摘 要：在無線業(yè)務(wù)寬帶化及多樣化發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從2G、3G、4G到5G的發(fā)展歷程，5G網(wǎng)絡(luò)提供的主要特殊業(yè)務(wù)包括移動(dòng)寬帶增強(qiáng)、大連接的機(jī)器類型通信和低時(shí)延高可靠通信，因此對網(wǎng)絡(luò)的容量、性能、可靠性的要求高。基站作為無線側(cè)的核心設(shè)備，其軟件架構(gòu)也在隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展不斷演進(jìn)，5G基站軟件架構(gòu)從4G架構(gòu)到5G架構(gòu)平滑演進(jìn)的考慮至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：基站軟件架構(gòu)；集中單元；分布單元

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2096-4706（2018）05-0056-03

Station Software Architecture for 5G

HUANG Yong

（Comba Telecom Technology（Guangzhou）Co.，Ltd.，Guangzhou 510000，China）

Abstract：Driven by the broadband development and diversification of wireless services，the mobile communication network has experienced the development from 2G，3G，4G to 5G. The main specialties of the 5G network providing services include enhanced Mobile Broadband（eMBB），massive Machine Type Communications（mMTC），Ultra-Reliable and Low Latency Communications（URLLC）. Therefore，the requirements for network capacity，performance，and reliability are high. The base station is a wireless-side core device，and its software architecture is also evolving with the development of mobile communication network technology. It is very important that the 5G base station software architecture consider the smooth evolution of the 4G architecture to the 5G architecture.

Keywords：base station software architecture；centralized unit；distribute Unit

1 5G系統(tǒng)演進(jìn)方案

5G作為下一代通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需要考慮與現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)（如LTE系統(tǒng)等）的共存與融合，通過4G平滑過度到5G，3GPP對5G架構(gòu)的選擇和演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)（5G架構(gòu)選項(xiàng)）共列舉了Option 1、Option 2、Option 3/3a/3x、Option 4/4a、Option 5、Option 6、Option 7/7a、Option 8/8a多種可能。

本文架構(gòu)重點(diǎn)從運(yùn)營商關(guān)注的Option 3/3a/3x及Option 2的演進(jìn)來進(jìn)行基站架構(gòu)設(shè)計(jì)。Option 2及Option 3x的邏輯示意圖如圖1所示。

方案二（Option 2）是5G系統(tǒng)獨(dú)立部署方式，5G基站（定義為gNR）連接到5G核心網(wǎng)（定義為NGC）。該方案運(yùn)營商投入大，需要完全獨(dú)立建設(shè)5G基站及核網(wǎng)。方案三（Option 3x）沒有在第一步引入NGC，由LTE基站作為與核心網(wǎng)控制面連接的錨點(diǎn)，全部控制面信令通過LTE基站下發(fā)，用戶面數(shù)據(jù)可以通過LTE核心網(wǎng)直接發(fā)送給5G基站，目的是盡快部署5GNR基站，通過現(xiàn)有4G核心網(wǎng)來達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸目的，該方案可以減少運(yùn)營商的前期投入，通過4G平滑過度到5G。

2 5G基站業(yè)務(wù)用例

由圖1方案二（Option 2）及方案三（Option 3x）的邏輯圖可知，5G基站架構(gòu)不僅要考慮直接與5G核心網(wǎng)連接部署，同時(shí)還要考慮與4G基站的雙連接部署，因此將5G基站架構(gòu)的業(yè)務(wù)用例抽象如圖2所示。

5G基站系統(tǒng)的外部參與包括AAU（射頻處理）、eNB或NR（與4/5G雙連接、切換、載波聚合等）、5GC或EPC（雙載波及5G相關(guān)業(yè)務(wù)），各主要業(yè)務(wù)用戶描述如下：

（1）廣播系統(tǒng)信息：主要負(fù)責(zé)5G基站系統(tǒng)的廣播系統(tǒng)信息管理；

（2）移動(dòng)性管理：主要負(fù)責(zé)5G基站系統(tǒng)的移動(dòng)性管理，包括與4/5G基站的切換、重選、測量控制管理等；

（3）傳輸U(kuò)E數(shù)據(jù)：包括UE接入數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程管理，保證數(shù)據(jù)的有效、快速及可靠傳輸；

