許森+高程+卞宏梁

摘要：為了滿足3種5G典型業(yè)務(wù)的覆蓋和容量的需求，5G網(wǎng)絡(luò)中引入了非獨(dú)立和獨(dú)立部署4G和5G組網(wǎng)架構(gòu)以及集中單元（CU）/分布單元（DU）分離的設(shè)備形態(tài)。新的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)于未來(lái)傳輸網(wǎng)的部署也提出了新的挑戰(zhàn)?；诋?dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的角度分析了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)傳輸網(wǎng)的影響和需求。

關(guān)鍵詞： 5G網(wǎng)絡(luò)；非獨(dú)立組網(wǎng)；CU/DU分離；傳輸網(wǎng)絡(luò)

Abstract： To satisfy the coverage and capacity for 5G typical traffic， the non-standalone and standalone deployment for 4G and 5G and a new base station type with centralized unit （CU） /distributed unit （DU） splitting have been introduced in future 5G network. The new wireless network architecture brings challenges to the transport network deployment. Based on the standardization progress of 5G network architecture， the impact and requirement of 5G wireless network architecture on transport network are analyzed from the perspective of wireless network.

Key words： 5G network； non-standalone deployment； CU/DU splitting； transport network

5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為多種不同類型的業(yè)務(wù)提供滿意的服務(wù)。這些典型業(yè)務(wù)通常分為三大類：增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）業(yè)務(wù)、面向垂直行業(yè)的大規(guī)模機(jī)器類通信（mMTC）業(yè)務(wù)、超可靠低時(shí)延（uRLLC）[1]業(yè)務(wù)。不同的業(yè)務(wù)對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)空口能力、架構(gòu)等存在一定的差異，這些差異主要體現(xiàn)在時(shí)延、空口傳輸以及回傳能力等方面：

（1）移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。主要包括大帶寬和低時(shí)延類業(yè)務(wù)，如交互式視頻或者增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）類業(yè)務(wù)，相對(duì)于3G/4G時(shí)代的典型業(yè)務(wù)而言，其對(duì)于用戶體驗(yàn)帶寬、時(shí)延等都有明顯的差異。

（2）大規(guī)模機(jī)器通信連接業(yè)務(wù)。該類型業(yè)務(wù)是5G新拓展的場(chǎng)景，重點(diǎn)解決傳統(tǒng)移動(dòng)通信無(wú)法很好地支持物聯(lián)網(wǎng)及垂直行業(yè)應(yīng)用的問(wèn)題。這類業(yè)務(wù)具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點(diǎn)。這類終端分布范圍廣、數(shù)量眾多，不僅要求網(wǎng)絡(luò)具備超千億連接的支持能力，滿足105 /km2連接數(shù)密度指標(biāo)要求，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。因此5G網(wǎng)絡(luò)中支持如此巨大的數(shù)目需要設(shè)計(jì)合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以降低網(wǎng)絡(luò)部署成本。

（3）低時(shí)延高可靠需求。當(dāng)前一些新興業(yè)務(wù)對(duì)于時(shí)延和可靠性都提出嚴(yán)苛的要求。這類業(yè)務(wù)最低要求支持小于1 ms的空口時(shí)延以及在一些場(chǎng)景里達(dá)到較高的傳輸可靠性。傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)無(wú)法滿足為這些特殊場(chǎng)景通信的可靠性需求，因此為了滿足此類業(yè)務(wù)的需求，蜂窩網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的可靠性和實(shí)時(shí)性都面臨著極大的挑戰(zhàn)

基于上述需求，第3代合作伙伴項(xiàng)目（3GPP）從2017年3月后正式展開(kāi)了針對(duì)5G空口技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，如圖1所示。當(dāng)前5G 下一代無(wú)線接入網(wǎng)（NG-RAN）中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)包括基于長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）空口的以及基于5G新空口的兩種類型的基站[2]。

