三大場景5G NR部署關(guān)注事項(xiàng)

摘要：隨著5G RAN 3層架構(gòu)的逐漸明確，原4G時代的BBU拆分為CU和DU，其中非實(shí)時的無線高層協(xié)議棧功能引入到CU，物理層功能和實(shí)時性需求的層2功能引入到DU，部分實(shí)時性更高的物理層功能并入RRU。5G NR基站的規(guī)劃正是基于新的3層架構(gòu)，通過從4G到5G RAN架構(gòu)的演進(jìn)、CU/DU/RRU多種部署組合方式、NR基站多種部署方式資源需求、場景應(yīng)用等多方面分析，論述了5G NR基站部署需要關(guān)注的問題。

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引言

過去30年來，移動通信從語音通信發(fā)展到移動寬帶數(shù)據(jù)通信，無論是通信技術(shù)還是業(yè)務(wù)需求和用戶行為，都發(fā)生了翻天覆地的變化，用戶需求不再只是基礎(chǔ)的語音、短信和低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，增強(qiáng)移動帶寬（eMBB）、大連接物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）、超高可靠低時延通信（uRLLC）等業(yè)務(wù)需求逐漸進(jìn)入人們的視野，隨著2014年IMT-2020（5G）推進(jìn)組發(fā)布第一份白皮書，第五代移動通信系統(tǒng)被正式提上日程。

5G網(wǎng)絡(luò)為滿足上述三大應(yīng)用場景下的差異化需求，在無線網(wǎng)層面將采用多種關(guān)鍵技術(shù)，如超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、毫米波技術(shù)、NR 3層架構(gòu)設(shè)計(jì)、大規(guī)模天線（Massive MIMO）、高階調(diào)制、云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)等。5G多樣化應(yīng)用場景下，用戶對帶寬、時延、連接數(shù)、移動性和可靠性都有不同的需求，本文將針對不同的應(yīng)用場景，分析探討NR基站的規(guī)劃和部署方法。

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RAN架構(gòu)的演進(jìn)

在4G時代，國內(nèi)外運(yùn)營商已在積極探索C-RAN即BBU的集中部署，RAN架構(gòu)主要由BBU和RRU組成，通過BBU集中部署，RRU近天線端安裝，可大大減少機(jī)房、電源配套資源需求，降低選址難度，提升運(yùn)維便利性，從而降低運(yùn)營商CAPEX和OPEX。但是BBU集中對CPRI傳輸?shù)男枨蠛芨?，所以在?shí)際操作中，很難做到大規(guī)模的BBU集中部署。

到了5G時代，隨著應(yīng)用場景的細(xì)分，傳統(tǒng)的BBU+RRU模式已無法滿足多種場景的需求。因此，5G RAN架構(gòu)將BBU進(jìn)行了拆分和重構(gòu)，根據(jù)處理內(nèi)容的實(shí)時性，將BBU重構(gòu)為中央單元CU和分布單元DU 2個功能實(shí)體，CU設(shè)備主要包括非實(shí)時的無線高層協(xié)議棧功能，同時也支持部分核心網(wǎng)功能（UP）下沉和MEC邊緣應(yīng)用業(yè)務(wù)的部署，而DU設(shè)備主要處理物理層功能和實(shí)時性需求的層2功能。同時，為了節(jié)省RRU與DU之間的傳輸資源，部分物理層功能也可下移至RRU實(shí)現(xiàn)（見圖1）。

圖1 5G NR三層架構(gòu)

目前4G采用的CPRI接口主要適用于點(diǎn)對點(diǎn)連接，由于其傳輸效率低、靈活性差、難以擴(kuò)展等缺點(diǎn)，特別是集中化部署成本過高，無法滿足面向5G演進(jìn)的前傳網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)需求。因此5G需要采用基于下一代前端傳輸接口（NGFI）的eCPRI接口，eCPRI接口遵循統(tǒng)計(jì)復(fù)用、載荷相關(guān)的自適應(yīng)帶寬變化、支持性能增益高的協(xié)作化算法、接口流量與RRU天線數(shù)無關(guān)、空口技術(shù)中立、RRS歸屬關(guān)系遷移等基本原則。

