NR中集中式網(wǎng)元和分布式網(wǎng)元架構(gòu)現(xiàn)狀與進(jìn)展

（中興通訊股份有限公司，廣東 深圳 518057）

(ZTE Corporation, Shenzhen 518057, China)

為了應(yīng)對未來劇烈的移動數(shù)據(jù)流量增長、海量的通信設(shè)備連接和不斷涌現(xiàn)的新業(yè)務(wù)新場景，下一代通信技術(shù)新空口（NR）應(yīng)運(yùn)而生。無線接入網(wǎng)不僅是通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，還是用戶設(shè)備（UE）和核心網(wǎng)之間的重要紐帶?；鞠到y(tǒng)是無線接入網(wǎng)的最主要部分，可謂是重中之重。在傳統(tǒng)的長期演進(jìn)（LTE）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，基站被分成了室內(nèi)基帶處理單元（BBU）、射頻拉遠(yuǎn)單元（RRU）和天線共3個(gè)模塊。其中，BBU主要負(fù)責(zé)基帶處理，RRU主要負(fù)責(zé)射頻處理。每個(gè)基站都有一套BBU，并通過BBU與核心網(wǎng)相連。在NR網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，基站進(jìn)行了重構(gòu)，其中，BBU的一部分物理層處理功能下沉到了RRU，而RRU和天線一起做成了新的實(shí)體，即動態(tài)天線單元（AAU）[1]。剩余的BBU則被拆分成了2種實(shí)體，即集中式網(wǎng)元（CU）和分布式網(wǎng)元（DU）。本文中，我們將要重點(diǎn)討論CU-DU分離的特性和場景。

1 高層分割方案

1.1 高層分割方案選擇

在實(shí)際部署中，存在著多種從高傳輸時(shí)延到低傳輸時(shí)延的傳輸網(wǎng)絡(luò)。為了兼顧這些不同的傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多供應(yīng)商之間的協(xié)同操作，時(shí)延敏感度低的網(wǎng)絡(luò)功能被放在了CU側(cè)，時(shí)延敏感度高的功能則被放在DU側(cè)。對于時(shí)延敏感度高的網(wǎng)絡(luò)來說，高層分割方案是比較適合的；而對于時(shí)延敏感度低的網(wǎng)絡(luò)來說，底層分割方案則更加合適。圖1展示了CU-DU分離的幾種方案，其中，方案1—5是高層分割方案的場景，方案6—8是底層分割方案的場景。

在5G無線接入網(wǎng)架構(gòu)中，如何進(jìn)行功能分割取決于能否為用戶服務(wù)提供良好的性能。第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）決議針對高層分割方案（方案2或方案3）制訂一套獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)。其中，方案2被選為最終方案，原因是方案2比方案3有更大的吞吐量和更低的時(shí)延限制。在此種方案中，把對實(shí)時(shí)性要求較高的物理層（PHY）、媒體接入控制（MAC）和無線鏈路控制（RLC）放在DU上處理，有利于信息的及時(shí)處理和傳輸；而把對實(shí)時(shí)性要求較低的分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）和無線資源控制（RRC）放在CU上處理，便于CU發(fā)揮統(tǒng)一調(diào)度的功能。

1.2 高層分割方案評估

為了評估不同的高層分割方案（方案2或方案3），針對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斂刂茀f(xié)議（TCP）吞吐量效率，我們仿真并對比了高層分割方案2和方案3的性能。

對于方案2，RRC和PDCP位于CU；DU包括RLC、MAC、PHY和射頻單元。對于方案3，底層RLC（RLC的部分功能，主要包括分段相關(guān)的功能）、MAC、PHY和射頻單元在DU中；RRC、PDCP和高層 RLC （RLC的另一個(gè)部分功能，主要包括自動重發(fā)請求（ARQ）相關(guān)功能）位于CU。

對于方案3，由于ARQ功能位于CU中，RLC重傳會引入更多的CU和DU接口上的時(shí)延，包括接口上RLC狀態(tài)報(bào)告的時(shí)延和RLC數(shù)據(jù)重傳的時(shí)延。相關(guān)時(shí)延的增加會對TCP吞吐量產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。

▲圖1 集中式網(wǎng)元和分布式網(wǎng)元之間的功能劃分 [2]

