無(wú)線接入網(wǎng)架構(gòu)探討

劉亮　陳卓　金巴　黃學(xué)艷　劉光毅

為滿足5G多樣化的需求，如何設(shè)計(jì)靈活、魯棒且支持4G向5G平滑演進(jìn)的接入網(wǎng)架構(gòu)是5G需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。從場(chǎng)景和關(guān)鍵能力指標(biāo)出發(fā)，首先分析了5G無(wú)線接入網(wǎng)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)，指出了5G接入網(wǎng)應(yīng)具備的主要技術(shù)特征，然后探討了面向標(biāo)準(zhǔn)化5G接入網(wǎng)架構(gòu)相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵功能應(yīng)如何設(shè)計(jì)的問(wèn)題，并針對(duì)CU-DU架構(gòu)分析了各種切分選項(xiàng)的優(yōu)/劣勢(shì)，為移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商制定5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略提供技術(shù)依據(jù)。

5G 接入網(wǎng)架構(gòu) 集中式單元 分布式單元 前傳接口

1 引言

移動(dòng)通信已經(jīng)深刻地改變了人們的生活，但人們對(duì)更高性能移動(dòng)通信的追求從未停止。為了應(yīng)對(duì)未來(lái)爆炸性的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)、海量的設(shè)備連接以及不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)景，第五代移動(dòng)通信（5G）系統(tǒng)將應(yīng)運(yùn)而生[1]。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展的兩大主要驅(qū)動(dòng)力。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)顛覆了傳統(tǒng)的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)模式，將為用戶提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清（3D）視頻、移動(dòng)云等更為身臨其境的極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展將帶來(lái)未來(lái)移動(dòng)流量的指數(shù)增長(zhǎng)，據(jù)IMT-2020預(yù)測(cè)[2]，我國(guó)在2010年到2020年移動(dòng)數(shù)據(jù)量將增長(zhǎng)300倍以上，2010年到2030年將增長(zhǎng)超4萬(wàn)倍。其中發(fā)達(dá)城市及熱點(diǎn)地區(qū)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增速更快，2010年到2020年上海市的增長(zhǎng)率可達(dá)600倍，北京熱點(diǎn)區(qū)域的增長(zhǎng)率達(dá)1000倍。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展了移動(dòng)通信的服務(wù)范圍，從人與人通信延伸到了物與物、人與物的智能互聯(lián)，使移動(dòng)通信技術(shù)滲透至垂直行業(yè)，移動(dòng)醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制等將會(huì)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的爆發(fā)式增長(zhǎng)。根據(jù)預(yù)測(cè)，到2030年，包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在內(nèi)的全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備總數(shù)將達(dá)到1000億量級(jí)，其中我國(guó)超過(guò)200億。

根據(jù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)特征和使用場(chǎng)景，5G主要技術(shù)場(chǎng)景可進(jìn)一步細(xì)分為增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（包含連續(xù)廣域覆蓋和熱點(diǎn)高容量，eMBB）、低時(shí)延高可靠通信（URLLC）和低功耗大連接（mMTC）。ITU和中國(guó)IMT-2020推進(jìn)組針對(duì)5G典型的應(yīng)用場(chǎng)景制定了關(guān)鍵能力，包括0.1～1 Gbps的用戶體驗(yàn)速率，“數(shù)十Gbps”的峰值速率，“數(shù)十Tbps/km2”的流量密度，一百萬(wàn)/每平方公里的連接數(shù)，毫秒級(jí)的端到端時(shí)延以及百倍以上能耗提升和單位比特成本降低。

