天空中那半朵云—5G接入网架构

三叶草

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在5G的网络架构中，云可谓是无处不在。中国电信的《5G技术白皮书》中，称5G的逻辑架构为“三朵云”（接入云、控制云和转发云）。其实，以铁哥的浅见，充其量可称其为“两朵半云”。怎么少了半朵呢？且听铁哥慢慢道来。
我们都知道，4G基站设备被拆分为两部分：BBU和RRU。其中BBU负责基带信号的处理，RRU负责射频信号的处理。RRU可以安装在天线侧，这样就极大地缩短了射频电缆的长度，减少了射频信号在电缆中的传输损耗。并且由于去除了2G和3G网络中的BSC（RNC）设备（BBU与核心网直连），使得网络延迟缩短。

图1 4G基站的构成

然而，这样的结构也有其不足之处，就是每个基站都需要与周围的基站直连进行通信，增加了基站的传输负担。而且，由于没有统一的基站管理网元，使得基站之间干扰协调的难度增大。由于5G的基站密度将远远大于4G网络，这一缺点在5G网络显得更为突出。
因此，在5G网络中，接入网不再采用BBU+RRU+天线这样的结构，而是被分解重构为CU+DU+AAU。见图2。

图2 5G接入网结构

其中，CU称为集中单元（Centralized Unit）,DU称为分布单元（Distribute Unit）,AAU称为有源天线单元（Active Antenna Unit）。CU和DU统称为gNB。
CU、DU和AAU，与4G中的BBU、RRU和天线并不是一一对应的关系，而是依据处理内容的实时性要求进行了功能的重新划分。
CU负责BBU中对实时性要求不高的功能，包括RRC和PDCP层，同时它也支持部分核心网功能下沉和边缘计算功能；DU负责处理BBU中对实时性要求较高的部分，包括RLC、MAC和物理高层；物理低层则下沉到AAU，AAU还包括射频部分（RRU）和天线。

图3 CU、DU和AAU的功能划分

图4 实装AAU外观

到这里，我们就可以谈谈“半朵云”的问题了。CU可以运行在通用服务器上，采用虚拟化技术，因而可以形成云结构。但是，DU和AAU仍然需要采用专用硬件，不能采用虚拟化技术，无法实现云化。所以5G接入网只能称之为“半朵云”。


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为了应对5G业务的差异性需求，5G标准支持CU和DU分离或合设的多种部署方案。
1、CU和DU合设，部署在基站机房，CU和DU按1:1比例配置。如图5。

图5 CU/DU合设于基站机房

这种方案类似于传统的4G基站，其优点是传输时延小。对于5G的URLLC业务，适合采用此方式，因其要求极低的时延（如自动驾驶）。
2、CU/DU分离，CU集中部署在综合接入机房，DU部署于基站机房。CU和DU按1:N比例配置。如图6。

图6 CU/DU分离（1）

此方案的优点是可以共享基带资源，节省了CU的设备投资，并利于基站间的干扰协调。对于eMBB和mMTC业务适合采用此种方式。
3、CU/DU分离，CU集中部署在汇聚机房，DU部署于综合接入机房。CU和DU按1:N比例配置。如图7。

图7 CU/DU分离（2）

与方案2相比，此方案的优势在于无需新建基站机房，适用于5G高密度组网。
4、CU/DU合设，集中部署在综合接入机房。CU和DU可按1:1比例配置，也可按1:N比例配置。如图8。

图8 CU/DU合设于综合接入机房

此方案也不需建设基站机房，与方案3相比，具有更低的时延。
运营商究竟选用哪种方案来组建5G接入网，需综合考虑业务需求、基站密度、建设成本、未来发展等诸多因素。
关于5G接入网技术中的边缘计算和部分核心网功能下沉等内容，铁哥计划另行撰文介绍，敬请期待。
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