不考慮TCP慢啟動階段，針對高層分割方案2和方案3，在考慮不同空口質(zhì)量對應(yīng)的RLC 誤塊率（BLER）條件下，TCP吞吐量效率仿真結(jié)果如圖2所示。導(dǎo)致TCP吞吐量差異的主要原因是RLC ARQ在方案2和方案3中位于不同的位置（方案2中位于DU，方案3中位于CU）。對于方案2和方案3，當(dāng)RLC BLER為0%時(shí)，空口數(shù)據(jù)不會丟失，RLC數(shù)據(jù)不需要重傳，RLC ARQ位于不同的位置對TCP吞吐量沒有影響。我們對不同CU和DU之間接口時(shí)延進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)RLC BLER 為0%時(shí)，對應(yīng)的TCP吞吐量的效率設(shè)置為1，然后仿真并給出其他RLC BLER條件下的TCP吞吐量效率。根據(jù)仿真結(jié)果可以看出，隨著CU和DU之間接口時(shí)延的增加，TCP吞吐量效率會降低。而方案3中由于ARQ位于CU，重傳數(shù)據(jù)增加了額外的CU和DU之間的時(shí)延（包括接口上RLC狀態(tài)報(bào)告的時(shí)延和RLC數(shù)據(jù)重傳的時(shí)延），從而導(dǎo)致TCP吞吐量效率比方案2更低。

慢啟動是TCP擁塞控制策略的一部分。在慢啟動階段，TCP發(fā)送窗口首先是按照指數(shù)增長，一旦達(dá)到慢啟動閾值，TCP發(fā)送窗口大小就會從指數(shù)增長變?yōu)榫€性增長（擁塞避免）。如果TCP服務(wù)時(shí)間很短的話，那么慢啟動階段對于整個(gè)傳輸時(shí)間的占比則不能忽略。例如，如果使用100 MB文件大小和1 GB文件大小這樣的文件傳輸協(xié)議（FTP）流量模型，TCP慢啟動對100 MB文件下載的性能影響更大，這是因?yàn)槠渌柘螺d時(shí)間更短。圖3中的仿真結(jié)果表明，考慮到TCP慢啟動效應(yīng)（初始TCP慢啟動閾值設(shè)置為65 535），對于短時(shí)間TCP服務(wù)，方案2的性能明顯優(yōu)于方案3。

從以上仿真可以看出，高層分割方案3引入了額外的RLC重傳時(shí)延。這種額外的時(shí)延可能會對TCP吞吐量產(chǎn)生負(fù)面影響，特別是當(dāng)考慮到TCP慢啟動效應(yīng)的短時(shí)TCP服務(wù)時(shí)，這種負(fù)面影響更加明顯。與高層分割方案3相比，高層分割方案2提供了更好的性能。

2 CU-DU分離整體架構(gòu)

如圖4所示[3]，下一代無線接入網(wǎng)（NG-RAN），會采用5G基站（gNB）作為主要節(jié)點(diǎn)。gNB通過NG接口連接到5G核心網(wǎng)，同時(shí)gNB之間通過Xn接口相連。在分離的場景下，一個(gè)gNB可以包含一個(gè)gNB-CU和一個(gè)或多個(gè)gNB-DU。gNB-CU和gNB-DU之間的接口被命名為F1接口。與gNB相關(guān)的NG接口和Xn接口都終結(jié)于gNB-CU。一個(gè)gNB-CU可以同時(shí)連接多個(gè)gNB-DU（所連接gNB-DU的最大數(shù)量取決于具體實(shí)現(xiàn)情況）。

在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，同一個(gè)gNBDU原則上只能連接一個(gè)gNB-CU；然而通過恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ粋€(gè)gNB-DU也可以連接多個(gè)gNB-CU。同時(shí)，一個(gè)gNB-DU可以支持一個(gè)或多個(gè)小區(qū)。gNB的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對核心網(wǎng)和其他無線接入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)是不可見的。對于核心網(wǎng)和其他gNB來說，gNB-CU和它所連接的gNB-DU被視為一個(gè)整體，即一個(gè)單獨(dú)的gNB。通過以上分析，可以得到gNB-CU和gNB-DU的如下定義：

gNB-CU是一個(gè)包含RRC、服務(wù)數(shù)據(jù)適應(yīng)協(xié)議層（SDAP）和PDCP，并控制一個(gè)或多個(gè)gNB-DU行為的邏輯節(jié)點(diǎn)。gNB-CU通過F1接口和gNB-DU相連。

▲圖3 方案2和方案3中TCP吞吐量效率的仿真結(jié)果（考慮TCP慢啟動）

gNB-DU是一個(gè)包含RLC、MAC和PHY，并被gNB-CU控制的邏輯節(jié)點(diǎn)。一個(gè)gNB-DU支持一個(gè)或多個(gè)小區(qū)，但一個(gè)小區(qū)只能從屬于一個(gè)gNB-DU。gNB-DU通過F1接口和gNB-CU相連[3]。

▲圖4 下一代無線接入網(wǎng)的整體架構(gòu)

3 F1接口準(zhǔn)則

gNB-CU和gNB-DU之間的接口稱為F1接口。與5G核心網(wǎng)中的NG接口或者Xn接口相似，F(xiàn)1接口支持端點(diǎn)之間信令交換和數(shù)據(jù)傳輸。此外，F(xiàn)1接口將無線網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)傳輸層分開，不僅支持UE相關(guān)信令和非UE相關(guān)信令的交換，還支持控制面和用戶面的功能分離；因此，F(xiàn)1接口功能可以分為F1控制面功能和F1用戶面功能。

