以提高系统可靠性能。随着通信速率的不断增加，MIMO技术已然成为5G领域的主流技术。在4G系统中，基站一般配置较少的天线，因此MIMO技术的性能潜力并未被充分挖掘。针对上述问题，大规模MIMO(mMIMO)概念被提出。在mMIMO系统中，每个基站安装数百根天线，进而充分利用空间资源，能以相同时频资源服务多个用户。此外，mMIMO系统能构显著提升网络覆盖的灵活性，通过水平和垂直覆盖特性来提供不同场景下的覆盖。

2.1.2毫米波通信技术[13]

毫米波通过其超大频谱带宽的优势，将成为5G移动通信的重要技术选项。毫米波(mmWave)通信即为使用毫米波作为信息传输的载体(30 GHz～300 GHz)，具备大容量、窄波束、方向性好、干扰较少等优势。在5G网络部署规划中，低频段是实现广覆盖、高移动性通信应用的首要选择。但由于低频段频谱资源有限，mmWave将作为低频段5G通信的补充技术，可在热点区域提升系统容量。

2.1.3超密集组网[14]

为满足5G超大数据流量与超高用户速率需求，除了拓宽无线频谱和扩大天线规模，超密集组网(UDN)将是另一种有效解决方案。UDN与传统蜂窝网络的区别主要体现在于接入点(AP)的密度与类型两方面。一方面，UDN网络每平方千米包含数千个AP，而传统蜂窝网络最多包含3到5个基站。UDN网络中单个AP仅连接一个或少量的活跃用户，而传统蜂窝网络中单个基站同时容纳着数百甚至数千个活跃用户。另一方面，UDN网络中存在多种类型的AP站点，例如微蜂窝、中继站、AAU，甚至用户本身也可以作为一个AP，而传统蜂窝网络中宏基站是仅有的无线站点类型。此外，异构拓扑、不规则覆盖、宽频带、较低移动性及超高数据速率都是UDN区别于传统蜂窝网络的特点。然而，组网密集化会导致基站间的距离缩短以及网络拓扑的不规则化，进而引入小区间干扰。如何减少小区间干扰是密集组网方向需进一步解决的问题[15-16]。

2.2 高效光承载技术

光网络承担了基站与核心网之间长距离、大容量、低时延的数据传输任务，提供了端到端的刚性/柔性管道连接与大规模灵活组网能力，是无线接入网的核心组成部分。本节将针对5G前、中、回传的光承载技术展开论述。

2.2.1光纤直驱前传组网方案

光纤直驱的前传解决方案，即每个无线站点(AAU)都由独立的光纤链路连接到对应的DU.链路两端的光收发器同时进行电/光或光/电转换，将CPRI或eCPRI信号调制/解调到光载波上。光纤直驱方案的优势是实现相对简单，但劣势是所需的光纤部署成本较高。在5G时代，基站数量与单站前传带宽急剧攀升，因此该前传方案对于光纤的使用量将极为可观。因而，光纤直驱的前传组网方式只适用于光纤资源丰富的地区(例如密集城区)，而在相对资源匮乏的偏远地区则需另谋良方。

2.2.2TDM-PON前传组网方案

TDM-PON技术作为一种经济高效的移动前传解决方案受到广泛研究[17-19]。该方案中，每个AAU配置了一个光网络单元(ONU)，用户数据通过时分复用的方式共享同一光纤/波长资源。DU池中部署了一个光链路终端(OLT)，负责接收各ONU上传的数据进而递交给DU做处理。该方案另一项优势是简化了DU池所需的光接口。TDM-PON为DU提供单一接口，而其它方案(如光纤直驱)则需要与AAU数量一致的接口量，因此TDM-PON可以通过几个光接口连接数十甚至更多的AAU.

虽然TDM-PON可以作为前传网络的有效解决方案，但仍需解决两个问题，即DU与AAU之间的同步和时延。一般来说，TDM-PON系统运行需要OLT与ONU之间的准确同步，并且还需将TDM-PON系统与DU同步[20]。在时延层面，上行传输中各ONU需要先将待传输的数据量告知OLT(即Report，上报过程)，然后OLT计算出各ONU的上传起始时间与窗口宽度，并将该信息通过下行链路传输给各ONU(即Grant，授权过程)。上述过程即为PON中经典的动态带宽分配问题(DBA).该过程引入约1 ms的延迟，超过了前传时延要求(几百微妙)，因此需要进一步研究无线与光之间的联合调度机制来减少Report-Grant的耗时。文献[21]提出的Mobile-DBA(M-DBA)机制能够极大减少Report-Grant时延，但是需要无线基带单元与OLT之间的互通与协作，这一方面增加了局端设备设计的复杂度，另一方面对无线系统与光传输设备之间的同步性提出了更高的要求。文献[22]提出了基于预测的DBA方案同样可以减少Reoport-Grant时延，即将预测算法与传统DBA相结合，通过提前感知到网络中流量的变化情况，从而更早地做出系统响应，其中高精度的预测算法是其技术支点。