（4）尋呼終端：對終端進(jìn)行尋呼管理，包括尋呼壓縮和尋呼時(shí)刻計(jì)算等；

（5）雙連接：實(shí)現(xiàn)與4G基站的雙連接管理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋?/p>

（6）載波聚合管理：實(shí)現(xiàn)與4G/5G基站的載波聚合管理；

（7）基站管理：5G基站參數(shù)管理、網(wǎng)絡(luò)及空口鏈路管理等。

3 5G基站邏輯視圖

由于5G基站系統(tǒng)可根據(jù)不同場景進(jìn)行分布或合設(shè)部署，在分布情況下，將5G基站分為CU和DU，其中CU通過虛擬化NFV技術(shù)統(tǒng)一部署，DU部署在遠(yuǎn)端，一個(gè)CU可以連接多個(gè)DU。CU設(shè)備主要包括非實(shí)時(shí)的無線高層協(xié)議棧功能，同時(shí)也支持部分核心網(wǎng)功能下沉和邊緣應(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(shí)性需求的L2功能。在合設(shè)情況下，CU與DU部署在同一個(gè)集中點(diǎn)，以獲得最大的協(xié)作化增益，若前傳網(wǎng)絡(luò)為非理想傳輸（即傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬和時(shí)延有限時(shí)），CU與DU可以集中協(xié)議棧低實(shí)時(shí)性的功能，并采用集中部署的方式，5G基站（gNB）的劃分如圖3所示。

圖3 5G基站邏輯劃分

為了滿足5G基站系統(tǒng)DU與CU的分設(shè)或合設(shè)，本方案的5G基站系統(tǒng)的邏輯視圖設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 5G基站邏輯視圖

5G基站邏輯視圖中，L3包括RRM、RRC、S1AP、SCTP、X2AP、SON、XnAP、NgAP、CELL及UE管理等功能；OAM包括日志管理、性能管理、故障管理、參數(shù)管理及狀態(tài)管理；CU-L2包括GTP-U、SDAP、PDCP；DU-L2包括RLC、DMAC、CMAC；PHY包括L1協(xié)議棧。

4 5G基站系統(tǒng)部署

5G的RAN網(wǎng)絡(luò)將從4G/LTE網(wǎng)絡(luò)的BBU（Baseband Unit，基帶單元）、RRU兩級結(jié)構(gòu)將演進(jìn)到CU、DU和AAU三級結(jié)構(gòu)。原BBU的非實(shí)時(shí)部分將分割出來，重新定義為CU（Centralized Unit，集中單元，包括OAM、L3、CU-L2及MEC），負(fù)責(zé)處理非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)；BBU的部分物理層處理功能將與原RRU合并為AAU（Active Antenna Unit，有源天線處理單元）；BBU的剩余功能重新定義為DU（Distribute Unit，分布單元，包括L1、DU-L2），負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實(shí)時(shí)服務(wù)。5G基站系統(tǒng)的部署分兩種架構(gòu)，一是CU與DU合設(shè)架構(gòu)，CU和DU的邏輯功能整合在同一個(gè)設(shè)備中，即這個(gè)gNB實(shí)現(xiàn)協(xié)議棧的全部功能；另一種是CU與DU分離架構(gòu)，CU集中部署，云化部署，一個(gè)CU可以連接多個(gè)DU，如圖5所示。

對于CU和DU分開部署的方式，相應(yīng)的承載網(wǎng)也分成三部分，AAU和DU之間是前傳（Fronthaul），DU和CU之間是中傳（Middlehaul），CU以上是回傳（Backhaul）。CU和DU合設(shè)的方式稱為gNB，其承載網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和與4G類似，僅包括前傳和回傳兩個(gè)部分。

5 結(jié) 論

本文考慮從4G平滑過度到5G及最終5G獨(dú)立部署來設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)，將5G基站系統(tǒng)按CU、DU邏輯獨(dú)立來進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，并從業(yè)務(wù)用例、邏輯視圖及系統(tǒng)部署來進(jìn)行詳細(xì)描述，滿足不同場景部署需求，系統(tǒng)可擴(kuò)展性好，易于移植，滿足5G基站系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：黃勇（1984-），男，漢族，貴州遵義人，通信協(xié)議軟件二級高級工程師，通信技術(shù)工程師，中級職稱，碩士。研究方向：3G/4G/5G移動(dòng)通信基站軟件。