朱曉丹

（廣東省電信規劃設計院有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

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

本文根據3GPP 的研究成果，對IAB 技術的組網進行簡要分析，著重分析組網架構以及不同架構的差異，旨在為選擇較優的方案提供觀點參考。

1 技術要點

1.1 背景

回傳（Backhaul）指無線接入網連接到核心網的傳輸鏈路部分，光纖是回傳網絡的最理想選擇，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 標準中提出IAB 技術，定義5G NR 可作為無線回傳技術（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 標準發布。

1.2 關鍵技術要點

1.2.1 需求場景

IAB 的一個關鍵技術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絡建設規模變大。可能的部署場景包括支持市區各種場景下室外小基站（微基站/皮基站/飛基站）、室內甚至移動的中繼站點（例如公交車或火車）。

1.2.2 支持帶內或帶外回傳

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

帶內 IAB 方案要求在（TDM/FDM/SDM）等信道復用方式下，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 方案則會考慮設計具備與帶內方案相同的RAN 功能特性，帶外IAB 方案數據鏈路傳輸使用全雙工方案。

1.2.3 支持的無線接入技術

IAB 技術中的節點，將支持Sub-6GHz（如C-Band）和 6GHz 以上（如毫米波）頻譜，技術的重點是通過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 技術可考慮實現用于LTE 接入的NR 回傳方案。

1.2.4 支持的核心網方式

IAB 可以支持獨立（Standalone，SA）和非獨立（Non-Standalone，NSA）部署，IAB 節點本身可以在 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的研究中。其中SA 方式主要是指SA Option 2 的方式。

2 組網架構研究

2.1 基本架構與接口

IAB 技術在組網架構上的基本思路，是沿用現有標準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的接口NR Uu (MT 與gNB 之間)、F1、NG、X2 和N4 都是IAB組網架構的基礎接口，其他功能（如多跳前傳）需要進一步標準化。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 技術組網架構圖（SA 模式）

圖1 是 SA 模式下IAB 組網架構示意圖，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 站點通過標準的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 網絡拓撲結構

IAB 技術支持生成樹（Spanning Tree）及有向無環圖（Directed Acyclic Graph,DAG）兩種拓撲結構，如圖2 所示。

對于生成樹拓撲結構，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。對于有向無環圖拓撲結構，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 組網架構對比分析

在IAB 技術組網架構研究中，主要分為兩種架構方案，一種是基于RLC 通道進行數據的傳輸，另外一種主要基于PDU 會話進行數據的傳輸，可簡稱為架構1 和架構2。而這兩種架構，又可以衍生出多種組網架構，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1 衍生的1a和1b，以及架構2a。

圖2 IAB 網絡拓撲結構

2.3.1 架構1a

架構1a 利用CU/DU 分離的架構實現。圖3 是一個兩跳結構的IAB 站點（架構1a）連接示意圖。

在這個架構中，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 架構改進后的RLC 協議（標識為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。在該通道中，通過增加一個適應層實現路由信息以及逐跳轉發的功能，它替代了標準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1b

體系結構1b 也是利用CU/DU 分離的架構實現。圖4 顯示了IAB-donor 施主站點下兩跳結構的示意圖。

圖3 架構1a 下IAB 連接示意圖

圖4 架構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。在此體系結構中，每個IAB 站點和施主站點都具有與架構1a 相同的功能。此外，與體系結構1a 一樣，每個回程鏈路都建立了RLC 通道，并增加自適應層以啟用 F1*的轉發。

與架構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2a

圖5 顯示了2a 架構下IAB-donor 施主站點兩跳結構的示意圖。

在此體系結構中，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 會話之間轉發數據。這相當于創建了一個跨無線回程的轉發平面。基于PDU 會話類型，此轉發平面支持IP 或以太網。如果PDU 會話類型為以太網，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絡的IP 連接。所有基于IP 的接口（如NG、Xn、F1、N4 等）都通過此轉發平面進行。

2.3.4 架構對比分析

下表在網絡架構的維度，從功能性、規范性、復雜性對比三種架構的特點。

圖5 架構2a 下IAB 連接示意圖(SA 模式)

表1 三種架構的特點比較

從上表可知，表中各項特性的對比，架構1a/1b 的優點比架構2a 多。因此網絡架構上，架構1a/1b 的可操作性、可落地性更強。

3 結語

IAB 技術在5G R16 標準體系中，可理解為4G Relay 技術演變而來的回傳技術，它繼承了Relay 技術的優點，同時集成5G 大帶寬、高速率、低時延的特點，既是控制光纜網建設規模的一種方法，也是擴大5G 網絡覆蓋范圍，提高網絡覆蓋邊緣性能的非常高效、靈活的網絡部署手段。本文主要從網絡架構角度上分析，最終對幾種3GPP 推薦的架構方案作了簡要對比，旨在為選擇較優的方案提供觀點參考。