ITU制定的5G典型應(yīng)用場(chǎng)景和關(guān)鍵能力的需求滿足成為通信產(chǎn)業(yè)界面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。綜合考慮需求、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以及網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)等因素，5G應(yīng)該同時(shí)存在新空口和4G演進(jìn)空口兩條路線。一方面，LTE/LTE-A作為4G標(biāo)準(zhǔn)，已在全球范圍內(nèi)大規(guī)模部署，中國(guó)移動(dòng)近兩年也建成了世界上最大的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，為了保證投資和網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)，4G空口將在現(xiàn)有4G框架基礎(chǔ)上持續(xù)演進(jìn)和增強(qiáng)，在保證兼容性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)性能的進(jìn)一步提升，在一定程度上滿足5G場(chǎng)景與業(yè)務(wù)需求。比如，為了滿足eMBB需求，4G演進(jìn)通過(guò)更多的載波聚合和多天線增強(qiáng)，如FD-MIMO、Massive MIMO等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)更高的吞吐率；通過(guò)多連接、多RAT融合持續(xù)增強(qiáng)技術(shù)能帶來(lái)更好的異構(gòu)組網(wǎng)和用戶體驗(yàn)；為了滿足mMTC場(chǎng)景需求，基于4G的M2M特性，如NB-IoT、eMTC將在技術(shù)和能帶來(lái)上持續(xù)演進(jìn)和增強(qiáng)，滿足一定場(chǎng)景的需要；為了滿足URLLC場(chǎng)景需求，可以基于現(xiàn)有4G演進(jìn)LTE-V技術(shù)拓展車聯(lián)網(wǎng)等場(chǎng)景。但另一方面，受限于4G技術(shù)框架的約束，大規(guī)模天線、超密集組網(wǎng)、業(yè)務(wù)智能感知和分發(fā)、新波形和多址技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)框架和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下難以被采用而潛力未能發(fā)揮出來(lái)，4G演進(jìn)無(wú)法以低復(fù)雜度滿足5G極致性能需求。因此，5G需要突破后向兼容的限制，設(shè)計(jì)全新的空口，全面滿足5G關(guān)鍵指標(biāo)要求。綜合考慮，5G需要新空口和4G演進(jìn)空口協(xié)同發(fā)展。

5G多業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求和關(guān)鍵指標(biāo)能力要求，以及4G演進(jìn)空口和5G新空口協(xié)同發(fā)展的訴求給無(wú)線接入網(wǎng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。本文首先從場(chǎng)景、需求和關(guān)鍵能力出發(fā)探討5G接入網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)，以及應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)接入網(wǎng)應(yīng)具備的關(guān)鍵技術(shù)特征，然后從標(biāo)準(zhǔn)化的角度探討5G接入網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素、存在哪些技術(shù)路線以及優(yōu)劣勢(shì)分析，主要聚焦接入網(wǎng)與核心網(wǎng)功能劃分，接入網(wǎng)與核心網(wǎng)接口以及接入網(wǎng)內(nèi)部邏輯架構(gòu)。

2 5G接入網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)和關(guān)鍵技術(shù)特征

5G接入網(wǎng)設(shè)計(jì)需要考慮關(guān)鍵能力指標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)能力和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)要求這3個(gè)方面的因素?，F(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和滿足5G所提出的業(yè)務(wù)和能力需求方面，都面臨著新的挑戰(zhàn)。主要包括以下幾個(gè)方面：

◆無(wú)法為用戶提供一致的良好體驗(yàn)：在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，基站之間的交互功能不強(qiáng)或者不夠靈活，無(wú)法通過(guò)基站間通信實(shí)現(xiàn)高效的無(wú)線資源調(diào)度、移動(dòng)性管理和干擾協(xié)調(diào)等功能，導(dǎo)致現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)小區(qū)中心和邊緣用戶體驗(yàn)速率差異較大，很難滿足廣域覆蓋下100 Mbps及熱點(diǎn)地區(qū)1 Gbps的用戶體驗(yàn)速率。

◆數(shù)據(jù)路由和分發(fā)手段單一：現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)均通過(guò)核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)，模式單一，由于核心網(wǎng)關(guān)部署位置很高，導(dǎo)致業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流量向網(wǎng)絡(luò)中心匯聚，特別是針對(duì)5G熱點(diǎn)區(qū)域“數(shù)十Tbps/km2”流量密度的場(chǎng)景，對(duì)移動(dòng)回傳網(wǎng)絡(luò)造成較大的壓力。此外，現(xiàn)有端到端通信在控制面和數(shù)據(jù)面需要通過(guò)多跳網(wǎng)絡(luò)路由，傳輸路徑較長(zhǎng)，時(shí)延難以有效降低，無(wú)法滿足低時(shí)延高可靠性業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求。5G網(wǎng)絡(luò)需要支持多樣化的數(shù)據(jù)路由與分發(fā)功能、降低業(yè)務(wù)時(shí)延、支持多種回傳機(jī)制，優(yōu)化數(shù)據(jù)路由，提高傳輸效率。