兩種類型基站在覆蓋、容量、時(shí)延、新業(yè)務(wù)支持等方面都存在較大的差異。

（1）連接到5G核心網(wǎng)的下一代演進(jìn)型節(jié)點(diǎn)（NG-eNB）：該類型基站是在現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行升級(jí)以支持5G的相關(guān)特性，因此通?？梢哉J(rèn)為NG-eNB網(wǎng)絡(luò)支持多數(shù)的業(yè)務(wù)的連續(xù)覆蓋。由于該類型基站的物理結(jié)構(gòu)（如天線、幀結(jié)構(gòu)等）仍然采用4G空口，因此其無(wú)法支持超低時(shí)延、超高速率的業(yè)務(wù)，無(wú)法滿足5G定義的全部關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）指標(biāo)的要求。這種類型的基站對(duì)于前傳和回傳網(wǎng)絡(luò)的需求基本可以認(rèn)為與當(dāng)前的4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相同。

（2）基于5G新空口的下一代節(jié)點(diǎn)（gNB）：理論上可以滿足5G定義的所有關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）需求及支持所有5G典型業(yè)務(wù)，相比于NG-eNB，gNB可以支持更高的空口速率，因此這種類型的基站對(duì)于前傳和回傳的帶寬和時(shí)延都提出了更高的需求。

因此針對(duì)3GPP新業(yè)務(wù)的需求以及現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際情況，運(yùn)營(yíng)商在未來(lái)的5G部署時(shí)需要充分考慮兩網(wǎng)的能力特點(diǎn)來(lái)選擇業(yè)務(wù)的支撐方案。

在標(biāo)準(zhǔn)中g(shù)NB的形態(tài)包括了類似于4G eNB的一體化基站以及集中單元（CU）/分布單元（DU）分離兩種基站類型。圖2給出了5G網(wǎng)絡(luò)中不同類型的無(wú)線網(wǎng)元之間的架構(gòu)和相關(guān)接口。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中，NR-gNB及CU/DU不同部署位置對(duì)于傳輸網(wǎng)絡(luò)都提出了不同的需求。

1 SA/NSA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

針對(duì)4G和5G網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)作關(guān)系，3GPP在SI階段定義了獨(dú)立部署（SA）和非獨(dú)立部署（NSA） 等不同類型的架構(gòu)，主要包括Option 2、Option 3/3a/3x、Option 4/4a、Option 5、Option 7/7a/7x。其中NSA架構(gòu)主要以3GPP Rel-12/13標(biāo)準(zhǔn)中雙鏈接方案為參考進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1 Option 2（NR SA）

該方案在標(biāo)準(zhǔn)中是一種新空口（NR）獨(dú)立組網(wǎng)的方案，其架構(gòu)的特點(diǎn)為：（1）5G NR gNB連接到5G的核心網(wǎng)；（2）NR基站連接到5G核心網(wǎng)。在與現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)混合部署時(shí)，Option 1（Legacy LTE）+Option 2形成了兩張獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，為了保持業(yè)務(wù)連續(xù)性現(xiàn)網(wǎng)LTE和分組核心網(wǎng)（EPC）需要升級(jí)去支持跨核心網(wǎng)的移動(dòng)性。該方案計(jì)劃于2018年6月完成標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)工作。Option 2架構(gòu)如圖3所示。endprint

1.2 Option 3/3a/3x

本架構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)上是非獨(dú)立組網(wǎng)方案之一，也被稱為EN-DC方案，其特點(diǎn)是：（1）LTE基站作為控制面的錨點(diǎn)接入到EPC網(wǎng)絡(luò)中，NR不需要支持S1-C接口和協(xié)議；（2）對(duì)于Option 3，NR作為L(zhǎng)TE的一個(gè)“新載波”類型接入；（3）3a/3x方案NR需要支持S1接口。該方案已經(jīng)在2017年11月美國(guó)召開(kāi)的會(huì)議中完成標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)。Option 3/3a/3x架構(gòu)如圖4所示。

