5G IAB 集成接入回傳組網(wǎng)架構(gòu)研究*

朱曉丹

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

5G 時代的Small Cells 或拉遠(yuǎn)RRU/AAU 將密集分布于城市，按照傳統(tǒng)的做法需要敷設(shè)大量光纖建設(shè)光纜接入網(wǎng)，會遇到光纖難以部署或部署成本過高的問題。要實現(xiàn)5G NR 站點的靈活、密集部署，網(wǎng)絡(luò)如支持無線回傳和中繼鏈路，可擺脫對有線傳輸網(wǎng)絡(luò)的過度依賴。IAB“集成接入回傳”（Integrated Access Backhaul）技術(shù)，將使運營商能夠在沒有鋪設(shè)光纖的地方以更低的成本、更快速地部署5G 網(wǎng)絡(luò)。

本文根據(jù)3GPP 的研究成果，對IAB 技術(shù)的組網(wǎng)進行簡要分析，著重分析組網(wǎng)架構(gòu)以及不同架構(gòu)的差異，旨在為選擇較優(yōu)的方案提供觀點參考。

1 技術(shù)要點

1.1 背景

回傳（Backhaul）指無線接入網(wǎng)連接到核心網(wǎng)的傳輸鏈路部分，光纖是回傳網(wǎng)絡(luò)的最理想選擇，無線回傳可以作為備選方案，比如點對點微波、毫米波回傳等。

在3GPP R15 標(biāo)準(zhǔn)中提出IAB 技術(shù)，定義5G NR 可作為無線回傳技術(shù)（也稱為自回傳Self-backhauling）。提出于2017 年3 月3GPP RAN75#會議的其中一個研究項目：研究集成無線接入和回傳（Study on Integrated Access and Backhaul）。2020 年7 月，IAB 隨R16 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)要點

1.2.1 需求場景

IAB 的一個關(guān)鍵技術(shù)特性是能夠靈活且密集地進行 5G NR 站點的部署，而不會使有線傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模變大。可能的部署場景包括支持市區(qū)各種場景下室外小基站（微基站/皮基站/飛基站）、室內(nèi)甚至移動的中繼站點（例如公交車或火車）。

1.2.2 支持帶內(nèi)或帶外回傳

在回傳頻率的選擇上，IAB 技術(shù)支持帶內(nèi)inband 和帶外out-of-band 兩種方式。

帶內(nèi) IAB 方案要求在（TDM/FDM/SDM）等信道復(fù)用方式下，IAB 站點前向鏈路和回傳鏈路支持半雙工的方式，同時不排除支持雙工解決方案。帶外 IAB 方案則會考慮設(shè)計具備與帶內(nèi)方案相同的RAN 功能特性，帶外IAB 方案數(shù)據(jù)鏈路傳輸使用全雙工方案。

1.2.3 支持的無線接入技術(shù)

IAB 技術(shù)中的節(jié)點，將支持Sub-6GHz（如C-Band）和 6GHz 以上（如毫米波）頻譜，技術(shù)的重點是通過NR 回傳鏈路進行接入流量的回傳。同時，在3GPP 的研究中，提到IAB 技術(shù)可考慮實現(xiàn)用于LTE 接入的NR 回傳方案。

1.2.4 支持的核心網(wǎng)方式

IAB 可以支持獨立（Standalone，SA）和非獨立（Non-Standalone，NSA）部署，IAB 節(jié)點本身可以在 SA 或 NSA 模式下運行，但通過LTE 無線鏈路進行回傳不在該項技術(shù)的研究中。其中SA 方式主要是指SA Option 2 的方式。

2 組網(wǎng)架構(gòu)研究

2.1 基本架構(gòu)與接口

IAB 技術(shù)在組網(wǎng)架構(gòu)上的基本思路，是沿用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的接入層功能以及接口。移動終端Mobile-Termination (MT)、gNB-DU、gNB-CU、UPF、AMF和SMF 這些5G 的基本功能模塊及相應(yīng)的接口NR Uu (MT 與gNB 之間)、F1、NG、X2 和N4 都是IAB組網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)接口，其他功能（如多跳前傳）需要進一步標(biāo)準(zhǔn)化。其中MT 是IAB 站點的基本功能，NR Uu 是空中接口，對接IAB-donor 站點（施主站點）或其他IAB 站點。

圖1 IAB 技術(shù)組網(wǎng)架構(gòu)圖（SA 模式）

圖1 是 SA 模式下IAB 組網(wǎng)架構(gòu)示意圖，包含一個IAB-donor 施主站點和多個IAB 站點。IABdonor 是施主站點，包含DU、CU-CP、CU-UP 和可能的其他功能模塊。IAB 站點通過標(biāo)準(zhǔn)的NR Uu 接口與IAB-donor 施主站點或其他IAB 站點建立空口連接。從圖中可知，IAB 站點也支持多跳連接方式。

2.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

IAB 技術(shù)支持生成樹（Spanning Tree）及有向無環(huán)圖（Directed Acyclic Graph,DAG）兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

對于生成樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個IAB 站點只有1個父站點，這個父站點可以是另一個IAB 站點或IAB-donor 施主站點。對于有向無環(huán)圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，IAB 站點是多連接的，即可以連接到多個父站點；IAB 站點具有到另一個站點的多個路由。