3.1 F1接口控制面功能

F1接口控制面功能主要包括：

（1）F1接口管理功能。F1接口管理功能主要包括F1接口建立、gNB-CU配置更新、gNB-DU配置更新、錯誤指示、重啟、F1接口資源協(xié)調(diào)和gNB-DU狀態(tài)指示功能。F1接口建立功能負(fù)責(zé)gNB-CU和gNB-DU之間應(yīng)用級別數(shù)據(jù)的交換，并激活gNB-DU下的小區(qū)。F1接口建立流程由gNBDU發(fā)起。gNB-CU配置更新和gNBDU配置更新負(fù)責(zé)gNB-CU和gNB-DU之間應(yīng)用級別數(shù)據(jù)的配置更新。gNBDU配置更新也可以激活或者去激活gNB-DU下的小區(qū)。此外，F(xiàn)1接口建立和gNB-DU配置更新功能可以報(bào)告gNB-DU支持的切片功能。錯誤指示功能負(fù)責(zé)指示已經(jīng)發(fā)生的錯誤。重啟功能負(fù)責(zé)在節(jié)點(diǎn)建立和失敗事件發(fā)生之后，對對端實(shí)體進(jìn)行初始化。F1接口資源協(xié)調(diào)功能用于在gNB-CU和gNB-DU之間傳遞頻率資源進(jìn)行信息共享。gNB-DU狀態(tài)指示功能則是允許gNB-DU向gNB-CU指示負(fù)載狀態(tài)。

（2）系統(tǒng)消息管理功能。在系統(tǒng)信息管理中，gNB-DU負(fù)責(zé)系統(tǒng)廣播信息的調(diào)度和系統(tǒng)信息的傳輸。針對系統(tǒng)信息廣播，gNB-DU負(fù)責(zé)對NR主信息模塊（MIB）和系統(tǒng)信息模塊1（SIB1）的編碼。而其他系統(tǒng)信息模塊的編碼則由gNB-CU執(zhí)行。由于缺少UE節(jié)能功能，F(xiàn)1接口需要引入按需式的系統(tǒng)信息發(fā)送功能。在這種情況下，CU負(fù)責(zé)處理來自UE的按需式系統(tǒng)信息請求，并發(fā)送系統(tǒng)信息和命令消息來通知gNB-DU廣播所需的系統(tǒng)信息。由此可見，UE可以在需要的時(shí)候從gNB-DU獲取所需的系統(tǒng)信息，而不是自始至終監(jiān)測著廣播信道。

（3）UE文本管理功能。F1接口的UE文本管理功能負(fù)責(zé)對必要的UE文本進(jìn)行建立和修改。F1接口的UE文本建立由gNB-CU觸發(fā)。gNB-DU可以根據(jù)準(zhǔn)入控制標(biāo)準(zhǔn)接受或者拒絕UE文本的建立。F1接口的UE文本修改可以由gNB-CU或gNB-DU觸發(fā)。同樣地，對應(yīng)的接收節(jié)點(diǎn)可以選擇接受或者拒絕UE文本修改。同時(shí)，F(xiàn)1接口的UE文本管理功能還支持gNBDU側(cè)的UE文本釋放。文本的釋放可以由gNB-CU側(cè)直接觸發(fā)，也可以通過gNB-DU側(cè)請求來觸發(fā)。當(dāng)UE進(jìn)入RRC空閑態(tài)（RRC_IDLE）或者RRC非激活態(tài)（RRC_INACTIVE）時(shí)，gNB-CU會請求gNB-DU釋放UE文本。此外，F(xiàn)1接口的UE文本管理功能還可以用于管理數(shù)據(jù)無線承載（DRB）和信令無線承載（SRB），即建立、修改和釋放DRB和SRB資源。DRB資源的建立和修改由gNB-CU觸發(fā)，而gNB-DU會根據(jù)資源預(yù)留信息和服務(wù)質(zhì)量（QoS）信息，來決定接受或拒絕DRB的建立或修改。對于每一個(gè)即將被建立或修改的DRB，gNB-CU可以通過UE文本建立或修改流程，將網(wǎng)絡(luò)切片選擇輔助信息傳遞給gNBDU。QoS流和無線承載之間的承載由gNB-CU來執(zhí)行，而F1接口上的承載管理粒度也是承載級別的。為了支持DU內(nèi)部載波聚合的PDCP復(fù)制功能，需要在gNB-CU和gNB-DU之間的2條通用分組無線業(yè)務(wù)隧道協(xié)議（GTP）用戶面隧道上配置DRB。通過UE文本管理功能，gNB-CU可以請求gNBDU建立或者修改UE服務(wù)的主小區(qū)和主輔小區(qū)，也可以請求gNB-DU建立或者刪除UE服務(wù)的輔小區(qū)。當(dāng)然，gNB-DU可以接受或者拒絕這些請求。此外，gNB-CU還可以通過UE文本管理功能，將上行UE的聚合最大比特速率限制通知給gNB-DU，讓其執(zhí)行該限制。