該方案中存在3個(gè)子方案：在Option 3中，用戶面承載錨點(diǎn)位于LTE側(cè)，采用類似于雙鏈接3C方案，該方案通常也被稱為主小區(qū)組（MCG）分離承載，其中該承載的分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP）采用NR PDCP協(xié)議以保證在承載轉(zhuǎn)換過(guò)程中終端側(cè)無(wú)需進(jìn)行PDCP版本的變化；在Option 3a中，用戶面承載通過(guò)gNB進(jìn)行發(fā)送，采用類似于雙鏈接1A方案，該方案也被稱為輔小區(qū)組（SCG）承載；對(duì)于Option 3x的方案，用戶面承載的錨點(diǎn)位于gNB，該方案也被稱之為SCG分離承載。其在Rel-15中引入的原因主要有兩個(gè)：（1）減少NR和LTE之間的Xn接口的前轉(zhuǎn)流量（基站間傳輸帶寬需要滿足LTE的峰值流量需求，而MCG分離承載中基站間傳輸帶寬需要支持5G的峰值需求）；（2）考慮到5G高頻段（如毫米波）上信號(hào)存在不穩(wěn)定的現(xiàn)象，在NR傳輸中一旦出現(xiàn)中斷，可以利用LTE的覆蓋的連續(xù)性和穩(wěn)定性保證用戶速率的快速恢復(fù)。

1.3 Option 7/7a/7x

Option 7/7a/7x方案與Option 3/3a/3x類似，都是一種非獨(dú)立組網(wǎng)的方案，都采用LTE作為錨點(diǎn)進(jìn)行控制面和用戶面?zhèn)鬏?。在?biāo)準(zhǔn)中被稱為NG EN-DC方案，計(jì)劃在2018年6月與Option 2一起完成標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)工作。與Option 3系列的主要差異在于LTE需要連接到5G核心網(wǎng)，且LTE需要升級(jí)支持NG-eNB，包括協(xié)議棧上需要支持新的服務(wù)質(zhì)量（QoS）協(xié)議層服務(wù)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用規(guī)范（SDAP）、支持NR的PDCP協(xié)議、NG/Xn協(xié)議等。

1.4 Option 5

本架構(gòu)為NG-eNB獨(dú)立連接到5G的核心網(wǎng)，本架構(gòu)可以認(rèn)為是Option 7的一個(gè)子狀態(tài)，無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)還是終端若要支持Option 7系列必須要支持Option 5。具體的架構(gòu)特點(diǎn)為：（1）NG-eNB基站連接到無(wú)線接入（NR）核心網(wǎng)，5G終端通過(guò)NG-eNB連接到5G核心網(wǎng)；（2）NG-eNB同時(shí)連接到4G的EPC，傳統(tǒng)4G終端通過(guò)NG-eNB連接到4G核心網(wǎng)；Option 5 需要升級(jí)現(xiàn)網(wǎng)LTE以支持其連接到5G核心網(wǎng)，基站協(xié)議棧改動(dòng)相對(duì)Option 2較多。

1.5 Option 4/4a

該架構(gòu)的特點(diǎn)是NR gNB作為錨點(diǎn)接入到5G核心網(wǎng)中，如圖5所示。LTE作為NR gNB的一個(gè)特殊的載波類型接入，其中對(duì)于4a方案LTE需要支持NG-U接口。Option 4/4a采用了NR作為錨點(diǎn)，因此通常應(yīng)用在NR已經(jīng)連續(xù)覆蓋的場(chǎng)景中。在當(dāng)前的3GPP Rel-15的標(biāo)準(zhǔn)研究過(guò)程中，Option 4/4a被列為較低的優(yōu)先級(jí)。

2 CU/DU分離的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展

2.1 分離的需求

對(duì)于5G gNB，當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)中支持CU/DU合設(shè)和分離的兩種部署方案。在合設(shè)方案中，一個(gè)基站實(shí)體上實(shí)現(xiàn)的全部的協(xié)議棧功能。這個(gè)架構(gòu)可以適用于密集城區(qū)和室內(nèi)熱點(diǎn)場(chǎng)景。對(duì)于CU/DU分離架構(gòu)，5G協(xié)議棧中的上層功能位于CU中，而底層協(xié)議棧位于DU中。引入CU/DU分離的動(dòng)機(jī)，在3GPP的標(biāo)準(zhǔn)研究過(guò)程中主要有如下幾個(gè)方面[3]：