◆業(yè)務(wù)感知與開(kāi)放能力不足：當(dāng)前無(wú)線接入網(wǎng)一直作為“盲管道”存在，缺乏對(duì)用戶和業(yè)務(wù)的感知能力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理和最優(yōu)匹配。

◆網(wǎng)絡(luò)協(xié)同能力有限：現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)只有核心網(wǎng)側(cè)的多網(wǎng)協(xié)同，由于不同接入技術(shù)采用不同的移動(dòng)性管理、QoS控制，導(dǎo)致互操作中復(fù)雜的信令流程出現(xiàn)。另一方面，多制式無(wú)法在接入網(wǎng)側(cè)進(jìn)行更緊密的協(xié)同，性能達(dá)不到最優(yōu)，尤其未來(lái)5G接入網(wǎng)包含4G演進(jìn)和5G新空口，接入網(wǎng)側(cè)協(xié)作將更為重要。

5G接入網(wǎng)架構(gòu)可以通過(guò)增強(qiáng)協(xié)作控制、優(yōu)化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分發(fā)管理，支持多網(wǎng)融合與多連接，支撐靈活動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)功能和拓?fù)浞植?，以及促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放等幾個(gè)方面，來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)靈活性、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)性能和用戶體驗(yàn)、業(yè)務(wù)的有效結(jié)合度，如圖1所示。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)會(huì)向更扁平、基于控制和轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)一步分離、可以按照業(yè)務(wù)需求靈活動(dòng)態(tài)組網(wǎng)的方向演進(jìn)。運(yùn)營(yíng)商將可針對(duì)不同的業(yè)務(wù)、用戶需求，快速靈活按需地實(shí)現(xiàn)滿足不同質(zhì)量業(yè)務(wù)需求的組網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)整體的效率進(jìn)一步得到提升。

3 面向標(biāo)準(zhǔn)化5G接入網(wǎng)設(shè)計(jì)探討

全球范圍內(nèi)已普遍認(rèn)為5G將在2020年全面商用，當(dāng)前，制定全球統(tǒng)一的5G標(biāo)準(zhǔn)已成為業(yè)界共同的呼聲。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）已經(jīng)啟動(dòng)了面向5G標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，并明確了IMT-2020（5G）的工作計(jì)劃：2015年中完成IMT-2020國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)前期研究，2016年開(kāi)展5G技術(shù)性能需求和評(píng)估方法研究，2017年底啟動(dòng)5G候選方案征集，2020年底完成標(biāo)準(zhǔn)制定。3GPP作為國(guó)際移動(dòng)通信行業(yè)的主要標(biāo)準(zhǔn)組織，將承擔(dān)5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的制定工作。3GPP R14階段被認(rèn)為是啟動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)研究的最佳時(shí)機(jī)，R15階段可啟動(dòng)5G標(biāo)準(zhǔn)工作項(xiàng)目，R16及以后將對(duì)5G標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善與增強(qiáng)。在2016年3月的3GPP第71次RAN全會(huì)上，會(huì)議通過(guò)了“Study on New Radio Access Technology”的研究課題，目的是研究面向5G的新無(wú)線系統(tǒng)。前面章節(jié)通過(guò)討論5G的場(chǎng)景和關(guān)鍵能力指標(biāo)需求、5G接入網(wǎng)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)，分析了5G接入網(wǎng)架構(gòu)應(yīng)該具備的主要特征，本章將詳細(xì)探討這些主要特征和設(shè)計(jì)原則如何在標(biāo)準(zhǔn)化工作中體現(xiàn)。

3.1 接入網(wǎng)功能

5G新系統(tǒng)包含4G演進(jìn)空口和5G新空口兩條路線，4G系統(tǒng)已在全球范圍內(nèi)部署，接入網(wǎng)的功能設(shè)計(jì)比較穩(wěn)定且具有可借鑒的價(jià)值，因此，5G接入網(wǎng)功能應(yīng)以4G接入網(wǎng)功能作為基準(zhǔn)，同時(shí)為了滿足5G系統(tǒng)新的場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求，考慮增加部分接入網(wǎng)新功能。