（4）RRC消息傳遞功能。RRC消息傳遞功能用于gNB-CU和gNB-DU之間的RRC消息傳遞。普通的RRC消息通過F1接口的控制面?zhèn)鬟f，而UE相關(guān)的RRC消息則在空口（Uu）上傳遞。

（5）尋呼功能。gNB-DU根據(jù)所提供的調(diào)度參數(shù)來傳輸尋呼信息。gNB-CU可以為gNB-DU提供尋呼信息，并為其計(jì)算準(zhǔn)確的尋呼時(shí)機(jī)和尋呼幀。gNB-CU負(fù)責(zé)決定尋呼區(qū)域；gNB-DU會針對特定的尋呼時(shí)機(jī)、尋呼幀和尋呼區(qū)域合并所有的尋呼記錄，并針對尋呼區(qū)域中對應(yīng)的尋呼時(shí)機(jī)和尋呼幀，進(jìn)行最終RRC消息的編碼和廣播。

（6）告警信息傳遞功能。告警消息信息傳遞功能和NG接口上的告警消息傳輸流程相互協(xié)同。gNB-CU負(fù)責(zé)告警相關(guān)系統(tǒng)信息的編碼，連同其他告警相關(guān)信息一起發(fā)送給gNBDU，并進(jìn)一步在空口上進(jìn)行廣播。

F1接口也支持multiple 流控制傳輸協(xié)議（SCTP）功能。在配置更新流程中，CU將需要添加或者刪除的SCTP連接的自身IP地址發(fā)送給DU。如果某個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)層（TNL）地址對應(yīng)的用途（用于UE信令還是公共信令傳輸）發(fā)生變更，也可以在配置更新流程中通知給DU。在DU側(cè)，也允許一個(gè)或多個(gè)DU自身的IP地址來建立對應(yīng)的SCTP連接。當(dāng)DU觸發(fā)SCTP連接需要遷移的時(shí)候，DU會發(fā)送一條DU配置更新消息給CU，并攜帶自身的DU 身份標(biāo)識（ID）， 用于通知CU當(dāng)前SCTP連接發(fā)生了遷移[4]。

網(wǎng)絡(luò)共享對F1接口產(chǎn)生一定影響。在網(wǎng)絡(luò)共享的場景下，DU可能被多個(gè)不同公用陸用移動網(wǎng)（PLMN）下的CU共享，這種共享模式有多種：一種是CU和DU間的傳輸通道針對PLMN是獨(dú)立的，在每個(gè)傳輸通道上進(jìn)行各自PLMN下的信令傳輸；一種是CU和DU之間的傳輸通道是共享的，在這個(gè)共享的傳輸通道里各自PLMN下的信令獨(dú)立傳輸；最后一種是CU和DU之間的傳輸通道是共享的，在這個(gè)共享的傳輸通道里只有一套信令傳輸，包含所有PLMN下的信息[5]。

根據(jù)TS38.401， 在獨(dú)立PLMN信令情況下，UE初始接入流程如圖5所示[3]。

步驟1：UE發(fā)起RRC連接建立請求（消息3（MSG3））。

步 驟 2：gNB-DUA/B收 到 UE的RRC請求消息，通過F1接口的初始上行RRC直傳消息隨機(jī)發(fā)給gNB-DUA/B所連接的任一一個(gè)CU，圖示中標(biāo)記為gNB-CUA。

步驟 3—4：gNB-CUA收到消息后建立UE文本信息、生成RRC建立消息（MSG4）并發(fā)送給gNB-DUA/B。gNB-DUA/B隨后通過空口將消息發(fā)送給UE。

步驟5：UE發(fā)送RRC連接建立完成消息（MSG5），其中攜帶UE選擇的PLMN信息。

步驟6：gNB-DUA解析MSG5消息，發(fā)現(xiàn)UE上報(bào)選擇的PLMN（PLMNB），便通過F1接口發(fā)送UE文本釋放請求消息給gNB-CUA，其中包含釋放原因?yàn)椤胺窃揅U服務(wù)的PLMN”。

步驟7：同時(shí)，gNB-DUB會發(fā)送初始上行RRC消息給gNB-CUB，其中包含和PLMNB關(guān)聯(lián)的NR CGI、在步驟2中g(shù)NB-DUA為UE分配的C-RNTI和步驟5中收到的空口RRC消息。

步驟8：gNB-CUA通過F1接口流程釋放UE文本。

需要注意的是，由于PLMN只能由MSG5攜帶上來（即圖5中的步驟5），因此當(dāng)DU收到UE的RRC請求消息時(shí)，DU會隨機(jī)發(fā)給DU所連接的任一一個(gè)CU。當(dāng)DU收到MSG5之后，會根據(jù)UE攜帶的PLMN信息找到對應(yīng)的CU，并向舊的CU觸發(fā)UE文本釋放消息。并且，在DU收到MSG3的時(shí)候，也可以并發(fā)向不同的CU發(fā)起初始上行RRC直傳流程。

