NG-RAN系统架构和部署问题
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【摘要】 从系统部署的角度，分析了从分布式无线接入网（D-RAN）到集中式RAN（C-RAN）的发展，重点介绍了5G无线接入系统架构（NG-RAN），提出了NG-RAN系统部署关键问题。
【关键词】 基站系统 射频拉远单元（RRU） 下一代无线接入网（NG-RAN）
一、 移动通信基站功能和系统架构发展
移动通信基站主要提供无线电信号发射和接收，实现用户的移动无线通信。传统移动通信基站系统主要包括基带处理单元（BBU）、射频单元（RRU）、天线，实现基带处理和射频处理分离。在1G/2G中，RRU和BBU都放置在机房的机柜中。3G中RRU和BBU分离，RRU放置在离天线更近的地方，称为分布式无线接入网（D-RAN）架构。随着4G网络建设和发展，D-RAN逐渐向集中式无线接入网（C-RAN）架构演进[1]。C-RAN中，许多BBU集中放置在汇聚机房中，形成一个BBU基带池。这种架构带来两大直接好处。一是减少基站机房建设数量和能源消耗，极大降低建设和运营成本。二是可以进行虚拟化操作和管理，便于资源统一调度和小区间协作传输。
二、5G无线接入系统架构
随着5G以及虚拟化技术的发展，提出AAU+DU+CU的无线接入系统架构[2]。在5G无线接入网（NG-RAN）中，对传统BBU功能进行二次拆分。第一次把BBU物理层的低层功能拆分出来，包括层映射、资源映射、资源块映射等，这些功能和传统RRU射频功能一块集成到天线系统中，称为一体化有源天线单元（AAU）。不仅大大减少了前传链路流量，还避免了馈线传输带来的信号衰落。第二次把BBU拆分为分布式单元（DU）和集中式单元（CU）两部分，DU包括物理层高层功能、MAC、RLC三层协议功能，CU包括PDCP、RRC兩层协议功能。CU通过回传链路接入5GC，DU通过前传链路连接AAU，二者之间接口升级为eCPRI。由于CU和DU分离，引入了一条新的链路，称为中传链路，接口定义为F1。CU可部署在综合接入机房中，基于通用IT硬件平台进行软件定制开发，并实现基于云平台的虚拟化开发和管理。一个CU可管理几个甚至几十个DU。DU分布式部署在AAU附近，也可以多个DU放置到传输设备机房中，通过光纤拉远连接到AAU，使DU更靠近用户。如图1所示。
NG-RAN是一次颠覆性创新，可以满足5G多种需求。首先，物理层部分功能下沉到AAU，有效降低了前传带宽需求。其次，大部分小区间移动性管理和切换信息只需要走到CU，降低了核心网信令开销和复杂度。进一步，CU可基于NFV架构实现，通过网络切片，满足不同网络场景的功能和性能需求，支持更加灵活地网络和业务部署。
三、NG-RAN系统部署关键问题
NG-RAN真正在5G中部署实现，还需要解决一系列关键问题。
（1）前传链路带宽问题。相比4G LTE，5G传输速率有几十倍甚至上百倍的提升，目前的前传链路难以满足需求。可以通过多种措施共同解决这个问题。一是开发更高速率的光模块，降低开发成本;二是采用更高压缩比的传输技术，降低前传流量;三是开发eCPRI接口，明确划分AAU和DU/CU的功能。
（2）超密集组网（UDN）间协作问题。5G中各种形式的宏基站、微基站、皮飞站等将共同为用户提供5G通信服务，超密集基站重叠覆盖程度高。5G支持非独立组网（NSA），其他制式的无线网络可以接入5G CU，和5G实现互联互通。这就要求在CU中引入多小区、异构网络间无线空口资源的联合调度和分配机制，进行无线频谱分配和功率分配，实现频谱效率和能量效率最大化。同时，由于5G时延的高要求，CU无线资源联合管理（RRM）需要保证快速高效。
（3）CU功能切片问题。CU主要处理非实时无线高层协议以及无线资源管理功能，适合用NFV架构实现。在此前提下，还要实现CU功能切片，进而实现5G网络端到端切片。CU切片需要解决的问题包括控制面和用户面划分、开发支持不同网络场景和应用的CU切片功能、实现不同切片的安全隔离等。
（4）DU和CU部署问题。由于前传链路能力不同，以及5G建网和对已有机房共用方案的不同等，DU和CU的物理部署可能会呈现多种形态。可以是DU和CU都放在4G基站机房，也可以是DU采用完全分布式方式或多个DU放置在传输设备机房中，而CU集中放置在运营商更高一级的综合接入机房中。未来5G无线接入网络的部署将根据具体情况及需求呈现多种形态。
参 考 文 献
[1]高勇.面向LTE系统C-RAN集中式基带池建设策略研究[J].中国新通信，2017，19（17）：158.
[2]吕婷，曹亘，张涛，李轶群.5G基站架构及部署策略[J].移动通信，2018，42（11）：72-77+83.
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