5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要包括無(wú)線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)三部分。

無(wú)線接入網(wǎng)負(fù)責(zé)將終端接入通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)應(yīng)于終端和基站部分；核心網(wǎng)主要起運(yùn)營(yíng)支撐作用，負(fù)責(zé)處理終端用戶的移動(dòng)管理、會(huì)話管理以及服務(wù)管理等，位于基站和因特網(wǎng)之間；承載網(wǎng)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，介于無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間，是為無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。

無(wú)線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)分工協(xié)作，共同構(gòu)成了移動(dòng)通信的管道。

圖1：移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)

無(wú)線接入網(wǎng)：BBU拆分，兩級(jí)架構(gòu)變?nèi)?jí)

無(wú)線接入網(wǎng)側(cè)，基站作為提供無(wú)線覆蓋，連接無(wú)線終端和核心網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，是5G網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，相比于主要由BBU基帶處理單元、RRU射頻拉遠(yuǎn)單元、饋線和天線構(gòu)成的4G基站，5G基站BBU功能被重構(gòu)為CU和DU兩個(gè)功能實(shí)體，RRU與天線合并為AAU實(shí)體。

BBU拆分為CU和DU，使得無(wú)線接入網(wǎng)網(wǎng)元從4G時(shí)代的BBU+RRU兩級(jí)結(jié)構(gòu)演進(jìn)到CU+DU+AAU三級(jí)結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的無(wú)線接入網(wǎng)架構(gòu)也從包含前傳（BBU和RRU之間的網(wǎng)絡(luò)）和回傳（BBU和核心網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)）的兩級(jí)架構(gòu)變?yōu)?G時(shí)代包含前傳（DU和RRU/AAU之間的網(wǎng)絡(luò)）、中傳（CU和DU之間的網(wǎng)絡(luò)）和回傳（CU和核心網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)）的3級(jí)架構(gòu)，DU以星型方式連接多個(gè)AAU，CU以星型方式連接多個(gè)DU。

圖2：4G與5G基站結(jié)構(gòu)變化

新的無(wú)線接入網(wǎng)架構(gòu)意味著5G基站將具備多種部署形態(tài)，總體看主要有DRAN（分布式部署）和CRAN（集中式部署）兩種場(chǎng)景，其中CRAN又細(xì)分為CRAN小集中和CRAN大集中兩種部署模式。

DRAN是傳統(tǒng)模式，CU與DU合一，AAU共站址部署，結(jié)構(gòu)與4G類似，可利舊現(xiàn)有的機(jī)房及配套設(shè)備，光纖資源需求低，是5G無(wú)線接入網(wǎng)在建設(shè)初期快速部署時(shí)主要采用的部署模式。

CRAN兩種模式下，CU和DU均部署在不同站點(diǎn)，AAU按需拉遠(yuǎn)，需要額外敷設(shè)光纜，CU云化部署，兩種模式的不同點(diǎn)在于，CRAN小集中模式下，DU按需部署在不同機(jī)房，CRAN大集中模式下，DU池化部署在同一機(jī)房，在5G規(guī)模建設(shè)階段，CRAN模式可以大幅減少基站機(jī)房數(shù)量，節(jié)省機(jī)房建設(shè)/租賃成本，采用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源共享和動(dòng)態(tài)調(diào)度，便于提高跨基站協(xié)同效率，將成為5G無(wú)線接入的主要部署模式。

圖3：無(wú)線接入網(wǎng)部署模式

5G標(biāo)準(zhǔn)提出了5G網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的新架構(gòu)，與4G網(wǎng)絡(luò)有較大的區(qū)別，無(wú)線接入網(wǎng)的功能重新劃分及部署方式對(duì)承載網(wǎng)的架構(gòu)將產(chǎn)生較大影響，而5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的極端差異化需求，推動(dòng)了核心網(wǎng)切片及分布式部署，也對(duì)承載網(wǎng)的架構(gòu)和性能有較大影響。

5G承載組網(wǎng)架構(gòu)包括城域與省內(nèi)/省際干線兩個(gè)層面，其中城域內(nèi)組網(wǎng)按邏輯包括接入、匯聚和核心三層架構(gòu)。接入層通常為環(huán)形組網(wǎng)，匯聚和核心層根據(jù)光纖資源情況，可以分為環(huán)形組網(wǎng)與雙上聯(lián)組網(wǎng)兩種類型。

5G基站引入了CU/DU分離，提高了組網(wǎng)的靈活性，針對(duì)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的不同階段，CU/DU可以部署在承載網(wǎng)的不同位置，其中DU部署位置和4G的BBU類似，一般部署在承載網(wǎng)的接入層機(jī)房，CU可以部署在承載網(wǎng)接入層機(jī)房、匯聚層機(jī)房或者核心層機(jī)房，隨著部署層次越高，回傳接口的帶寬越大，CU容量越大，可連接的DU越多，系統(tǒng)可獲得的資源池化增益越大，但同時(shí)傳輸距離越遠(yuǎn)，CU與DU間的傳輸時(shí)延越大，對(duì)于uRLLC等時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，需要將CU盡量下沉并靠近DU部署。