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5G NR基站部署方式

基于5G NR靈活的3層架構(gòu)和高效的eCPRI接口，5G NR可以通過CU/DU/RRU的靈活組合達(dá)到部署的多樣化。

根據(jù)DU前置或集中部署，CU前置、集中部署或者云化，5G NR部署方式可組合為以下4種。

2.1 傳統(tǒng)基站部署

與傳統(tǒng)的3G/4G基站類似，RRU與天線合設(shè)為AAU，DU/CU同址安裝于本站機(jī)房，RRU與DU通過光纖直連（見圖2）。

圖2 傳統(tǒng)基站部署示意圖

2.2 DU前置CU集中部署

此部署方式RRU與天線合設(shè)為AAU，DU同址安裝于本站機(jī)房，RRU與DU通過光纖直連，CU集中安裝于中心機(jī)房，CU與DU通過傳輸網(wǎng)絡(luò)連接（見圖3）。

圖3 DU前置CU集中部署示意圖

2.3 DU/CU集中部署

此部署方法RRU與天線合設(shè)為AAU，DU/CU集中安裝于中心機(jī)房，RRU與DU通過傳輸網(wǎng)絡(luò)連接（見圖4）。

圖4 DU/CU集中部署示意圖

2.4 DU集中部署，CU云化

此部署方法RRU與天線合設(shè)為AAU，DU集中安裝于中心機(jī)房，RRU與DU通過傳輸網(wǎng)絡(luò)連接，CU云化，并通過傳輸網(wǎng)絡(luò)與DU連接（見圖5）。

圖5 DU集中部署，CU云化示意圖

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多種部署方式需求及應(yīng)用分析

2015年，3GPP正式定義了5G的3類典型應(yīng)用場景：增強(qiáng)移動帶寬（eMBB）、大連接物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）、超高可靠低時延通信（uRLLC）。

eMBB：指在現(xiàn)有移動寬帶業(yè)務(wù)場景的基礎(chǔ)上，對于用戶體驗(yàn)等性能的進(jìn)一步提升，主要還是追求人與人之間極致的通信體驗(yàn)。其特征為吞吐量大，主要用戶為手機(jī)、平板電腦等設(shè)備。

mMTC：其特征為大連接，主要用戶為智能抄表、智能灌溉等。

uRLLC：其特征為低時延、高可靠，主要用戶為AR/VR，自動駕駛等。

在部署5G NR基站時，需要從資源需求、維護(hù)、適用場景等方面進(jìn)行考慮。

3.1 機(jī)房資源需求分析

不同的CU/DU部署方式，對機(jī)房資源資源的需求是不同的，具體如表1所示。

表1 不同的CU/DU部署方式，對機(jī)房資源資源的需求

a） 傳統(tǒng)基站部署方式。CU/DU均部署在站點(diǎn)機(jī)房或室外機(jī)柜，但CU可擴(kuò)展性小、不便于統(tǒng)一管理，故傳統(tǒng)部署方式更適合部分對時延要求及其敏感的業(yè)務(wù)。

b） DU前置CU集中部署方式。DU部署在站點(diǎn)機(jī)房或室外機(jī)柜，CU部署中心機(jī)房，傳輸資源需求小，CU統(tǒng)一部署，便于管理維護(hù)，適合于小規(guī)模集中部署。

c） DU/CU集中部署方式。DU可集中部署于站點(diǎn)機(jī)房或中心機(jī)房，CU部署于中心機(jī)房，單一DU可管理多站點(diǎn)RRU，由于采用了前傳，傳輸資源需求較大，但DU/CU集中部署，管理和維護(hù)較為便利，適合于中、大規(guī)模集中部署。當(dāng)選擇站點(diǎn)機(jī)房作為DU集中部署點(diǎn)時，需關(guān)注機(jī)房傳輸資源是否豐富，是否具備可擴(kuò)容能力，站點(diǎn)可靠性是否高等問題，當(dāng)選擇在中心機(jī)房部署CU/DU時，需關(guān)注中心機(jī)房空間是否滿足，并做好容災(zāi)備份。

d） DU集中部署。CU云化方式，DU可集中部署于站點(diǎn)機(jī)房或中心機(jī)房，CU云化后，MEC等應(yīng)用下沉到中心機(jī)房，與CU共享硬件，邏輯獨(dú)立，有利于提升用戶體驗(yàn)。CU云化可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的多連接錨點(diǎn)，位置較高，減少傳輸反傳，減少不必要的切換，集中的控制面可以實(shí)現(xiàn)資源的合理調(diào)度，享受統(tǒng)計(jì)復(fù)用增益，但同時也存在著一定的弊端，首先是管理復(fù)雜度提高，安全性和可靠性要求提高，由于CU層級提高，信令時延也相應(yīng)增加，在考慮CU云化部署的時候，需要綜合考慮以上因素。