（1）硬件實(shí)現(xiàn)靈活，可實(shí)現(xiàn)節(jié)省成本；

（2）CU和DU分離的架構(gòu)下可以實(shí)現(xiàn)性能和負(fù)荷管理的協(xié)調(diào)、實(shí)時(shí)性能優(yōu)化，并易于實(shí)現(xiàn)SDN/NFV功能；

（3）功能分割可配置能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，如傳輸時(shí)延的多變性。

在實(shí)際部署中采用合適或者分離部署，主要取決于網(wǎng)絡(luò)部署場(chǎng)景、業(yè)務(wù)類型以及傳輸網(wǎng)性能等因素。

此外5G網(wǎng)絡(luò)高速、低時(shí)延的特點(diǎn)也對(duì)傳輸網(wǎng)提出了挑戰(zhàn)：

（1）前傳接口帶寬需求?？紤]到毫米波將支持1 GHz系統(tǒng)帶寬以及256通道天線。根據(jù)現(xiàn)有射頻拉遠(yuǎn)單元（BBU）/遠(yuǎn)端射頻模塊（RRU）的功能劃分，前傳接口帶寬要求隨著載頻頻率帶寬以及天線通道數(shù)量成線性增長(zhǎng)的關(guān)系。即便在考慮使用64通道、20 MHz帶寬，仍需要近64 Gbit/s的前傳接口帶寬。

（2）傳輸時(shí)延?？紤]到當(dāng)前LTE協(xié)議要求用戶UE側(cè)與系統(tǒng)側(cè)的混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）交互時(shí)間是固定的，若將CU/DU功能劃分點(diǎn)仍放在HARQ過(guò)程中，對(duì)CU芯片處理時(shí)延和傳輸設(shè)備時(shí)延的挑戰(zhàn)依然很大；若CU/DU功能切分點(diǎn)放置于HARQ以外，對(duì)CU芯片處理時(shí)延和傳輸設(shè)備時(shí)延的要求有所放寬，但會(huì)有過(guò)多功能前置于遠(yuǎn)端位置，將會(huì)影響多載波的協(xié)作化性能。

在CU和DU之間新定義了一個(gè)F1的新接口，用于傳輸控制面配置信息、用戶信令以及用戶面數(shù)據(jù)等信息。在CU內(nèi)部控制面和用戶面在部署時(shí)也可以分離，以滿足不同類型業(yè)務(wù)對(duì)于時(shí)延和集中管理的差異。標(biāo)準(zhǔn)中定義CU控制面（CU-CP）和 CU用戶面（CU-UP）之間的接口為E1。一個(gè)邏輯DU可以支撐多個(gè)物理小區(qū)，但是邏輯上只能屬于一個(gè)CU，為了可擴(kuò)展性考慮能分別為CU-CP和CU-UP提供多個(gè)傳輸點(diǎn)。在5G的SI階段，針對(duì)CU/DU劃分共有8種大的劃分方案。其中Option 1—4被定義為高層劃分方案，而Option 5—8被定義為底層的劃分方案。這8種劃分方案從實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)看都是可行的，但是為了減少后續(xù)開(kāi)發(fā)的復(fù)雜度，無(wú)法同時(shí)支持上述8種方案，如圖6所示。因此在Rel-15 WI開(kāi)始時(shí)確定了Option 2-1作為高層劃分方案的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象；而對(duì)于底層切分方案，考慮到各個(gè)廠家在物理層實(shí)現(xiàn)上差異較大較為難以標(biāo)準(zhǔn)化，因此在2017年11月完成底層切換方案的研究中確定不會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化任何一種劃分方案，由廠家在部署中實(shí)現(xiàn)決定。endprint