5G接入網(wǎng)應(yīng)具備以下基本功能[3]：

◆用戶數(shù)據(jù)傳輸：提供接入網(wǎng)和核心網(wǎng)接口到空口的數(shù)據(jù)傳輸能力；

◆空口數(shù)據(jù)的加/解密：保障空口數(shù)據(jù)安全，防止信息被他人截獲；

◆完整性保護(hù)：用于保證信令在空口傳輸?shù)耐暾裕?/p>

◆頭壓縮：用于減少IP流中報(bào)頭開(kāi)銷；

◆移動(dòng)性控制功能：管理RAN側(cè)切換和雙連接；

◆小區(qū)間干擾協(xié)調(diào)：提供多小區(qū)RRM功能，將小區(qū)間干擾控制在一定的范圍內(nèi)；

◆承載建立與釋放：負(fù)責(zé)接入網(wǎng)連接建立、管理和釋放；

◆負(fù)載均衡：處理多小區(qū)間不均衡的業(yè)務(wù)負(fù)荷，使得各小區(qū)空口資源能夠充分利用；

◆NAS消息的分發(fā)：NAS的消息通過(guò)RRC消息和S1-AP在接入層進(jìn)行透?jìng)鳎?/p>

◆接入網(wǎng)共享：該功能使得多個(gè)PLMN可以共享接入網(wǎng)；

◆尋呼；

◆定位。

……

除了以上基本功能，為了應(yīng)對(duì)本文提到的網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)，接入網(wǎng)還應(yīng)新增以下功能：

◆網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)：不同于傳統(tǒng)的所有場(chǎng)景通用一樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和流程，5G網(wǎng)絡(luò)將面向不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在滿足業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高的網(wǎng)絡(luò)效率。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的選擇和提供將通過(guò)一個(gè)通用的、可管可控的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)施可以實(shí)現(xiàn)軟件定義、可編程的網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而可以幫助實(shí)現(xiàn)靈活和可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片是端到端定義的，接入網(wǎng)為了支持端到端網(wǎng)絡(luò)切片需要具備切片功能以及核心網(wǎng)切片選擇功能。

◆LTE與NR緊互操作：該功能支持LTE和NR間接入網(wǎng)側(cè)更加緊密的互操作，如雙連接。

◆NR內(nèi)多連接：支持終端同時(shí)連接NR制式內(nèi)部多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

◆基于LTE與NR之間接口的跨制式切換：支持通過(guò)LTE與NR間接口進(jìn)行LTE與NR間的小區(qū)切換，類似于E-UTRAN基于X2的切換。

◆引入非激活狀態(tài)：該狀態(tài)是介于空閑態(tài)和連接態(tài)之間的中間態(tài)，主要特征是RAN側(cè)連接釋放，可以進(jìn)行小區(qū)選擇/重選、測(cè)量等，但RAN側(cè)保留UE上下文，例如UE能力、無(wú)線側(cè)承載特征等，便于UE快速接入網(wǎng)絡(luò)。

3.2 接入網(wǎng)和核心網(wǎng)接口

在2020年5G商用之前，4G將會(huì)持續(xù)演進(jìn)以滿足日益增長(zhǎng)的容量需求。因此，4G演進(jìn)系統(tǒng)和5G新系統(tǒng)將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)共存和互操作。此外，5G新空口NR如何引入也存在兩種典型的模式，一種是5G NR獨(dú)立組網(wǎng)，不依賴于4G eLTE工作；另一種模式是：首先，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速部署和商用，5G新空口不獨(dú)立工作，僅具備數(shù)據(jù)面功能，依賴于4G eLTE組網(wǎng)，終端采用雙連接，然后網(wǎng)絡(luò)再進(jìn)行二次升級(jí)至獨(dú)立組網(wǎng)工作。

