Open RAN：把5G基站拆個七零八落！

發(fā)布時間：2021-12-29作者來源：金航標(biāo)瀏覽：1569

功能拆分放到現(xiàn)在來說并不是什么新鮮事了，其概念最初在3GPP R14中就提及過，3GPP R15發(fā)布了定義，并引入了新的術(shù)語、接口和功能模塊。

但是在Open RAN中，為什么RU、DU、CU功能拆分的概念變得如此重要？

本文將帶你從Why、What、How、When四個方面進(jìn)行全面了解。

Why以前的RAN體系結(jié)構(gòu)（2G、3G和4G）是基于“monolithic”構(gòu)建塊，邏輯節(jié)點(diǎn)之間很少發(fā)生交互。然而，在新的無線電（NR）研究的最初階段，人們認(rèn)為在中央單元（CU）和分布式單元（DU）之間劃分gNB（NR邏輯節(jié)點(diǎn)）可以帶來靈活性。

靈活的硬件和軟件允許進(jìn)行可擴(kuò)展的、低成本的網(wǎng)絡(luò)部署，但前提是硬件和軟件組件可以互操作并且可以與不同供應(yīng)商進(jìn)行混合和匹配。分離式架構(gòu)（中央和分布式單元之間）允許協(xié)調(diào)性能特性、負(fù)載管理、實(shí)時性能優(yōu)化，并能夠適應(yīng)各種用例和需要支持的QoS（即游戲、語音、視頻）。

為什么Open RAN要采用分離式架構(gòu)？

下圖展示了當(dāng)前的業(yè)界看法，諾基亞認(rèn)為唯一有效的劃分是在RU和DU之間，并表示時間將證明一個供應(yīng)商的DU與另一供應(yīng)商的CU的集成是否會帶來靈活性和低成本。

結(jié)論：如果硬件和軟件組件之間的接口是開放的，功能拆分將會節(jié)省成本。

在5G RAN架構(gòu)中，BBU功能分為兩個功能單元：負(fù)責(zé)處理對實(shí)時性較高的分布式單元（DU），以及負(fù)責(zé)處理非實(shí)時、RRC、PDCP等高層協(xié)議的中央單元（CU）。

在5G C-RAN中，DU的服務(wù)器和相關(guān)軟件可以托管在站點(diǎn)本身，也可以托管在邊緣云（數(shù)據(jù)中心或中央辦公室）中，具體取決于傳輸?shù)目捎眯院颓皞鹘涌凇U的服務(wù)器和相關(guān)軟件可以與DU放在同一位置，也可以托管在區(qū)域云數(shù)據(jù)中心中。DU和RU之間的實(shí)際劃分可能會根據(jù)具體的用例和實(shí)現(xiàn)而有所不同。

RU：一個負(fù)責(zé)處理DFE和部分PHY層功能的無線電單元，其設(shè)計的關(guān)鍵考慮因素是尺寸、重量和功耗。

DU：靠近RU的分布式單元，主要處理RLC、MAC和部分PHY層功能。該邏輯節(jié)點(diǎn)包括eNB/gNB功能的子集，具體取決于功能拆分選項，其操作由CU控制。

CU：負(fù)責(zé)處理RRC、PDCP等高層協(xié)議的中央單元。gNB由一個CU和一個DU組成，分別通過CP和UP的Fs-C和Fs-U接口連接到CU。具有多個DU的CU將支持多個gNB。分離架構(gòu)使5G網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)中傳可用性和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，在CU和DU之間利用不同的協(xié)議棧分布。CU可以通過中傳接口對多個DU進(jìn)行集中式管理。

集中式基帶部署允許在不同RU之間進(jìn)行負(fù)載平衡，這就是為什么在大多數(shù)情況下，DU將與RU搭配以執(zhí)行所有密集處理任務(wù)。以邊緣為中心的基帶處理可提供低延遲、具有實(shí)時干擾管理的無縫移動性和最佳資源優(yōu)化。
業(yè)界認(rèn)為連接RU和DU的底層接口是eCPRI，以提供[敏感詞]的延遲，前傳延遲被限制為100微秒。

需要注意的是，DU / CU拆分幾乎不受基礎(chǔ)設(shè)施類型的影響。新的接口主要是DU和CU之間的F1接口，它們需要能跨不同的供應(yīng)商互操作，以真正實(shí)現(xiàn)Open RAN。中傳（Midhaul）將CU與DU連接起來。

4G / 5G核心通過回傳（Backhaul）連接到CU，5G核心距離CU最多可以200公里。

對于延遲敏感的服務(wù)，基于適當(dāng)?shù)那皞骺捎眯裕?/span>MAC-PHY拆分是[敏感詞]解決方案。Option 7 split架構(gòu)中，DU處理RRC / PDCP / RLC / MAC和較高PHY功能的模塊，而RU則處理較低PHY和RF功能的模塊。CU功能可以與DU嵌入在同一臺服務(wù)器上，也可以將其作為一個虛擬化聚合實(shí)體與OpenRAN控制器或聚合器一起推到網(wǎng)絡(luò)上。

Split 8是基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的CPRI接口，對于traffic split 8，除射頻外的所有功能（從PHY到RRC層）都由DU處理，而RF層位于無線電中。

這種劃分在2G和3G中非常有效。在2G和3G中，流量速率要低得多，可以在x86服務(wù)器上輕松地完成，同時允許運(yùn)營商使用成本優(yōu)化的RU。對傳統(tǒng)Split-8的改進(jìn)在于，為了使RU在同一FH接口上運(yùn)行多種技術(shù)，它們現(xiàn)在需要在RU和DU之間使用eCPRI代替的傳統(tǒng)CPRI接口。

這種方法允許從RU集中進(jìn)行流量聚合，從而實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)LTE生態(tài)系統(tǒng)到NR生態(tài)系統(tǒng)的無縫遷移。

RAN DU位于RU和CU之間，執(zhí)行實(shí)時L2功能（基帶處理）。在O-RAN聯(lián)盟工作組中，DU被提議支持多層RU。為了正確處理數(shù)字信號并加快網(wǎng)絡(luò)流量，可以使用FPGA。雖然硬件加速被認(rèn)為是5G的必要條件，但在2G、3G甚至4G等以前的技術(shù)中就不那么必要了。

圍繞FPGA和GPU的硬件加速器也得到了關(guān)注，以加速針對5G無線電基帶最底層的實(shí)時敏感處理。愛立信和諾基亞正在研究針對某些vRAN工作負(fù)載的基于GPU的加速，特別是5G M-MIMO和AI。

主要結(jié)論：不同的拆分適用于不同的用例。

When如何在體系結(jié)構(gòu)中劃分新的無線電（NR）功能取決于與無線電網(wǎng)絡(luò)部署方案和預(yù)期支持用例相關(guān)的某些因素。這里面有三個關(guān)鍵要素：