2.2 高層劃分方案（Option 2-1）

在Option 2-1中，CU完成無(wú)線資源控制（RRC）、PDCP層的功能和小區(qū)調(diào)度，在DU中完成無(wú)線鏈路層控制協(xié)議（RLC）、多媒體接入控制（MAC）、物理層（PHY）的功能和單小區(qū)調(diào)度。在標(biāo)準(zhǔn)討論過(guò)程中，高層劃分方案采用Option 2-1還是Option 3-1是存在爭(zhēng)議的。其中Option 3-1是基于自動(dòng)重傳請(qǐng)求（ARQ）進(jìn)行的劃分，其特點(diǎn)為：低RLC包含分段和拼接功能，位于DU；高RLC包含ARQ以及重排序功能，位于CU。其中Option 2-1的優(yōu)勢(shì)在于：

PDCP-RLC劃分方案可以復(fù)用3GPP Rel-12標(biāo)準(zhǔn)化方案中已有的LTE雙連接架構(gòu)和接口；

LTE-NR緊互操作的對(duì)齊以及功能劃分至少在用戶面上對(duì)4G向5G的遷移有利；

與Option 3-1相比（ARQ在CU側(cè)），Option 2-1沒(méi)有RLC PDU重傳的時(shí)延。如圖7所示， CU/DU之間傳輸時(shí)延較大時(shí)，Option 2-1可以有效提升用戶吞吐量。

認(rèn)為Option 3更優(yōu)的觀點(diǎn)如下：

在非理想傳輸條件下，由于ARQ和重排序在CU側(cè)，Option 3-1具有更好的傳輸可靠性；

ARQ在CU側(cè)可以提供集中化以及池化增益；

傳輸網(wǎng)絡(luò)的錯(cuò)誤可以通過(guò)CU端到端的ARQ機(jī)制進(jìn)行修復(fù)，這種機(jī)制可以給重要數(shù)據(jù)以及控制面信令提供保護(hù)；

由于沒(méi)有RLC狀態(tài)信息，因此沒(méi)有UE上下文，沒(méi)有RLC功能的DU可以處理更多連接態(tài)的UE；

由于沒(méi)有ARQ協(xié)議，DU可以減少運(yùn)算和緩沖的需求。

最終3GPP選擇了標(biāo)準(zhǔn)化相對(duì)簡(jiǎn)單且性能更佳的Option2-1方案作為高層劃分的最終方案。

2.3 底層劃分方案

底層劃分方案主要集中在Option 7，即物理層的劃分方案。標(biāo)準(zhǔn)討論初期根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，又劃分出3個(gè)子方案，如圖8所示。其中允許對(duì)上下行分別使用不同的Option（如Option 7-1用于上行，Option 7-2可用于下行）。CU和DU間的傳輸帶寬可以使用一定的壓縮技術(shù)進(jìn)行減少。在2017年11月的美國(guó)會(huì)議中根據(jù)RAN1的相關(guān)結(jié)論，標(biāo)準(zhǔn)中認(rèn)為所有的劃分方案僅僅是一個(gè)參考方案，主要考慮到標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)上順序可能無(wú)法按照?qǐng)D中所示進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且不同類型的業(yè)務(wù)如mMTC等其物理層處理功能和過(guò)程與eMBB可能會(huì)存在差異。

相對(duì)于其他劃分方案，物理層劃分方案的技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：

此Option能夠使得NR以及演進(jìn)的UMTS陸面無(wú)線接入（E-UTRA）集中化的傳輸點(diǎn)獲得流量聚合。此外，此Option也能夠便于管理NR與E-UTRA之間的流量負(fù)載；

CU側(cè)可使用集中調(diào)度，如多點(diǎn)協(xié)作（CoMP）；

CU側(cè)可使用聯(lián)合處理。

同時(shí)該方案在實(shí)現(xiàn)和部署上也存在著一定的挑戰(zhàn)，如需要CU側(cè)PHY層和DU側(cè)PHY層子幀級(jí)別時(shí)間交互，對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)延也有著較高的要求。