2.3 組網(wǎng)架構(gòu)對比分析

在IAB 技術(shù)組網(wǎng)架構(gòu)研究中，主要分為兩種架構(gòu)方案，一種是基于RLC 通道進行數(shù)據(jù)的傳輸，另外一種主要基于PDU 會話進行數(shù)據(jù)的傳輸，可簡稱為架構(gòu)1 和架構(gòu)2。而這兩種架構(gòu)，又可以衍生出多種組網(wǎng)架構(gòu)，下文著重分析其中3 種在3GPP研究中最具代表性的3 種，分別是架構(gòu)1 衍生的1a和1b，以及架構(gòu)2a。

圖2 IAB 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.3.1 架構(gòu)1a

架構(gòu)1a 利用CU/DU 分離的架構(gòu)實現(xiàn)。圖3 是一個兩跳結(jié)構(gòu)的IAB 站點（架構(gòu)1a）連接示意圖。

在這個架構(gòu)中，每個 IAB 站點都有DU 和MT兩個功能模塊。IAB 站點通過MT 連接到上級IAB站點或IAB-donor 施主站點。IAB 站點通過DU 建立到 UEs 和下級IAB 站點的MT 的RLC 通道。

MT 與上級站點DU 之間的RLC 通道，使用針對IAB 架構(gòu)改進后的RLC 協(xié)議（標(biāo)識為RLC*）。IAB 站點可以連接到多個上級IAB 站點或IABdonor 施主站點的DU。IAB 站點也可能包含多個DU，但IAB 站點的每個DU 部分僅能建立一個與IAB-donor 施主站點CU-CP 的F1-C 連接。

IAB 站點上的每個 DU 使用F1 接口的改進形式（標(biāo)識為F1*）連接到IAB-donor 施主站點中的CU。F1*-U 接口通過在IAB 站點和施主站點之間無線回傳鏈路中的RLC 通道實現(xiàn)。在該通道中，通過增加一個適應(yīng)層實現(xiàn)路由信息以及逐跳轉(zhuǎn)發(fā)的功能，它替代了標(biāo)準(zhǔn)F1 堆載的IP 功能，為CU 和DU 之間承載端到端的GTP-U 報頭。

2.3.2 架構(gòu)1b

體系結(jié)構(gòu)1b 也是利用CU/DU 分離的架構(gòu)實現(xiàn)。圖4 顯示了IAB-donor 施主站點下兩跳結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3 架構(gòu)1a 下IAB 連接示意圖

圖4 架構(gòu)1b 下IAB 連接示意圖

IAB-donor 施主站點只有一個邏輯 CU。IAB 站點可以連接到多個上級 IAB 站點或IAB-donor 施主站點DU。IAB 站點可能包含多個 DU，但IAB 站點的每個DU 部分僅與一個施主站點CU-CP 連接F1-C。在此體系結(jié)構(gòu)中，每個IAB 站點和施主站點都具有與架構(gòu)1a 相同的功能。此外，與體系結(jié)構(gòu)1a 一樣，每個回程鏈路都建立了RLC 通道，并增加自適應(yīng)層以啟用 F1*的轉(zhuǎn)發(fā)。

與架構(gòu)1a 不同的是，每個IAB 站點上的MT建立一個PDU 會話，該會話連接到施主站點上的。該會話承載F1*用于配置DU。以這種方式，PDU會話在CU 和DU 之間提供點對點鏈接。

2.3.3 架構(gòu)2a

圖5 顯示了2a 架構(gòu)下IAB-donor 施主站點兩跳結(jié)構(gòu)的示意圖。

在此體系結(jié)構(gòu)中，IAB 站點的MT 在父站點或施主站點上與gNB 建立NR UU 鏈路。通過此鏈路，MT 與gNB 的UPF 維持PDU 會話。這樣，每個回程鏈接上都會創(chuàng)建一個獨立的PDU 會話，每個IAB站點支持路由功能，以在相鄰鏈路的PDU 會話之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。這相當(dāng)于創(chuàng)建了一個跨無線回程的轉(zhuǎn)發(fā)平面?；赑DU 會話類型，此轉(zhuǎn)發(fā)平面支持IP 或以太網(wǎng)。如果PDU 會話類型為以太網(wǎng)，可以在頂部建立IP 層。由此，每個 IAB 站點都獲得了有線回程網(wǎng)絡(luò)的IP 連接。所有基于IP 的接口（如NG、Xn、F1、N4 等）都通過此轉(zhuǎn)發(fā)平面進行。

2.3.4 架構(gòu)對比分析

下表在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的維度，從功能性、規(guī)范性、復(fù)雜性對比三種架構(gòu)的特點。

圖5 架構(gòu)2a 下IAB 連接示意圖(SA 模式)

表1 三種架構(gòu)的特點比較

從上表可知，表中各項特性的對比，架構(gòu)1a/1b 的優(yōu)點比架構(gòu)2a 多。因此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，架構(gòu)1a/1b 的可操作性、可落地性更強。

3 結(jié)語

IAB 技術(shù)在5G R16 標(biāo)準(zhǔn)體系中，可理解為4G Relay 技術(shù)演變而來的回傳技術(shù)，它繼承了Relay 技術(shù)的優(yōu)點，同時集成5G 大帶寬、高速率、低時延的特點，既是控制光纜網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的一種方法，也是擴大5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋邊緣性能的非常高效、靈活的網(wǎng)絡(luò)部署手段。本文主要從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)角度上分析，最終對幾種3GPP 推薦的架構(gòu)方案作了簡要對比，旨在為選擇較優(yōu)的方案提供觀點參考。