5G NR 網絡下CU、DU 架構以及部署

黨麗莉 咸陽職業技術學院

一、5G 業務場景分析

在增強移動寬帶網絡中，數據的傳輸容量有大幅度的提高；在實時性方面需要考慮ms 量級的時延需求。如果采用傳統的網絡結構，一方面不利于數據的集中處理；另一方面不利于網絡虛擬化，無法適應不同無線接入技術的信號處理。

大規模機器通信連接業務特點是：數據量少，數量多，覆蓋距離可大可小，實時性要求不高等。對于傳感器類的MTC 要求1 百萬連接數/平方公里，如此巨大的數目需要設計合理的網絡結構降低成本。

對于低時延高可靠類業務，可靠性和實時性是主要的技術需求，低時延小于1ms，超可靠至少低于誤包率＜10-4。高速移動場景，需要保證在速度為300 km/h 時能提供上行20 Mbps 的傳輸速率。

二、5G RAN 網絡架構

5G 接入網由CU、DU 等多個邏輯功能組成，功能切分為CU-C、CU-U、DU。

CU-U/CU-C 承載非實時功能，可運行在通用處理器上，適合實現軟件和硬件解耦；在部署上可不依賴硬件形態，即CU-C/CU-U 可以部署在通用設備上，也可部署在專用設備上；

DU 主要承載實時處理功能，由于對時延非常敏感，涉及大量的調度、調制解調和編解碼等處理，需要專用處理的硬件來保證空口性能不下降。DU 需要部署在專用硬件上。

在CU-C/CU-U 和DU 分離部署的場景下，F1 接口和Xn接口產生的時延會直接影響網絡的性能。

DU 的實時功能，和空口時延直接相關，DU 靠近空口部署；當然，也可以部署到CO 機房。CU-C/CU-U 主要包括非實時功能，其部署位置比較靈活；如果業務對于端到端的時延要求高，可以靠近空口部署, 如URLLC 類業務。

一個gNB 包括一個CU-C 加上若干個CU-U 再加上若干個DU，也就是CU-C 與CU-U 是一對多的關系，CU-C 與DU 也是一對多的關系，而CU-U 與DU 是多對多的關系。CU 分為控制面 CU-C 和用戶面CU-U，能夠根據業務需求進行按需靈活部署。

CU-C 完成信令面的處理,其中包括RRC 層的處理、RRM 無線資源的管理、NG-C 接口、XN-C 接口的處理，適合采用通用處理器完成。CU-U 完成PDCP 功能以及NG-UXN-U 包轉發處理，可以采用通用處理器也可以采用專用處理器。

DU 需要提供實時功能的處理能力，其主要包含RLC 層，MAC層以及PHY 層功能，需要使用專用設備。同時還負責功率控制、調度、準入控制、協同控制、載波聚合等實時算法的實現， MIMO 方式選擇以及天線單元管理。

若干個DU 實例可以連接于一個CU-U 實例。因此一個CU-U實例可以對應于多個DU，即負責多個系統區域中用戶的數據收發。一個用戶可以在CU-U 包含的小區中自由移動而無須進行NG 或者Xn 切換。每一個CU-C 實例可以處理若干個DU 實例。這樣，CU-C 就可以將整片區域視為同一個區域。

本文提出一種根據實體功能處理單元給出的CU、DU 軟硬件部署架構：CU-C 獨立部署在一個X86 服務器或者刀片服務器上，采用NFV 虛擬化技術，CU 采用VFN（虛擬化網絡功能）方式進行部署，CU-U 可以與CU-C 部署在一起，也可以獨立進行部署，采用虛擬化技術可以將多個服務器，劃分成一個或者多個虛擬機，實體機服務器與虛擬機資源并非一一對應關系。一個CU 是由多個虛擬機構成，而一個虛擬機可以由多個服務器組成。

三、業務應用場景網絡架構分析

5G三大業務場景，業務訴求差異大。根據每種業務的特征和需求，無線網絡接入功能可以進行按需靈活部署，以滿足業務的時延、帶寬、大連接等需求，并達到最大的資源使用效率。

以下對三種應用場景分別進行分析，對不同業務場景的網絡部署和分布給出意見。

對于eMBB 業務，在多連接場景下，不同的連接可能對應不同的接入技術和頻段，一個連接負責覆蓋，一個連接負責容量提升容量，實現覆蓋和數據的理想結合。

對于eMBB 業務，CU 和DU 的分離架構，這樣與CU 連接的多個DU 可以獨立處理物理層以及RLC 相關信息，同時一個CU 可以處理多個連接的非實時信息。

對于mMTC 物聯網的海量連接場景下：由CU 集中管控，多個DU、RRU 連接到一個CU。機器通信的實時性要求不高，可以將CU和核心網進行共平臺部署，減少無線網和核心網的信令的交互，減少機房的數量。

隨著國內5G 運營牌照的發放以及研究的進展，5G 相關的關鍵技術將逐漸明確，期待不久的將來，隨著5G 垂直行業應用市場的蓬勃發展，會有更多更豐富的應用場景誕生。