NG-RAN系統(tǒng)架構(gòu)和部署問題

付秀花

【摘要】??? 從系統(tǒng)部署的角度，分析了從分布式無線接入網(wǎng)（D-RAN）到集中式RAN（C-RAN）的發(fā)展，重點介紹了5G無線接入系統(tǒng)架構(gòu)（NG-RAN），提出了NG-RAN系統(tǒng)部署關(guān)鍵問題。

【關(guān)鍵詞】??? 基站系統(tǒng)??? 射頻拉遠單元（RRU）??? 下一代無線接入網(wǎng)（NG-RAN）

一、 移動通信基站功能和系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展

移動通信基站主要提供無線電信號發(fā)射和接收，實現(xiàn)用戶的移動無線通信。傳統(tǒng)移動通信基站系統(tǒng)主要包括基帶處理單元（BBU）、射頻單元（RRU）、天線，實現(xiàn)基帶處理和射頻處理分離。在1G/2G中，RRU和BBU都放置在機房的機柜中。3G中RRU和BBU分離，RRU放置在離天線更近的地方，稱為分布式無線接入網(wǎng)（D-RAN）架構(gòu)。隨著4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和發(fā)展，D-RAN逐漸向集中式無線接入網(wǎng)（C-RAN）架構(gòu)演進[1]。C-RAN中，許多BBU集中放置在匯聚機房中，形成一個BBU基帶池。這種架構(gòu)帶來兩大直接好處。一是減少基站機房建設(shè)數(shù)量和能源消耗，極大降低建設(shè)和運營成本。二是可以進行虛擬化操作和管理，便于資源統(tǒng)一調(diào)度和小區(qū)間協(xié)作傳輸。

二、5G無線接入系統(tǒng)架構(gòu)

隨著5G以及虛擬化技術(shù)的發(fā)展，提出AAU+DU+CU的無線接入系統(tǒng)架構(gòu)[2]。在5G無線接入網(wǎng)（NG-RAN）中，對傳統(tǒng)BBU功能進行二次拆分。第一次把BBU物理層的低層功能拆分出來，包括層映射、資源映射、資源塊映射等，這些功能和傳統(tǒng)RRU射頻功能一塊集成到天線系統(tǒng)中，稱為一體化有源天線單元（AAU）。不僅大大減少了前傳鏈路流量，還避免了饋線傳輸帶來的信號衰落。第二次把BBU拆分為分布式單元（DU）和集中式單元（CU）兩部分，DU包括物理層高層功能、MAC、RLC三層協(xié)議功能，CU包括PDCP、RRC兩層協(xié)議功能。CU通過回傳鏈路接入5GC，DU通過前傳鏈路連接AAU，二者之間接口升級為eCPRI。由于CU和DU分離，引入了一條新的鏈路，稱為中傳鏈路，接口定義為F1。CU可部署在綜合接入機房中，基于通用IT硬件平臺進行軟件定制開發(fā)，并實現(xiàn)基于云平臺的虛擬化開發(fā)和管理。一個CU可管理幾個甚至幾十個DU。DU分布式部署在AAU附近，也可以多個DU放置到傳輸設(shè)備機房中，通過光纖拉遠連接到AAU，使DU更靠近用戶。如圖1所示。

NG-RAN是一次顛覆性創(chuàng)新，可以滿足5G多種需求。首先，物理層部分功能下沉到AAU，有效降低了前傳帶寬需求。其次，大部分小區(qū)間移動性管理和切換信息只需要走到CU，降低了核心網(wǎng)信令開銷和復雜度。進一步，CU可基于NFV架構(gòu)實現(xiàn)，通過網(wǎng)絡(luò)切片，滿足不同網(wǎng)絡(luò)場景的功能和性能需求，支持更加靈活地網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)部署。

三、NG-RAN系統(tǒng)部署關(guān)鍵問題

NG-RAN真正在5G中部署實現(xiàn)，還需要解決一系列關(guān)鍵問題。

（1）前傳鏈路帶寬問題。相比4G LTE，5G傳輸速率有幾十倍甚至上百倍的提升，目前的前傳鏈路難以滿足需求?？梢酝ㄟ^多種措施共同解決這個問題。一是開發(fā)更高速率的光模塊，降低開發(fā)成本;二是采用更高壓縮比的傳輸技術(shù)，降低前傳流量;三是開發(fā)eCPRI接口，明確劃分AAU和DU/CU的功能。

（2）超密集組網(wǎng)（UDN）間協(xié)作問題。5G中各種形式的宏基站、微基站、皮飛站等將共同為用戶提供5G通信服務(wù)，超密集基站重疊覆蓋程度高。5G支持非獨立組網(wǎng)（NSA），其他制式的無線網(wǎng)絡(luò)可以接入5G CU，和5G實現(xiàn)互聯(lián)互通。這就要求在CU中引入多小區(qū)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間無線空口資源的聯(lián)合調(diào)度和分配機制，進行無線頻譜分配和功率分配，實現(xiàn)頻譜效率和能量效率最大化。同時，由于5G時延的高要求，CU無線資源聯(lián)合管理（RRM）需要保證快速高效。

（3）CU功能切片問題。CU主要處理非實時無線高層協(xié)議以及無線資源管理功能，適合用NFV架構(gòu)實現(xiàn)。在此前提下，還要實現(xiàn)CU功能切片，進而實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)端到端切片。CU切片需要解決的問題包括控制面和用戶面劃分、開發(fā)支持不同網(wǎng)絡(luò)場景和應(yīng)用的CU切片功能、實現(xiàn)不同切片的安全隔離等。

（4）DU和CU部署問題。由于前傳鏈路能力不同，以及5G建網(wǎng)和對已有機房共用方案的不同等，DU和CU的物理部署可能會呈現(xiàn)多種形態(tài)?？梢允荄U和CU都放在4G基站機房，也可以是DU采用完全分布式方式或多個DU放置在傳輸設(shè)備機房中，而CU集中放置在運營商更高一級的綜合接入機房中。未來5G無線接入網(wǎng)絡(luò)的部署將根據(jù)具體情況及需求呈現(xiàn)多種形態(tài)。

參? 考? 文? 獻

[1]高勇.面向LTE系統(tǒng)C-RAN集中式基帶池建設(shè)策略研究[J].中國新通信，2017，19（17）：158.

[2]呂婷，曹亙，張濤，李軼群.5G基站架構(gòu)及部署策略[J].移動通信，2018，42（11）：72-77+83.