▲圖5 UE初始接入流程圖

根據(jù)TS 38.401，在獨(dú)立PLMN信令情況下，UE的RRC重建流程如圖6 所示[3]。

步驟1：UE發(fā)送RRC重建請求消息。

步驟2A—5A：描述了新gNBCUA沒有找到UE文本的情況。在步驟2A中，和PLMNA關(guān)聯(lián)的NR CGIA上報(bào)給新gNB-CUA。在步驟5A中， gNBCUA在UE文本沒有找到的情況下，會將當(dāng)前的RRC重建流程回退到RRC建立流程。在F1接口的下行RRC直傳消息中，會指示UE文本沒有找到，并包含步驟1中收到的RRC消息以要求重定向發(fā)給新的gNB-CU，并且可選攜帶建議的下次嘗試的PLMN信息。隨后觸發(fā)步驟2B，同時(shí)gNB-CUA釋放UE文本（圖6中未顯示）。

步驟2B—5B：描述了新 gNBCUB找到了UE文本。在步驟2B中，和PLMNB關(guān)聯(lián)的NR CGIB上報(bào)給新gNB-CUB,同時(shí)包含了步驟1中g(shù)NBDUA為UE分配的C-RNTI。

步驟6—8：后續(xù)的RRC重建流程在 UE、gNB-DUB和 gNB-CUB之間進(jìn)行。

與UE初始接入類似，當(dāng)DU收到RRC重建請求消息后， DU串行或者并行向不同的CU發(fā)起初始上行RRC流程。得到其中一個(gè)CU反饋找到該UE文本的指示后，DU空口回復(fù)RRC重建消息。在串行發(fā)起的情況下，CU在沒有找到相應(yīng)UE文本的時(shí)候，會向DU指示UE文本未找到，將收到的UE RRC重建請求消息重新傳遞給DU，并且可選攜帶建議的下次嘗試的PLMN信息。

如果DU所連接的所有CU都無法找到UE文本，RRC連接重建會回退到RRC建立流程。

▲圖6 UE RRC重建流程圖

3.2 F1接口用戶面功能

F1接口的用戶面功能包括用戶數(shù)據(jù)傳遞和流控功能。其中，用戶數(shù)據(jù)傳遞是指gNB-CU和gNB-DU之間的用戶數(shù)據(jù)傳遞。F1接口用戶面協(xié)議使用GTP用戶面（GTP-U）傳輸網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)，將用戶數(shù)據(jù)即PDCP協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）封裝在GTP-U報(bào)文中，并在gNB-CU和gNB-DU之間傳遞。而流控功能則是針對傳遞到gNB-DU的下行用戶數(shù)據(jù)的流量控制，該功能包含下行用戶數(shù)據(jù)擴(kuò)展信息的傳遞、輔助擴(kuò)展信息的傳遞和下行數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)擴(kuò)展信息的傳遞流程。其中，下行用戶數(shù)據(jù)擴(kuò)展信息（DL USER DATA PDU）、輔助擴(kuò)展信息（ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU）和下行數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)擴(kuò)展信息（DL DATA DELIVERY STATUS PDU）都封裝在GTP-U報(bào)文的擴(kuò)展頭中，可以在用戶數(shù)據(jù)封裝成GTP-U報(bào)文傳輸時(shí)攜帶傳輸。

下行用戶數(shù)據(jù)擴(kuò)展信息傳遞流程的目的，在于當(dāng)從gNB-CU通過F1接口的用戶面攜帶用戶下行PDCP PDU的GTP-U報(bào)文傳遞到gNB-DU時(shí)，可以在下行GTP-U報(bào)文擴(kuò)展頭中攜帶DL USER DATA PDU，用以提供擴(kuò)展信息以完成F1接口的丟包檢測和其他功能。由于DL USER DATA PDU中提供了F1接口用戶面當(dāng)前報(bào)文的序列號，gNB-DU可以通過接收到的報(bào)文序列號的連續(xù)性來判斷在F1接口上是否丟包。此外，當(dāng)下行PDCP duplication功能開啟，gNB-CU可以傳輸相同的PDCP PDU 數(shù)據(jù)并拷貝到2條預(yù)先配置的F1用戶面通道上。其中某條路徑上的數(shù)據(jù)已經(jīng)成功遞交給UE后，其他路徑上的對應(yīng)數(shù)據(jù)就可以丟棄以避免傳輸資源浪費(fèi)。為了丟棄由于PDCP復(fù)制產(chǎn)生的冗余PDU，gNB-CU 可以在DL USER DATA PDU中加入丟棄標(biāo)記以及起始和終止范圍內(nèi)丟棄的PDCP PDU信息。對于重傳的PDCP數(shù)據(jù)包，gNB-CU 可以在DL USER DATA PDU中設(shè)置“重傳標(biāo)記”，用于指示gNB-DU識別和處理重傳數(shù)據(jù)包。gNB-CU還可以在DL USER DATA PDU中設(shè)置對應(yīng)的上報(bào)輪詢標(biāo)記，來請求gNB-DU側(cè)的下行數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)擴(kuò)展信息和輔助擴(kuò)展信息。當(dāng)gNB-CU存在后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，gNBCU 可以在DL USER DATA PDU中設(shè)置“數(shù)據(jù)存在標(biāo)識”，以用于避免gNB-DU在后續(xù)有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候不恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)入非連續(xù)性發(fā)送（DTX）狀態(tài)。