2.2.3有源WDM/OTN前传组网方案

通过在AAU与DU池安装WDM/OTN设备，使得不同用户数据可在网络中共享光传输资源(例如光纤、波长等)，同时OTN技术可提供管理与保护[23]。接入型WDM/OTN设备与无线设备间可采用灰光接口，WDM/OTN设备内部实现OTN承载、端口汇聚、彩光拉远等功能。该组网技术同样适用于中传网络承载。WDM/OTN具备WDM的大容量优势，并且还支持点对点、环网、mesh等多种拓扑结构形式的组网，可以显著提升网络的灵活性与可靠性。但是，该前传方案同样存在劣势：一方面，WDM/OTN设备昂贵导致网络部署成本高昂；另一方面，当前OTN技术相对复杂，会导致前传时延过大，因此需要进行简化。事实上，运营商对于在前传使用WDM/OTN技术并不热衷，而在中/回传使用的可能性相对较大。

2.2.4WDM-PON前传组网方案

WDM-PON由OLT、远端节点与光网络单元组成，并在DU池与AAU之间构建了基于波长的点对多点连接的网络[24]。CPRI或eCPRI信号以波长形式复用在同一光纤中，每个AAU配置一个ONU且占据独立的波长信道(各ONU波长可调谐)，使得波长容量被充分利用的同时，ONU间的干扰也被大幅削减。远端节点的阵列波导光栅(AWG)实现对多波长的耦合与解耦。WDM-PON中可以提供专用的控制信道，从而使得OLT可对各ONU进行控制调度。由于波分复用的优势，相比于光纤直驱方案可以显著减少光纤消耗；相比于TDM-PON方案可以显著提升网络容量，减少前传时延。但WDM-PON中各波长的带宽效率相对较低，且网络中存在大量波长可调谐的收发模块，网络部署成本较高。

2.2.5无源/半有源WDM前传组网方案

该方案同样采用WDM技术，但其实现的复杂度比WDM-PON低。通过在AAU与DU中安装10G/25G的彩光模块，并结合无源的合、分波器实现波分复用的功能。根据采用的波分粒度，该方案可以细分为无源粗波分(CWDM)与无源密集波分(DWDM)方案。其中，CWDM不支持光放大，而DWDM支持光放大可用于传输距离较长的线路段。相比于光纤直驱，该方案能显著减少光纤消耗，相比于TDM-PON前传组网，该方案能显著提升系统容量，并且减少前传时延(时延只受光纤传输距离影响)；对比WDM-PON前传组网，该方案可显著减少网络部署成本，但是其缺乏控制调度能力，因此灵活性方面不如WDM-PON；此外，由于无源WDM方案由纯光路器件构成，因此在网络发生故障后很难确定故障源。

针对无源WDM方案中存在的问题，可进一步将其演进为半有源WDM前传方案，该方案在AAU侧安装彩光模块(各AAU光模块波长均不同)及无源合/分波器，在DU 侧安装有源波分复用设备，该设备客户侧通过灰光或彩光模块与DU对接，线路侧集成了合/分波器与AAU侧无源合/分波器通过光纤对接。DU侧有源WDM设备可控制AAU中的彩光模块，包括查询、配置等功能。

2.2.6Radio-over-Ethernet(RoE)前传方案

使用以太网承载前传传输是非常经济的解决方案，因为可以充分利用现有的以太网接口与交换设备。以太网具有多项优势，包括统计复用特性、数据速率易于升级、可用性广泛、设备成本较低以及扩展便捷。但是，RoE必须解决将无线信号封装成Ethernet帧进行传输的问题，同时须兼顾严格的时延与抖动需求，尤其是时延抖动，因为引入以太网交换可能会放大抖动问题，进而加剧了延迟的不确定性。针对上述问题，确定性传输的研究正如火如荼地展开，例如时延敏网络技术(TSN)[25].TSN技术采用全局时间同步、资源预约、时间感知整形等机制，对流量传输的确定性进行保证，从而使得关键性流量不会因为拥塞而丢包，延时有确定上限。