4G演進(jìn)系統(tǒng)包含eLTE和EPC，5G新系統(tǒng)包含NR和5G新核心網(wǎng)，考慮到4G和5G系統(tǒng)接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的同時(shí)存在以及5G新空口引入模式的多樣性，5G接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間的接口具有多種選項(xiàng)，對(duì)應(yīng)著不同的4G向5G的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)路線。

（1）5G NR和eLTE均獨(dú)立組網(wǎng)場(chǎng)景下的接入網(wǎng)與核心網(wǎng)接口，如圖2所示。

在圖2（a）中，所有支持eLTE和NR的核心網(wǎng)組件均由EPC提供，因此需要EPC演進(jìn)支持接入技術(shù)無(wú)關(guān)的功能。該選項(xiàng)雖然具有對(duì)既有接入網(wǎng)影響較小的優(yōu)勢(shì)，但是為了支持增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、海量連接和低時(shí)延高可靠場(chǎng)景，EPC只能在現(xiàn)有技術(shù)框架下升級(jí)，具有很小的自由度且效率不高。此外，該選項(xiàng)下NR需要同時(shí)支持到EPC和5G新核心網(wǎng)的接口，復(fù)雜度較高。

在圖2（b）中，核心網(wǎng)的功能由EPC演進(jìn)和5G新核心網(wǎng)提供，EPC演進(jìn)僅支持eLTE，5G新核心網(wǎng)僅支持NR。該選項(xiàng)可以在不影響既有接入網(wǎng)的同時(shí)在核心網(wǎng)側(cè)引入網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，如控制面/轉(zhuǎn)發(fā)面分離、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化和網(wǎng)絡(luò)切片等，然而該優(yōu)勢(shì)只有在存在NR覆蓋的范圍內(nèi)才能得到體現(xiàn)。如果初期階段NR的覆蓋不好，比如采用較高的頻段，NR和LTE間的切換不可避免，則需要依賴EPC和5G新核心網(wǎng)間的接口實(shí)現(xiàn)，這將帶來(lái)該接口上較多的信令開(kāi)銷。

在圖2（c）中，所有支持eLTE和NR的核心網(wǎng)組件均由5G新核心網(wǎng)提供，該選項(xiàng)具有后向兼容性，即僅支持LTE網(wǎng)絡(luò)的終端仍可以通過(guò)eLTE接入演進(jìn)的EPC。更為重要的是，在該選項(xiàng)下，由于eLTE和NR均接入到5G新核心網(wǎng)，圖2（b）選項(xiàng)中移動(dòng)性引起的信令開(kāi)銷問(wèn)題在該選項(xiàng)中可以得到很好的解決。但需要指出的是，該選項(xiàng)需要升級(jí)LTE eNB同時(shí)支持到EPC和5G核心網(wǎng)的連接。

（2）eLTE獨(dú)立組網(wǎng)，5G NR非獨(dú)立組網(wǎng)場(chǎng)景下的接入網(wǎng)與核心網(wǎng)接口，如圖3所示：

圖3（a）和（b）是eLTE獨(dú)立組網(wǎng)但5G NR非獨(dú)立組網(wǎng)場(chǎng)景，5G NR依賴于eLTE工作，這兩個(gè)選項(xiàng)的差別在于選項(xiàng)圖3（a）eLTE接入至EPC，而圖3（b）中eLTE接入至5G新核心網(wǎng)。終端采用雙連接工作，網(wǎng)絡(luò)側(cè)雙連接數(shù)據(jù)分流存在兩種方式，既可以通過(guò)基站分流也可以通過(guò)核心網(wǎng)側(cè)分流。

（3）5G NR獨(dú)立組網(wǎng)，eLTE非獨(dú)立組網(wǎng)場(chǎng)景下的接入網(wǎng)與核心網(wǎng)接口，如圖4所示：

不管5G NR初期引入采用獨(dú)立組網(wǎng)還是非獨(dú)立組網(wǎng)，從長(zhǎng)期網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)角度來(lái)看，5G NR終將獨(dú)立工作，且5G NR由于具有性能優(yōu)勢(shì)將會(huì)漸漸取代eLTE網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有4G系統(tǒng)低頻段頻率也將逐漸翻頻用于5G NR，達(dá)到全網(wǎng)覆蓋。因此，當(dāng)終端均通過(guò)5G NR提供控制面連接后，可將eLTE作為輔小區(qū)擴(kuò)展數(shù)據(jù)通道以充分利用已有eLTE投資，直至eLTE網(wǎng)絡(luò)退網(wǎng)。