3.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)光纖資源需求分析

在5G建網(wǎng)初期，按每站3扇區(qū)考慮，RRU與DU之間需要6根光纖（單芯單向）或者3根光纖（單芯雙向），而隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷進(jìn)行，高低頻混合組網(wǎng)，光纖資源需求成倍增加，傳輸網(wǎng)絡(luò)的壓力也會不斷增高。

針對傳統(tǒng)基站部署和DU前置CU集中部署，由于DU和RRU在同一站點(diǎn)，不需要通過傳輸網(wǎng)絡(luò)，故RRU和DU之間可通過光纖直連。

針對DU/CU集中部署和DU集中部署、CU云化，由于DU和RRU之間需要經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)，光纖直連方式將導(dǎo)致傳輸網(wǎng)絡(luò)光纖容量無法承受，需要引入相應(yīng)的WDM技術(shù)，節(jié)約光纖資源（見圖6）。

圖6 光纖直連方式與WDM方式連接示意圖

3.3 安全性和維護(hù)便利性分析

在考慮5G NR基站的部署時，不僅需要考慮機(jī)房、傳輸?shù)荣Y源需求，也需要考慮各種部署方式對整網(wǎng)的安全影響以及后期運(yùn)維的便利性。CU/DU集中度越高，集中站點(diǎn)的安全性就顯得更加重要，在規(guī)劃集中部署站點(diǎn)時，需要綜合考察集中機(jī)房的交通便利度、機(jī)房防火防災(zāi)響應(yīng)能力、傳輸網(wǎng)絡(luò)情況、電源配套容量等問題（見表2）。

表2 不同部署方式的比較

3.4 三大場景5G NR部署關(guān)注事項(xiàng)

根據(jù)3GPP定義，eMBB、mMTC和uRLLC三大場景由于關(guān)注業(yè)務(wù)不同，對網(wǎng)絡(luò)和時延的要求也不盡相同。如eMBB關(guān)注高速率、大吞吐量，mMTC關(guān)注大連接，uRLLC關(guān)注低時延、高可靠性能，針對不同的要求，CU/DU的部署方式也各有不同。

針對時延敏感的業(yè)務(wù)：如AR/VR、自動駕駛等uRLLC業(yè)務(wù)，可采用傳統(tǒng)基站部署方式或DU前置CU集中的小集中部署方式，將CU、DU盡量靠近RRU，同時將應(yīng)用網(wǎng)關(guān)下移，降低傳輸時延。

針對時延不敏感的業(yè)務(wù)：如智能抄表、智能灌溉等mMTC業(yè)務(wù)，可采用DU/CU集中部署方式或DU集中、CU云化等大集中部署方式，從優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維角度出發(fā)，降低運(yùn)維成本。

5G站點(diǎn)的部署，會依據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用場景的不同而采用不同的部署方式，即便是同一種業(yè)務(wù)，在不同的地區(qū)，也會因?yàn)闄C(jī)房、光纖、距離等條件的不同，而采用不同的部署方式，因此，5G網(wǎng)絡(luò)將會采用多種部署方式共存。

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結(jié)束語

與4G相比，5G的應(yīng)用場景更加細(xì)化，傳統(tǒng)的單一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)不能夠滿足5G的多樣化需求，在此背景下，5G的RAN構(gòu)架從4G的BBU+RRU雙層架構(gòu)升級為CU+DU+RRU 3層架構(gòu)，在5G NR基站規(guī)劃部署時，通過3層架構(gòu)的靈活組合，結(jié)合承載網(wǎng)路由和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)的合理部署，可針對性地滿足不同應(yīng)用場景的需求。未來隨著5G應(yīng)用場景越來越豐富，網(wǎng)絡(luò)部署的個性化需求也會越來越多，如何合理地規(guī)劃5G NR基站是一個需要關(guān)注的問題。