在收到來自gNB-CU側(cè)的用戶數(shù)據(jù)之后，gNB-DU需要根據(jù)其中攜帶的DL USER DATA PDU中的報(bào)文序列號信息是否連續(xù)，來檢測F1接口上的用戶面數(shù)據(jù)包是否丟失。在確認(rèn)用戶面數(shù)據(jù)包在接口上丟失之后，記錄其對應(yīng)的序列號。同時(shí)，gNB-DU需要將接收到的PDCP PDU發(fā)送給UE，并記錄成功按序遞交給UE（針對確認(rèn)模式（AM） RLC）的NR PDCP PDU的最高序列號以及傳輸給底層NR PDCP PDU的最高序列號。此外，gNB-DU需要根據(jù)DL USER DATA PDU中的丟棄信息，刪除對應(yīng)的PDCP PDU、識別重傳數(shù)據(jù)，并以高優(yōu)先級調(diào)度同時(shí)識別gNB-CU側(cè)是否還有后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸以用于DTX狀態(tài)判決。

下行數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)擴(kuò)展信息傳遞流程的目的在于，通過gNB-DU側(cè)反饋的下行數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，gNB-CU可以針對特定的DRB，完成下行用戶數(shù)據(jù)流量控制和其他功能。gNB-DU通過F1接口的用戶面發(fā)送上行GTP-U報(bào)文到gNB-CU時(shí)，可以在上行GTP-U報(bào)文擴(kuò)展頭中攜帶DL DATA DELIVERY STATUS PDU，用以提供下行數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)擴(kuò)展信息。gNB-DU需要在DL DATA DELIVERY STATUS PDU反饋針對DRB的期待緩存數(shù)據(jù)大小和期待速率；gNB-CU根據(jù)其反饋進(jìn)行流量控制。此外，DL DATA DELIVERY STATUS PDU 需要攜帶成功按序遞交給UE（針對AM RLC）PDCP PDU的最高序列號以及傳輸給底層PDCP PDU的最高序列號，用于幫助gNB-CU獲取在gNB-DU側(cè)更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，以移除gNB-CU緩存的已經(jīng)成功發(fā)送的PDCP PDU。用于快速重傳功能時(shí)，gNB-CU可以將未成功遞交（傳輸）的PDCP PDU在另一條傳輸路徑上（如果有的話）向UE快速重傳。如果gNB-DU檢測到當(dāng)前F1接口存在下行用戶數(shù)據(jù)包丟失，DL USER DATA PDU要上報(bào)對應(yīng)的丟包信息，同時(shí)gNB-CU可以在當(dāng)前F1接口上重傳在接口上丟失的下行數(shù)據(jù)包。高頻部署鏈路質(zhì)量波動較大，容易因障礙物遮擋導(dǎo)致無線鏈路傳輸短中斷。如果無線鏈路中斷，DL DELIVERY STATUS PDU應(yīng)該設(shè)置鏈路網(wǎng)絡(luò)中斷（OUTAGE）標(biāo)識，從而避免gNB-CU繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)到一個(gè)OUTAGE的鏈路上，這還可以用于gNB-CU的快速重傳功能的觸發(fā)。當(dāng)無線鏈路恢復(fù)后，DL DELIVERY STATUS PDU中需要包含無線鏈路恢復(fù)指示，gNB-CU從而可以恢復(fù)該鏈路上的數(shù)據(jù)傳輸。

輔助擴(kuò)展信息傳遞流程的主要目的在于進(jìn)行下行PDCP重復(fù)數(shù)據(jù)傳輸控制。如果PDCP 配置了重復(fù)功能，gNB-DU需要在上行GTP-U報(bào)文擴(kuò)展頭中攜帶ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU ，以提供輔助擴(kuò)展信息給gNB-CU用于PDCP重復(fù)功能的激活和去激活。當(dāng)gNB-DU根據(jù)下行數(shù)據(jù)傳遞給UE、空口鏈路傳輸質(zhì)量判斷是否激活或者去激活下行PDCP 重復(fù)功能后，gNB-DU可以在ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU 攜帶PDCP重復(fù)激活或者去激活的建議。gNBCU根據(jù)建議信息判斷是否激活或者去激活PDCP重復(fù)功能。此外，ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU 還可以攜帶鏈路質(zhì)量輔助信息，包括信道質(zhì)量指示（CQI）信息、混合自動重傳請求（HARQ）失敗次數(shù)信息、HARQ重傳信息、下行鏈路質(zhì)量等級信息和上行鏈路質(zhì)量等級信息等。