3.3 接入網(wǎng)邏輯架構(gòu)

3G系統(tǒng)中接入網(wǎng)邏輯節(jié)點(diǎn)由NB和RNC組成，4G邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)更加扁平化，僅包含eNB節(jié)點(diǎn)。2015年12月份3GPP RAN全會(huì)啟動(dòng)了5G場(chǎng)景和需求研究項(xiàng)目，第71次RAN全會(huì)通過(guò)的5G場(chǎng)景和需求研究報(bào)告明確指出了對(duì)5G接入網(wǎng)架構(gòu)的需求，其中區(qū)別于4G接入網(wǎng)的幾個(gè)典型需求如下：

◆接入網(wǎng)支持分布式遠(yuǎn)端單元（RU，Remote Unit）和集中單元（CU，Central Unit）功能劃分，且支持協(xié)議棧功能在CU和DU之間遷移；

◆支持控制面和用戶面分離；

◆接入網(wǎng)內(nèi)部接口需要開(kāi)放，能夠支持異廠商間互操作；

◆支持終端同時(shí)連接至多個(gè)收/發(fā)信機(jī)節(jié)點(diǎn)（多連接）；

◆支持有效的跨基站間的協(xié)調(diào)調(diào)度。

根據(jù)上述RAN全會(huì)定義的對(duì)接入網(wǎng)架構(gòu)的需求，5G接入網(wǎng)邏輯架構(gòu)主要存在3種選項(xiàng)，如圖5所示。其中圖5（a）是一種扁平架構(gòu)，類似于4G接入網(wǎng)架構(gòu)，而圖5（b）將接入網(wǎng)分為CU和DU邏輯節(jié)點(diǎn)。CU是一個(gè)集中式節(jié)點(diǎn)，能夠控制和協(xié)調(diào)多個(gè)小區(qū)，包含協(xié)議棧高層控制和數(shù)據(jù)功能，也可能包含一部分基帶處理功能。DU是分布式單元，實(shí)現(xiàn)射頻前端（RRH）功能和其余基帶處理功能，CU和DU之間通過(guò)前傳接口連接。圖5（c）將CU的控制面功能和數(shù)據(jù)面功能進(jìn)一步劃分，形成控制面節(jié)點(diǎn)和用戶面節(jié)點(diǎn)。相比于圖5（a）的扁平化架構(gòu)，圖5（b）和（c）無(wú)線網(wǎng)兩級(jí)結(jié)構(gòu)的好處在于能夠獲得小區(qū)間協(xié)作增益，實(shí)現(xiàn)集中負(fù)載管理；同時(shí)高效實(shí)現(xiàn)密集組網(wǎng)下的集中控制，比如多連接、密集切換，獲得池化增益，使能NFV/SDN，滿足運(yùn)營(yíng)商某些5G場(chǎng)景的部署需求。

3種邏輯架構(gòu)選項(xiàng)的優(yōu)缺點(diǎn)分析如表1所示。需要特別指出的是，上述接入網(wǎng)選項(xiàng)僅是邏輯架構(gòu)，不應(yīng)排除實(shí)際部署時(shí)既支持協(xié)議棧靈活部署，也需要支持一體化基站部署，以滿足不同場(chǎng)景的需求。

從圖5可以看出，接入網(wǎng)兩級(jí)架構(gòu)CU和DU之間需要接口進(jìn)行連接，業(yè)界廣泛地將其稱為下一代前傳接口（NGFI，Next Generation Fronthaul Interface）[4]。基站通常情況下包括射頻和基帶功能，而后者又由物理層、第二層（MAC、RLC、PDCP等子層）以及第三層（如RRC）等協(xié)議功能層構(gòu)成。CU/DU具有多種切分方案，不同切分方案的適用場(chǎng)景和性能增益均不同，同時(shí)對(duì)NGFI接口的帶寬、傳輸時(shí)延、同步等參數(shù)要求也有很大差異?？紤]到5G新無(wú)線系統(tǒng)的研究項(xiàng)目剛剛啟動(dòng)，未來(lái)5G新空口協(xié)議棧如何設(shè)計(jì)仍不清晰，這里先以4G LTE協(xié)議棧作為例子分析各種切分方案的特點(diǎn)以及對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的需求。