3 對(duì)傳輸網(wǎng)的影響分析

3.1 SA/NSA架構(gòu)對(duì)于Xn和NG接口

帶寬的影響

（1）Option 3/3a/3x

Option 3/3a是激進(jìn)運(yùn)營(yíng)商急于部署5G業(yè)務(wù)時(shí)的過(guò)渡場(chǎng)景（如DoCoMo、AT&T等），其架構(gòu)本質(zhì)上仍然是一個(gè)4G+增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，需要LTE硬件改造或升級(jí)EPC實(shí)現(xiàn)特殊的會(huì)話管理功能，和其他場(chǎng)景不兼容。當(dāng)采用Option 3時(shí)，由于LTE側(cè)需要聚合LTE和NR的空口速率，因此S1的帶寬需要大幅度提升，并且LTE和NR之間若不采用合設(shè)部署方案，則基站接口之間的帶寬也需要大幅度提升，在LTE中X2接口通常用于傳輸X2信令以及切換時(shí)數(shù)據(jù)前傳，一般規(guī)劃帶寬為S1接口的5%～10%，因此一般也就是幾兆比特每秒到十幾兆比特每秒的量級(jí)。若支持Option 3則需要提升吉比特每秒的量級(jí)，因此該方案多數(shù)運(yùn)營(yíng)商缺乏足夠興趣。而3a/3x方案無(wú)需改變現(xiàn)有S1接口的傳輸帶寬，其中考慮到3x方案可以支持更好和更穩(wěn)定的用戶體驗(yàn)，受到一些運(yùn)營(yíng)商和芯片商的支持，相對(duì)于現(xiàn)有X2帶寬需要升級(jí)基站間接口的帶寬至百兆比特每秒量級(jí)。

（2）Option 4/4a和Option 7/7a/7x

Option 7/7a利用LTE作為基礎(chǔ)覆蓋，當(dāng)前計(jì)劃支持的運(yùn)營(yíng)商也較多；Option 4/4a利用5G作為錨點(diǎn)，通常應(yīng)用在5G部署中后期，對(duì)于5G連續(xù)覆蓋有一定要求，支持的運(yùn)營(yíng)商相對(duì)7/7a較少。其中對(duì)于Option 4和7/7x而言有如下優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：用戶面匯聚效果好，針對(duì)5G高頻“閃斷”情況可以保持承載的連續(xù)發(fā)送；

缺點(diǎn)：Option 7用戶面錨定點(diǎn)在LTE，LTE的PDCP需要支持NR的大容量匯聚，提供大容量的buffer，從而要升級(jí)LTE硬件設(shè)備；Option 7需要增加NG、Xn的傳輸容量；不利于異廠家組網(wǎng)。

其中，對(duì)于Option 4a和7a而言有如下的優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：LTE硬件改造需求相對(duì)較小，利于異廠家組網(wǎng)；

缺點(diǎn)：LTE和NR之間用戶面切換的中斷時(shí)延較大。

其中Option 7/7a/7x對(duì)于傳輸帶寬的需求與Option 3/3a/3x類似。

（3）Option 2和Option 5

Option 2支持5G全業(yè)務(wù)，5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的最終形態(tài)，在部署上有著如下結(jié)論：

非移動(dòng)類超低時(shí)延和高容量業(yè)務(wù)可以考慮通過(guò)純5G網(wǎng)絡(luò)支持；為了改善部分低時(shí)延類業(yè)務(wù)的體驗(yàn)，可以下沉部分核心網(wǎng)功能，減少基站與核心網(wǎng)之間的傳輸時(shí)延；

5G成規(guī)模連續(xù)覆蓋時(shí)，可以考慮采用純5G網(wǎng)絡(luò)支持；endprint

相比于4G網(wǎng)絡(luò)，NG接口傳輸帶寬需要提升至吉比特每秒量級(jí)以滿足5G高速空口的需求。

Option 5本身是Option 7/7a/7x的一個(gè)特例，從需求角度有如下結(jié)論：

純NG-eNB網(wǎng)絡(luò)難以支持5G全業(yè)務(wù)，特別是低時(shí)延類業(yè)務(wù)。為了改善部分低時(shí)延類業(yè)務(wù)的體驗(yàn)，可以下沉部分核心網(wǎng)功能，減少基站與核心網(wǎng)之間的傳輸時(shí)延。