gNB-DU基于事件來觸發(fā)或者周期觸發(fā)DL DATA DELIVERY STATUS PDU和ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU的反饋。如果gNB-DU接收到的DL USER DATA PDU中設(shè)置了針對下行數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)擴(kuò)展信息的上報(bào)輪詢標(biāo)記，gNB-DU應(yīng)該立即觸發(fā)DL DELIVERY STATUS PDU的反饋；如果gNB-DU接收到的DL USER DATA PDU中設(shè)置了針對輔助擴(kuò)展信息的上報(bào)輪詢標(biāo)記，gNB-DU應(yīng)該立即觸發(fā)ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU的反饋[6]。

4 移動性場景

該部分會考慮在獨(dú)立情況和多連接情況下的gNB-CU內(nèi)的移動性。

4.1 相同gNB-CU下gNB-DU之間的移動性

在本場景中，源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)屬于相同gNB-CU下不同的gNB-DU。

gNB-CU根據(jù)UE測量報(bào)告，選擇合適的目標(biāo)gNB-DU用于切換。之后，gNB-CU觸發(fā)UE文本建立流程來為一個(gè)或多個(gè)無限承載安排空口和F1接口上的資源，并為目標(biāo)gNB-DU上的指定UE建立相應(yīng)文本。目標(biāo)gNB-DU會執(zhí)行所請求的無線承載配置，同時(shí)如果可能的話，會存儲UE文本。接下來，gNB-CU發(fā)送至少包括目標(biāo)gNB-DU上小區(qū)群組配置信息的RRC重配置消息給UE。此后，UE建立與目標(biāo)gNBDU的RRC連接，并回復(fù)RRC重配置完成消息。在UE接入到目標(biāo)gNB-DU之后，gNB-CU觸發(fā)UE文本釋放流程來釋放源gNB-DU上的UE文本。具體的信令流程如圖7所示[3]。

4.2 演進(jìn)型全球陸地?zé)o線接入網(wǎng)（E-UTRAN）和NR的雙連接移動性

在本場景中，源小區(qū)和目標(biāo)小區(qū)屬于輔節(jié)點(diǎn)下不同的gNB-DU。

主節(jié)點(diǎn)（MeNB）根據(jù)UE測量報(bào)告，選擇合適的目標(biāo)gNB-DU用于切換。在接收來自主節(jié)點(diǎn)的含有輔小區(qū)群組配置的輔節(jié)點(diǎn)修改請求消息之后，gNB-CU觸發(fā)UE文本建立流程來為一個(gè)或多個(gè)無限承載安排空口和F1接口上的資源，并為目標(biāo)gNB-DU上的指定UE建立相應(yīng)的文本。目標(biāo)gNB-DU會執(zhí)行所請求的無線承載配置，同時(shí)如果可能的話，會存儲UE文本。此后，gNB-CU發(fā)送確認(rèn)后的輔小區(qū)群組配置消息給主節(jié)點(diǎn)，并由主節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給UE。UE和與目標(biāo)gNB-DU建立RRC連接。在目標(biāo)gNB-DU上的UE文本建立完成之后，gNB-CU觸發(fā)UE文本釋放流程來釋放源gNB-DU上的UE文本。具體的信令流程如圖8所示[3]。

5 其他CU-DU的相關(guān)課題

5.1 CU-DU底層分割（LLS ）

除了CU-DU高層分割方案之外，底層分割方案也可以用于增強(qiáng)低延時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)性能。在本方案中，物理層被分割為LLS-CU和LLS-DU。圖9展示了幾種可能的底層分割方案[7-8]。

對于上行和下行的功能分割方案如下：

▲圖7 NR內(nèi)部gNB-DU之間的移動性

▲圖8 演進(jìn)型全球陸地?zé)o線接入網(wǎng)（E-UTRAN）和新空口（NR）的雙連接下gNB-DU之間的移動性

▲圖9 針對上行和下行，5G基站（gNB）物理層處理鏈的一種可能實(shí)現(xiàn)方式

▲圖10 CU-CP和CU-UP分離情況下的整體無線接入網(wǎng)架構(gòu)

（1）方案6

所有的物理層功能安排在DU。

（2）方案7-1

在上行中，快速傅里葉變換和循環(huán)前綴移除功能被安排在LLS-DU；其他的物理層功能被安排在LLS-CU。在下行中，快速傅里葉逆變換和循環(huán)前綴添加功能被安排在LLS-DU；其他的物理層功能被安排在LLS-CU。