圖6給出了CU/DU間的各種切分選項(xiàng)[5]，表2對(duì)其中主要幾種切分選項(xiàng)從性能增益、帶寬和時(shí)延要求、運(yùn)維復(fù)雜度等方面進(jìn)行了初步評(píng)估。從整體上看，切分越偏向協(xié)議棧，底層協(xié)作增益越大，運(yùn)維復(fù)雜度越低，但對(duì)帶寬和時(shí)延的需求越高。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從5G場(chǎng)景和關(guān)鍵能力指標(biāo)出發(fā)，首先分析了5G無(wú)線接入網(wǎng)設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)，指出了5G接入網(wǎng)應(yīng)具備的主要技術(shù)特征，然后探討了面向標(biāo)準(zhǔn)化5G接入網(wǎng)架構(gòu)相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵功能應(yīng)如何設(shè)計(jì)，并分析了各種潛在技術(shù)路線的優(yōu)/劣勢(shì)。

考慮到5G關(guān)鍵能力指標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)能力和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)等因素，現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和滿足5G所提出的業(yè)務(wù)和能力需求方面，都面臨著新的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在無(wú)法為用戶提供一致的良好體驗(yàn)，數(shù)據(jù)路由和分發(fā)手段單一，業(yè)務(wù)感知與開(kāi)放能力不足以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)同能力有限。為了彌補(bǔ)這些不足，5G接入網(wǎng)應(yīng)具備智能感知和優(yōu)化、本地?cái)?shù)據(jù)處理、靈活功能和動(dòng)態(tài)拓?fù)湟约坝脩魺o(wú)感知的接入與移動(dòng)性等關(guān)鍵技術(shù)特征。

本文從面向標(biāo)準(zhǔn)化的角度分析了接入網(wǎng)功能設(shè)計(jì)，接入網(wǎng)與核心網(wǎng)接口以及接入網(wǎng)內(nèi)部邏輯架構(gòu)。5G接入網(wǎng)功能應(yīng)以4G接入網(wǎng)功能為基準(zhǔn)，并且需要新增部分功能包括LTE和NR緊互操作，支持網(wǎng)絡(luò)切片，非激活態(tài)狀態(tài)以及通過(guò)LTE和NR間接口實(shí)現(xiàn)跨RAT間移動(dòng)性?？紤]到4G和5G系統(tǒng)接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的同時(shí)存在以及兩種5G新空口引入模式的選擇，5G接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間的接口具有多種選項(xiàng)，各有優(yōu)/劣勢(shì)，未來(lái)將排除哪種選項(xiàng)有賴接入網(wǎng)和核心網(wǎng)相關(guān)工作組的進(jìn)一步討論。3GPP 5G需求研究報(bào)告對(duì)5G接入網(wǎng)提出了新的需求，為了滿足這些需求，5G接入網(wǎng)邏輯架構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)兩級(jí)架構(gòu)，包含遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)和集中節(jié)點(diǎn)，且需要支持協(xié)議棧在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間靈活遷移，不同協(xié)議棧切分選項(xiàng)對(duì)前傳網(wǎng)絡(luò)的需求差異也較大，整體上看，切分越偏向協(xié)議棧，底層協(xié)作增益越大，運(yùn)維復(fù)雜度越低，但對(duì)帶寬和時(shí)延的需求也越高。未來(lái)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)是否引入該架構(gòu)，協(xié)議棧拆分方案分別適用于哪種場(chǎng)景，對(duì)傳輸有哪些需求仍待討論。目前在標(biāo)準(zhǔn)化層面關(guān)于集中節(jié)點(diǎn)和遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)的討論還處于初級(jí)階段，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間協(xié)議棧和功能如何劃分以及之間的接口是否需要標(biāo)準(zhǔn)化均是未來(lái)接入網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方面需要關(guān)注的焦點(diǎn)。

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