5G NR 網(wǎng)絡(luò)下CU、DU 架構(gòu)以及部署

黨麗莉 咸陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院

一、5G 業(yè)務(wù)場景分析

在增強(qiáng)移動寬帶網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的傳輸容量有大幅度的提高；在實(shí)時性方面需要考慮ms 量級的時延需求。如果采用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一方面不利于數(shù)據(jù)的集中處理；另一方面不利于網(wǎng)絡(luò)虛擬化，無法適應(yīng)不同無線接入技術(shù)的信號處理。

大規(guī)模機(jī)器通信連接業(yè)務(wù)特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)量少，數(shù)量多，覆蓋距離可大可小，實(shí)時性要求不高等。對于傳感器類的MTC 要求1 百萬連接數(shù)/平方公里，如此巨大的數(shù)目需要設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)降低成本。

對于低時延高可靠類業(yè)務(wù)，可靠性和實(shí)時性是主要的技術(shù)需求，低時延小于1ms，超可靠至少低于誤包率＜10-4。高速移動場景，需要保證在速度為300 km/h 時能提供上行20 Mbps 的傳輸速率。

二、5G RAN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G 接入網(wǎng)由CU、DU 等多個邏輯功能組成，功能切分為CU-C、CU-U、DU。

CU-U/CU-C 承載非實(shí)時功能，可運(yùn)行在通用處理器上，適合實(shí)現(xiàn)軟件和硬件解耦；在部署上可不依賴硬件形態(tài)，即CU-C/CU-U 可以部署在通用設(shè)備上，也可部署在專用設(shè)備上；

DU 主要承載實(shí)時處理功能，由于對時延非常敏感，涉及大量的調(diào)度、調(diào)制解調(diào)和編解碼等處理，需要專用處理的硬件來保證空口性能不下降。DU 需要部署在專用硬件上。

在CU-C/CU-U 和DU 分離部署的場景下，F(xiàn)1 接口和Xn接口產(chǎn)生的時延會直接影響網(wǎng)絡(luò)的性能。

DU 的實(shí)時功能，和空口時延直接相關(guān)，DU 靠近空口部署；當(dāng)然，也可以部署到CO 機(jī)房。CU-C/CU-U 主要包括非實(shí)時功能，其部署位置比較靈活；如果業(yè)務(wù)對于端到端的時延要求高，可以靠近空口部署, 如URLLC 類業(yè)務(wù)。

一個gNB 包括一個CU-C 加上若干個CU-U 再加上若干個DU，也就是CU-C 與CU-U 是一對多的關(guān)系，CU-C 與DU 也是一對多的關(guān)系，而CU-U 與DU 是多對多的關(guān)系。CU 分為控制面 CU-C 和用戶面CU-U，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行按需靈活部署。

CU-C 完成信令面的處理,其中包括RRC 層的處理、RRM 無線資源的管理、NG-C 接口、XN-C 接口的處理，適合采用通用處理器完成。CU-U 完成PDCP 功能以及NG-UXN-U 包轉(zhuǎn)發(fā)處理，可以采用通用處理器也可以采用專用處理器。

DU 需要提供實(shí)時功能的處理能力，其主要包含RLC 層，MAC層以及PHY 層功能，需要使用專用設(shè)備。同時還負(fù)責(zé)功率控制、調(diào)度、準(zhǔn)入控制、協(xié)同控制、載波聚合等實(shí)時算法的實(shí)現(xiàn)， MIMO 方式選擇以及天線單元管理。

若干個DU 實(shí)例可以連接于一個CU-U 實(shí)例。因此一個CU-U實(shí)例可以對應(yīng)于多個DU，即負(fù)責(zé)多個系統(tǒng)區(qū)域中用戶的數(shù)據(jù)收發(fā)。一個用戶可以在CU-U 包含的小區(qū)中自由移動而無須進(jìn)行NG 或者Xn 切換。每一個CU-C 實(shí)例可以處理若干個DU 實(shí)例。這樣，CU-C 就可以將整片區(qū)域視為同一個區(qū)域。

本文提出一種根據(jù)實(shí)體功能處理單元給出的CU、DU 軟硬件部署架構(gòu)：CU-C 獨(dú)立部署在一個X86 服務(wù)器或者刀片服務(wù)器上，采用NFV 虛擬化技術(shù)，CU 采用VFN（虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能）方式進(jìn)行部署，CU-U 可以與CU-C 部署在一起，也可以獨(dú)立進(jìn)行部署，采用虛擬化技術(shù)可以將多個服務(wù)器，劃分成一個或者多個虛擬機(jī)，實(shí)體機(jī)服務(wù)器與虛擬機(jī)資源并非一一對應(yīng)關(guān)系。一個CU 是由多個虛擬機(jī)構(gòu)成，而一個虛擬機(jī)可以由多個服務(wù)器組成。

三、業(yè)務(wù)應(yīng)用場景網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

5G三大業(yè)務(wù)場景，業(yè)務(wù)訴求差異大。根據(jù)每種業(yè)務(wù)的特征和需求，無線網(wǎng)絡(luò)接入功能可以進(jìn)行按需靈活部署，以滿足業(yè)務(wù)的時延、帶寬、大連接等需求，并達(dá)到最大的資源使用效率。

以下對三種應(yīng)用場景分別進(jìn)行分析，對不同業(yè)務(wù)場景的網(wǎng)絡(luò)部署和分布給出意見。

對于eMBB 業(yè)務(wù)，在多連接場景下，不同的連接可能對應(yīng)不同的接入技術(shù)和頻段，一個連接負(fù)責(zé)覆蓋，一個連接負(fù)責(zé)容量提升容量，實(shí)現(xiàn)覆蓋和數(shù)據(jù)的理想結(jié)合。

對于eMBB 業(yè)務(wù)，CU 和DU 的分離架構(gòu)，這樣與CU 連接的多個DU 可以獨(dú)立處理物理層以及RLC 相關(guān)信息，同時一個CU 可以處理多個連接的非實(shí)時信息。

對于mMTC 物聯(lián)網(wǎng)的海量連接場景下：由CU 集中管控，多個DU、RRU 連接到一個CU。機(jī)器通信的實(shí)時性要求不高，可以將CU和核心網(wǎng)進(jìn)行共平臺部署，減少無線網(wǎng)和核心網(wǎng)的信令的交互，減少機(jī)房的數(shù)量。

隨著國內(nèi)5G 運(yùn)營牌照的發(fā)放以及研究的進(jìn)展，5G 相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)將逐漸明確，期待不久的將來，隨著5G 垂直行業(yè)應(yīng)用市場的蓬勃發(fā)展，會有更多更豐富的應(yīng)用場景誕生。