（3）方案7-2

在上行中，快速傅里葉變換、循環(huán)前綴移除和資源解映射功能被安排在LLS-DU；其他的物理層功能被安排在LLS-CU。在下行中，快速傅里葉逆變換、循環(huán)前綴添加以及資源映射和預(yù)編碼功能被安排在LLS-DU，其他的物理層功能被安排在LLS-CU。

（4）方案7-3（只針對下行）

編碼器被安排在LLS-CU；其他的物理層功能被安排在LLS-DU。

除了以上方案外，還存在其他的潛在功能分割方案。針對上行，在離散傅里葉變換和信道估計(jì)（均衡）功能之間分割。針對上行和下行，方案7-1和方案7-2之間的分割可能性是基于波束賦型的[8]。

5.2 控制面（CP）和用戶面（UP）分離

為了根據(jù)不同場景和所需的性能來優(yōu)化不同無線接入網(wǎng)功能的位置分布，gNB-CU可以基于高層分割方案被進(jìn)一步分割成CU-CP和CU-UP。gNB-DU掌控RLC、MAC和PHY的協(xié)議，CU-CP掌控PDCP和RRC協(xié)議的控制面實(shí)例；而CU-UP掌控PDCP和SDAP協(xié)議的用戶面實(shí)例。CU-CP和CU-UP之間的接口被命名為E1接口。包含控制面和用戶面分離的無線接入網(wǎng)的整體架構(gòu)如圖10所示[9]。

一個(gè)gNB可能包含一個(gè)CU-CP、多個(gè)CU-UP和多個(gè)DU。CU-CP通過F1接口的控制面和DU相連，并通過F1接口的用戶面和DU相連。CU-CP和CU-UP通過E1接口相連。原則上，一個(gè)gNB-DU只能連接一個(gè)CU-CP，一個(gè)CU-UP也只能連接一個(gè)CU-CP；但通過恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ粋€(gè)gNB-DU或者一個(gè)CU-CP可以連接多個(gè)CU-CP。一個(gè)gNB-DU可以連接同一個(gè)CU-CP控制下的多個(gè)CU-UP，而一個(gè)CU-UP可以連接同一個(gè)CU-CP控制下的多個(gè)gNB-DU。

E1接口支持的基本功能包括E1接口管理功能、承載文本管理功能等等。和F1接口相似，E1接口管理功能也包括E1接口建立、gNB-CU-UP配置更新、gNB-CU-CP配置更新、E1接口釋放、重啟、失敗指示和gNBCU-UP狀態(tài)指示功能。其中，E1接口的建立既可以由gNB-CU-CP觸發(fā)，又可以由gNB-CU-UP觸發(fā)[10]。

5.3 E-UTRAN的CU-DU高層分割方案

為了實(shí)現(xiàn)演進(jìn)型基站（eNB）和gNB的整合，LTE和NR的會聚架構(gòu)被引入進(jìn)來。即基于PDCP和RLC的分離（方案2），在E-UTRAN中引入集中式網(wǎng)元（LTE-CU）和分布式網(wǎng)元（LTE-DU）[11]。該架構(gòu)可以高效地使用傳輸網(wǎng)絡(luò)，并盡可能減少對LTE傳輸網(wǎng)絡(luò)的影響。部署LTE-CU和LTEDU在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中，以便于后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)更新。

目前，3GPP中E-UTRAN的CU-DU高層分割方案只支持連接到5GC的eNB分割，擁有NR中的功能分割架構(gòu)和接口功能。與NR中的gNB類似，eNB被分割成2種實(shí)體：NB-CU和 eNB-DU。eNB-CU和 eNB-DU之間的接口為W1接口。除了一些滿足運(yùn)營商需求的LTE特性之外，W1接口所支持的接口功能與F1接口基本一致，包括F1接口管理功能、系統(tǒng)消息管理功能、UE文本管理功能、RRC消息傳遞功能、尋呼功能和告警信息信息傳遞功能。其區(qū)別表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：第一，對于SIB的劃分，在E-UTRAN中CU-DU分離的情況下，SIB1、SIB2、SIB3、SIB8和 SIB16由eNB-DU進(jìn)行編碼，而其他的SIB則由eNB-CU進(jìn)行編碼；第二，由于E-UTRAN系統(tǒng)中沒有按需式的系統(tǒng)信息請求方式，W1接口上不存在相關(guān)的流程；第三，由于EPC不支持網(wǎng)絡(luò)切片功能，切片功能僅限于連接到5GC的場景。

6 結(jié)束語

在本文中，我們介紹了CU-DU架構(gòu)的進(jìn)展，展示了下一代無線接入網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，討論了CU-DU接口的功能和基本移動性場景，并提出了應(yīng)對相應(yīng)挑戰(zhàn)的解決方案和潛在的優(yōu)化方案。我們對CU-DU相關(guān)的其他議題的進(jìn)展也做了相應(yīng)介紹，這包括CU-DU底層分割、CP和UP分離以及eNB的高層分割。