NG-RAN系統(tǒng)架構(gòu)和部署問(wèn)題

付秀花

【摘要】??? 從系統(tǒng)部署的角度，分析了從分布式無(wú)線接入網(wǎng)（D-RAN）到集中式RAN（C-RAN）的發(fā)展，重點(diǎn)介紹了5G無(wú)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(wèn)題。

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

一、 移動(dòng)通信基站功能和系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)展

移動(dòng)通信基站主要提供無(wú)線電信號(hào)發(fā)射和接收，實(shí)現(xiàn)用戶的移動(dòng)無(wú)線通信。傳統(tǒng)移動(dòng)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(shí)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(jī)房的機(jī)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(wú)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(wú)線接入網(wǎng)（C-RAN）架構(gòu)演進(jìn)[1]。C-RAN中，許多BBU集中放置在匯聚機(jī)房中，形成一個(gè)BBU基帶池。這種架構(gòu)帶來(lái)兩大直接好處。一是減少基站機(jī)房建設(shè)數(shù)量和能源消耗，極大降低建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。二是可以進(jìn)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(wú)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(wú)線接入系統(tǒng)架構(gòu)[2]。在5G無(wú)線接入網(wǎng)（NG-RAN）中，對(duì)傳統(tǒng)BBU功能進(jìn)行二次拆分。第一次把BBU物理層的低層功能拆分出來(lái)，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(lái)的信號(hào)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(guò)回傳鏈路接入5GC，DU通過(guò)前傳鏈路連接AAU，二者之間接口升級(jí)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(jī)房中，基于通用IT硬件平臺(tái)進(jìn)行軟件定制開(kāi)發(fā)，并實(shí)現(xiàn)基于云平臺(tái)的虛擬化開(kāi)發(fā)和管理。一個(gè)CU可管理幾個(gè)甚至幾十個(gè)DU。DU分布式部署在AAU附近，也可以多個(gè)DU放置到傳輸設(shè)備機(jī)房中，通過(guò)光纖拉遠(yuǎn)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(dòng)性管理和切換信息只需要走到CU，降低了核心網(wǎng)信令開(kāi)銷和復(fù)雜度。進(jìn)一步，CU可基于NFV架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片，滿足不同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)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(wèn)題

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

（1）前傳鏈路帶寬問(wèn)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。可以通過(guò)多種措施共同解決這個(gè)問(wèn)題。一是開(kāi)發(fā)更高速率的光模塊，降低開(kāi)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(kāi)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(wèn)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(dú)立組網(wǎng)（NSA），其他制式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以接入5G CU，和5G實(shí)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(wú)線空口資源的聯(lián)合調(diào)度和分配機(jī)制，進(jìn)行無(wú)線頻譜分配和功率分配，實(shí)現(xiàn)頻譜效率和能量效率最大化。同時(shí)，由于5G時(shí)延的高要求，CU無(wú)線資源聯(lián)合管理（RRM）需要保證快速高效。

（3）CU功能切片問(wèn)題。CU主要處理非實(shí)時(shí)無(wú)線高層協(xié)議以及無(wú)線資源管理功能，適合用NFV架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在此前提下，還要實(shí)現(xiàn)CU功能切片，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)端到端切片。CU切片需要解決的問(wèn)題包括控制面和用戶面劃分、開(kāi)發(fā)支持不同網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景和應(yīng)用的CU切片功能、實(shí)現(xiàn)不同切片的安全隔離等。

（4）DU和CU部署問(wèn)題。由于前傳鏈路能力不同，以及5G建網(wǎng)和對(duì)已有機(jī)房共用方案的不同等，DU和CU的物理部署可能會(huì)呈現(xiàn)多種形態(tài)。可以是DU和CU都放在4G基站機(jī)房，也可以是DU采用完全分布式方式或多個(gè)DU放置在傳輸設(shè)備機(jī)房中，而CU集中放置在運(yùn)營(yíng)商更高一級(jí)的綜合接入機(jī)房中。未來(lái)5G無(wú)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(xiàn)

[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(guó)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(dòng)通信，2018，42（11）：72-77+83.