圖4：承載網(wǎng)架構(gòu)和CU/DU部署位置

核心網(wǎng)：控制面和用戶面分離，用戶面部署下沉

核心網(wǎng)側(cè)，根據(jù)5G標(biāo)準(zhǔn)，5G核心網(wǎng)采用服務(wù)化架構(gòu)（SBA）設(shè)計(jì)，虛擬化方式實(shí)現(xiàn)，控制面和用戶面徹底分離。

控制面采用邏輯集中的方式實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的策略控制，保證靈活的移動(dòng)流量調(diào)度和連接管理，用戶面將專注于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)，具有簡(jiǎn)單、穩(wěn)定和高性能等特性，便于靈活部署以支持未來(lái)高帶寬、低時(shí)延業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求。

對(duì)于5G核心網(wǎng)部署方式，控制面網(wǎng)元主要集中部署在承載網(wǎng)的省級(jí)核心或區(qū)域核心，用戶面將采用根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)切片部署的方式，根據(jù)不同類型的業(yè)務(wù)的功能、性能等進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片，并分別進(jìn)行部署，不同切片部署在網(wǎng)絡(luò)的不同層級(jí)。

eMBB業(yè)務(wù)單向時(shí)延小于10ms，同時(shí)也是5G網(wǎng)絡(luò)流量最大的部分，基于時(shí)延和流量?jī)?yōu)化的目的，eMBB業(yè)務(wù)的用戶面會(huì)從4G承載網(wǎng)的省級(jí)核心下沉到城域網(wǎng)，隨著CDN網(wǎng)絡(luò)的下沉，甚至?xí)鲁恋匠怯蚓W(wǎng)的匯聚層，mMTC業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延不敏感，mMTC業(yè)務(wù)的用戶面將在較高層面集中部署，如承載網(wǎng)的省級(jí)核心，在5G初期主要是eMBB和mMTC業(yè)務(wù)，uRLLC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未完成，uRLLC業(yè)務(wù)的用戶面部署策略有待研究。

組網(wǎng)方式：NSA向SA過(guò)渡

從無(wú)線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的關(guān)系角度看，考慮到4G向5G的平滑過(guò)渡，5G架構(gòu)分為獨(dú)立組網(wǎng)方式（SA）和非獨(dú)立組網(wǎng)方式（NSA），這兩大類又有多種具體的無(wú)線網(wǎng)與核心網(wǎng)的組合選擇。

對(duì)于國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的組網(wǎng)選擇，主要有兩種：采用option2的SA，此時(shí)5G無(wú)線接入網(wǎng)（NR）與5G核心網(wǎng)（5GC）直接連接；采用option3的NSA，此時(shí)5G無(wú)線接入網(wǎng)（NR）與4G核心網(wǎng)（EPC）連接，不需要5G核心網(wǎng)，終端與5G無(wú)線接入網(wǎng)（NR）和4G無(wú)線接入網(wǎng)（eNB）采用雙連接機(jī)制。

在NSA的option3架構(gòu)中，先演進(jìn)5G無(wú)線接入網(wǎng)，保持4G的核心網(wǎng)，現(xiàn)網(wǎng)的物理和虛擬化網(wǎng)元均可軟件升級(jí)支持NSA，利舊現(xiàn)網(wǎng)機(jī)構(gòu)、接口、網(wǎng)管、計(jì)費(fèi)、運(yùn)維體系，NSA方式是5G核心網(wǎng)尚未成熟階段的過(guò)渡方案，立足于盡快部署5G網(wǎng)絡(luò)。

SA的Option2通過(guò)部署5G無(wú)線網(wǎng)接入5G核心網(wǎng)，是5G系統(tǒng)最終的目標(biāo)架構(gòu)，能夠最大程度實(shí)現(xiàn)5G的新特性和新功能，但是無(wú)法利舊現(xiàn)網(wǎng)資源，初期部署成本較高。

圖5：Option3系列與Option2組網(wǎng)架構(gòu)

結(jié)語(yǔ)：

2020年5G規(guī)模建設(shè)啟動(dòng)，5G進(jìn)入主建設(shè)期，通信系統(tǒng)設(shè)備行業(yè)進(jìn)入高景氣期，作為通信系統(tǒng)設(shè)備中增長(zhǎng)最大的部分，基站接入設(shè)備首先受益，承載網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入新建和擴(kuò)容階段，傳輸設(shè)備也將迎來(lái)投資高峰。
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