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5.4 CU/DU分离与底层切分

传统的4G基站普遍采用BBU-RRU分离的架构,在5G标准讨论伊始,众多运营商便提出未来5G需要将BBU-RRU进一步重构,并拆分成CU(集中单元)、DU (分布单元)和RU(远端单元) [5] ,究其驱动力主要包括以下几个方面:

(1)无线网云化和虚拟化;

(2)提升小区间的协作能力;

(3)集中锚点使4G/5G融合组网;

(4)应对密集组网,提升切换性能。

接入网架构的重构将带来网元数目的增加,为实现异厂商不同网元设备间的互连互通,运营商阵营在 5G 可行性研究阶段便将接入网架构分离的场景和需求写入中国移动牵头的5G需求研究报告(TR38.913)中。

3GPP 关于接入网架构重构的讨论主要聚焦两大核心问题,一是协议栈如何切分,二是3GPP是否针对切分选项进行标准化工作。协议栈具有多种切分方案,不同切分方案的适用场景和性能增益不同,同时对接口的带宽、传输时延、同步等参数要求也有很大差异,最终3GPP共计提出8种协议栈切分选项。从整体上看,切分越偏向协议栈底层,协作增益越大,运维复杂度越低,但对带宽和时延的需求越高。其中选项1~5可以看作高层切分,选项6~8可以看作低层切分。关于是否在3GPP开展CU/DU切分选项标准化工作,运营商和设备商之间进行了激烈的博弈,运营商阵营希望通过标准化的接口,有效实现异厂商设备的互连互通,为未来 5G网络部署提供更大的灵活性;而设备商阵营出于保护市场份额等角度考虑,不希望接口标准化。协议栈各种切分选项如图5.4-1所示。

图5.4-1 协议栈各种切分选项

在高层切分方面,考虑到几乎所有运营商均提出强烈的诉求,设备制造商最终形成妥协,同意开展 CU-DU 高层切分的标准化工作,但对具体选择哪种高层切分方案又产生了分歧,3GPP的相关公司形成支持选项2(PDCP-RLC切分)和选项3 (RLC内部切分)的两大阵营。其中,支持选项2的公司主要包括中国移动、爱立信和华为等公司,支持选项3的公司主要包括韩国电信、诺基亚、大唐等公司。为了从两个切分选项中最终遴选出一个方案开展后续标准化工作,各公司从未来部署场景和实际需求出发,紧锣密鼓地开展了方案优劣势评估工作。但由于两个方案各有优缺点,难分伯仲,3GPP曾决定采用投票的方式决定标准化哪种方案。在2017年4月的小组会上,由于支持选项2的公司相对较多,并考虑到PDCP-RLC性能更优、健壮性更强,且与双连接分流方案兼容性较好,最终支持选项3的阵营选择了妥协,同意在Rel-15 版本仅标准化PDCP-RLC 协议栈切分选项。就这样,全球运营商历经1年多的艰苦努力,所推“集中/分布式(CU/DU)无线网络架构方案及高层协议栈切分方案”被3GPP采纳,成为5G无线接入网的标准架构。

相比于高层切分,底层切分标准化讨论更加复杂和艰辛。底层切分并不是 5G引入的新鲜事物,已广泛使用于2G/3G/4G基站设备中,对应于RRU和BBU之间的切分,即切分选项8。5G的大带宽和多天线等需求使得RRU和BBU之间前传接口的带宽需求剧增,促使业界重新考虑 DU 和 RU 之间功能的重构,CPRI 联盟于2017年8月发布了eCPRI规范以满足5G的需求,但对于是否在3GPP开展底层切分接口标准化工作产生了巨大的分歧。与高层切分不同,底层切分涉及设备商核心算法,开放难度很大,并不是所有的运营商都对底层切分3GPP标准化感兴趣(主要是NTT DoCoMo、沃达丰和意大利电信等欧美运营商强力推动该接口的3GPP标准化),遭到了设备制造商的极力抵制,且底层切分选项7根据5G新空口物理层功能模块又进一步细化成7-1、7-2和7-3等子选项,对于是否标准化及选择哪种切分选项标准化,各公司很难达成一致。最终底层切分选项仅开展了标准化研究工作,截至5G新空口第一版本发布之时,3GPP仍未同意开展底层切分接口的标准化工作。 6+jm/kxP42TSi9JiHx3tSoNN30xH0H5GhP6rSrW4F3zWHqKUYMAuG9KnHU79GV3l

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