2.2.7OTN中/回传组网方案

移动接入网络通过基站将用户设备连接至核心网，完成移动业务的鉴权、认证以及连接互联网的功能。核心网与基站之间的承载网络即回传网络。3G时代回传网络指NodeB与RNC之间的承载网络，4G时代回传网络承载eNodeB与EPC之间的数据传输。目前对于基站业务的承载方式主要有三种方式：MSTP、PTN与IP RAN[26].然而，5G与3G/4G的不同在于，5G引入了全新的业务场景。此外，在5G网络中，BBU功能的分割以及核心网用户面功能的下沉都对传输网提出了新的挑战，仅通过对传统传输网络进行升级扩容是不够的。因此，如何构建高效的中传与回传网络，是目前产业界与学术界关注的重点问题。

随着OTN融合了分组交换的能力，从而可满足5G承载需求。一方面，借助OTN内的高效帧处理能力(包括封帧、压缩等)，进而满足DU传输连接中时延敏感型功能的实现需求。对于DU-CU间数据传输而言，OTN可提供低时延与大带宽的连接，保证了高层基带功能处理的实效性与可靠性。另一方面，通过集成WDM能力不仅延伸了数据的传输距离，而且各段链路上的承载带宽还可按需扩容，进而满足100 G、200 G及400 G的传输速率需求。此外，为提升中/回传组网的灵活性，还需考虑增强路由转发功能。

对于前传网络而言，建网成本、承载性能(容量、时延等)、控制调度能力是其关注重点，因此相比于其它前传方案，半有源WDM方案具有更佳的应用潜力；对于中传网络而言，数据交换、资源复用、组网灵活性、OAM(操作维护管理，operation administration and maintenance)等方面是其关注重点，因此轻量级的OTN技术具有较大的应用潜力。

2.3 前/中传接口技术

为实现高效的设备连接与数据传输，数字化的接口设计也是无线接入网中的关键一环。本节将针对5G前、中传接口技术展开讨论。

2.3.1eCPRI前传接口技术

为克服CPRI存在的缺陷并满足5G需求，eCPRI协议规范被提出[27-28]。eCPRI是基于包的前传接口规范，使得接口速率与实际负载相挂钩，从而提升了传输效率。eCPRI对传送、连接、控制方面进行了规范定义，分别面向用户平面、控制与管理平面以及同步平面。为了降低带宽开销，eCPRI规范基于功能分割策略，将分割点定位于物理层内，并提出了几种参考分割点。通过引入功能分割，使得前传数据由传统的I/Q采样信号转变为调制符号等，极大地缩减前传带宽需求。eCPRI接口在5G前传需求的指引下将提供更高的接口效率(即负载相关)。对比CPRI接口规范，eCPRI可提供以下技术优势：分割点能提供10余倍的带宽缩减；所需带宽可随流量变化灵活分配；支持使用以太网之类的主流传输技术，eCPRI流量与其它流量可同时承载于同一交换网络之上；该接口属于实时流量接口，支持运用高效的协作算法来优化无线性能。

2.3.2NGFI前传接口技术

IEEE 1914.1定义了NGFI前传接口[29]。与eCPRI类似，NGFI是基于包的接口规范，并且重新定义了DU 和AAU 间的功能形态。NGFI具备如下技术特征：提供与负载相关、天线无关的数据速率、在AAU与BBU间提供“一对多”的灵活映射。NGFI接口逻辑上可分为数据层、数据适配层与物理承载层。其中，数据层包含各类无线技术相关的用户面数据、控制面数据等；数据适配层为不同需求的无线数据与底层传输网络之间提供了较好的特性匹配；物理承载层涵盖当前主流的传送网技术，如PTN，PON及WDM等。相比于NGFI接口技术，eCPRI是由工业合作组织提出，并继承改进了先前CPRI接口的设计思想，因此具备更好的工业应用基础，在5G时代的应用潜力更大。

2.3.3F1中传接口技术

3GPP定义的F1接口是DU与CU之间的接口，负责CU控制面/CU用户面与DU之间的数据封装与传输[30]。F1是一个开放性接口，在逻辑上支持点对点的连接，并且支持UE相关信息和非UE相关信息的交换。F1接口技术保持不断更新，以满足未来不同的需求，支持新的业务类型与功能。在控制面，F1接口包含接口管理，系统信息管理、UE上下文管理、RRC消息转发、寻呼、 告警信息转发等功能；在用户面，F1接口包含用户数据转发、面向DU的流控制等功能。

2.4 资源抽象与控制管理技术

上文主要围绕5G数据平面技术展开论述，本节将针对控制面的关键技术进行讨论分析。

2.4.1网络功能虚拟化技术

网络功能虚拟化(NFV)的基本实现思路是实现软硬件解耦，即通过虚拟化技术将通用硬件设备解构为多种虚拟资源，从而保证对上层应用的按需、快速的资源供给[31]。NFV架构包括：NFV设施层、虚拟网络功能层、NFV管理与编排层，以及OSS/BSS层。其中，NFV设施层囊括了计算、存储、网络方面的物理硬件、以及将物理硬件与操作系统分开的虚拟机超级管理员(Hypervisor)；虚拟网络功能层包含软件化后的网元；管理与编排层实现对基础资源的统一控管调度。

2.4.2软件定义网络技术

软件定义网络(SDN)是指通过分层的思想将网络控制面与数据面分离并集中化控制面，从而实现对网络设备的统一控制[32-33]。SDN通过集中控制可以掌控全网信息，并进行全局的网络优化与资源配置。此外，通过开放南北向接口，贯通上层应用与物理网络，从而可根据当前网络状态进行高效合理的业务部署，同时还可监控业务运行中的资源使用情况与性能。基于SDN技术，可以实现对光与无线融合网络的高效控管与统一资源调度，从而适应业务部署的发展需求，降低网络整体部署/运维成本，满足5G时代多元化、高质量的业务需求。

2.5 网络切片技术

在5G时代，移动通信技术将成为社会数字化发展的催化剂，众多垂直行业将完成数字化转型，例如工业 4.0，中国制造2025等产业布局。因此，VR/AR、智能驾驶等垂直行业衍生的多种新型业务将迅速崛起，因此业务需求差异化是5G时代的重要特点。为实现对各类业务的定制化网络承载，网络切片作为5G关键技术应运而生。网络切片将以逻辑专网的形式服务各行业，各类型业务共享基础物理网络，进而减少建网成本、全面提升网络运作效率。

网络切片本质上即为某业务定制化出一张虚拟承载网络，可以满足该业务的各项技术指标需求。业界共识的切片生成步骤如图4所示，首先，根据用户需求生成对应的虚拟网络，即将数字化的用户指标转化为相应的网络拓扑及资源需求；其次，将生成的虚拟网络映射到物理网络之上，并在之后根据用户需求变换调整切片资源配置与网络结构[34]。

图4 网络切片生成过程示意图[34]Fig.4 Illustration of establishing the network slicing

目前网络切片技术的研究主要针对无线或光等单一技术维度，而未来5G无线接入网络将是一个面向无线、光以及计算协同的融合型网络。因此如何构建端到端的网络切片是未来研究的重要发力点。此外，从本质而言，切片的形成是以虚拟网络为基础，因此大部分RAN切片工作热衷讨论“切片虚拟网络映射”问题，而“虚拟网络设计”的研究仍相对空白。因此，如何针对业务需求设计切片虚拟网络是未来的重要研究趋势，且是切片概念的生命力所在。

3 光与无线融合面临的重要挑战及关键问题

无线接入网络正逐步演进为一种融合型网络，表现为用户的无线接入与数据的光传送相融合[35-36]。网络资源也由单一性向多元化发展，呈现出无线传输、基带处理及光传输等多维资源共存的形态。在光与无线融合组网下，多种资源形式交织并存，而传统网络中各维资源的调度方式却相对僵化与独立，从而使得异构资源间的适配及利用效率严重不足，并进一步影响网络成本/能耗效益。因此，如何协同多维资源、优化网络性能是光与无线融合网络中的重要难题，具体表现为下述两项重大挑战。

1) 挑战一：如何实现无线与光传输资源间的高效协同。目前的移动接入网络中呈现出多元异构资源共存的形式，无线传输(天线、RB等资源)与光传输(波长)资源两者既相互独立又相互依存。然而，上述资源之间的物理属性存在差别，从而造成两种资源适配时效率较低，进而影响网络容量与服务性能。另一方面，现网中各维资源调度模式相对独立且僵化，这便造成了无线与光资源的整体利用率严重不足，并且随着DU-CU侧与AAU侧都向着云化的趋势发展，进一步加剧了资源统一调配的实现难度。因此，如何打破异构资源之间的物理约束、联合调度多维资源，实现无线接入与光传送之间的高效协同，是移动接入网络面临的一项重要挑战。

2) 挑战二：如何协调无线基带功能部署与光传送间的矛盾关系。移动接入网络中存在基带处理集中化与光传输带宽优化这一对矛盾，集中化处理会导致光传输带宽需求急剧增加，而边缘化的处理又会导致需要建设/启用过多机房，因而该矛盾严重制约了网络成本/能耗效益的提升，已然成为了运营商的一大痛点。此外，面对大带宽、低时延以及多连接等业务的持续涌入，传统“一刀切”的网络承载模式已然不适用，而差异化的承载又将导致基带处理与光波长资源联合调度的难度进一步加大。因此，如何克服上述难点，解决基带处理与光传送间的矛盾，从而降低网络成本/能耗，是移动接入网络面临的又一项重要挑战。

为应对上述挑战，需要聚焦解决“无线与光传输资源间的高效协同”与“无线基带处理与光传输资源的联合配置”两项基础性问题。具体表现为：1) 要实现无线传输与光传输资源的高效协同，需要设计更为优性的异构资源适配机制、以及弹性的光带宽分配策略，使无线接入与光传送两端资源调度具备更大的灵活性。2) 要实现无线基带处理与光传输资源的联合配置，需构建面向基带处理与光传送的统一资源模型、设计高效协同的基带功能部署与光路配置策略，综合考虑业务路由、时延调控、处理池选择、波长与带宽分配等问题，从而促进无线接入/处理与光传送的深度融合与协同优化。

针对上述挑战，本研究团队开展了以下三方面：

1) 面向大规模MIMO波束赋形的光与无线传输资源优化研究(应对挑战一)[37]。针对大规模MIMO系统与光网络相结合中存在的异构资源协同与传输可靠性问题，首先提出一种灵活弹性的前传网络架构，该架构能够支持各天线阵元与光网络单元间的弹性映射与灵活切换，满足RRU与DU之间的灵活连接与波长调度需求，从而显著提升网络的故障抗性；其次，基于上述前传架构，提出一种面向无线天线、无线资源块(Resource Block)、及光波长的联合资源优化策略，从而以少量无线资源代价显著减少光带宽需求。

2) 基于灵活分割的基带功能部署与光传送机制研究(应对挑战二)[5]。针对无线接入网中基带处理集中化与传输带宽优化这一对矛盾问题，提出一种基于细粒度分割的基带功能灵活部署机制。该机制将传统BBU重新划分为更细粒度的功能单元(flexible unit，FU)，通过建立面向光传输与无线基带处理的统一资源模型，设计灵活高效的FU部署策略，旨在减少网络中启用的处理池数(即集中化)与光带宽需求。研究结果显示，对比于C-RAN与NG-RAN，细粒度分割可显著提升基带处理的集中增益，并且减少光带宽消耗。

3) 高能效的基带功能部署与光路配置策略研究(应对挑战二)[38]。针对多业务使能的NG-RAN能耗优化问题，提出一种高能效的DU-CU部署与光路配置策略，通过建立面向光传输及功能处理的统一能耗模型，决策各业务的DU-CU部署位置与光路配置方法，实现传输/处理设备的按需启用，从而减少网络中的传输与处理能耗投入。

基于上述解决方案，可实现多元化异构资源的协同调配，进而从整体上提升网络的资源效率、降低网络部署成本/能耗，契合5G时代的大数据与绿色环保需求，最终提升业务服务质量与用户体验。另一方面，随着6G预研工作的展开，未来移动网络将逐步演进为通信、计算与感知等多维一体的网络形态，主打开放智能的空天地海一体化网络生态，追求廉价、极速的服务体验[39]。为实现上述愿景，光与无线融合的程度将进一步加深，需在网络容量、综合资源效率、系统成本等方面进一步优化，并协同云/边计算、人工智能、太赫兹等优势技术，全力推动泛在智能化信息社会的建立。

4 结束语

为满足5G时代不断增长的用户带宽需求，适应全新业务的发展趋势，全面提升网络性能，RAN正逐步演进为一种融合型网络，表现为用户的无线接入与数据的光传输相融合。基于此，本文重点对RAN架构演进趋势、无线接入、光承载、前/中传接口、控管架构、网络切片等关键技术进行了梳理，并就其中的潜在研究方向进行了讨论分析。最后，本文就光与无线融合中存在的重要挑战及解决思路进行了深入剖析。