基站到核心網(wǎng)（4G和5G核心網(wǎng)）之間的總傳輸帶寬（S1+NG接口）與改造前相同。

3.2 CU/DU劃分對(duì)于前傳和中傳

帶寬的需求

我們把高層劃分中F1接口所需要的傳輸網(wǎng)稱之為中傳，把DU到有源天線系統(tǒng)（AAU）之間的接口所需的傳輸網(wǎng)稱之為前傳。

對(duì)于高層劃分方案（Option 2-1），其適用部署場(chǎng)景包括綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)、室分系統(tǒng)等。綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)場(chǎng)景下的下一代前傳接口應(yīng)用是指以綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)為單位，對(duì)區(qū)內(nèi)的分布式基站，利用接入?yún)^(qū)內(nèi)原有的光纜網(wǎng)連接，選擇合適的傳輸技術(shù)如波分復(fù)用（WDM）/光傳送網(wǎng)（OTN）/下一代無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（NG-PON）/分組傳送網(wǎng)（PTN），連接CU和DU，實(shí)現(xiàn)BBU的集中部署，原有光纜網(wǎng)承載中傳接口數(shù)據(jù)；在室分系統(tǒng)部署中，可以考慮利用樓內(nèi)預(yù)先部署的豐富網(wǎng)線資源承載下一代前傳接口數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)CU與DU間的通信。對(duì)于中傳的帶寬和時(shí)延需要滿足如下條件：

（1）傳輸帶寬。對(duì)于5G情況，以6 GHz以下頻帶、100 MHz帶寬為例，假設(shè)在基站128天線配置下，上下行端口數(shù)為8，上行滿負(fù)載時(shí)最高調(diào)制階數(shù)為64 QAM，下行滿負(fù)載時(shí)最高調(diào)制階數(shù)為256 QAM，最大用戶數(shù)為1 000，上下行峰值速率為3 Gbit/s和4 Gbit/s。下行接口信息帶寬跟預(yù)選UE/Bearer的數(shù)量相關(guān)。根據(jù)前面假設(shè)每載波1 000個(gè)UE，假定10%的UE被預(yù)選，每UE一個(gè)無(wú)限承載，每個(gè)UE包含20 B信息。這樣所需的帶寬為1 000×10%×20 B×8 = 16 000 bit/ms， 即16 Mbit/s。上行接口信息帶寬與需要上報(bào)信息的用戶數(shù)量和上報(bào)的內(nèi)容相關(guān)。前面假設(shè)每載波1 000個(gè)UE，假定10%的UE有信息上報(bào)，每個(gè)UE上報(bào)的信息為30 Bytes。這樣以來(lái)所需的帶寬為1 000×10%×30 B×8=24 000 bit/ms，即24 Mbit/s。因此，在基于調(diào)度的L2劃分方案下，每載波下行和上行總帶寬分別為：下行為4 016 Mbit/s，上行3 024 Mbit/s。

（2）傳輸時(shí)延。由于將HARQ部分處理放到DU側(cè)，本方案中的前傳接口傳輸將不受LTE最大混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）響應(yīng)時(shí)間4 ms的時(shí)序限制?；诋?dāng)前LTE業(yè)務(wù)端到端的時(shí)延要求，對(duì)FI接口的時(shí)延按照當(dāng)前S1接口的傳輸時(shí)延要求即可。經(jīng)初步仿真和評(píng)估，在只考慮CS/CB協(xié)作增益的情況下，F(xiàn)I接口最大單向端到端時(shí)延要求為1.5～10 ms。如果未來(lái)業(yè)務(wù)對(duì)端到端時(shí)延的要求變化，則此時(shí)延要求需要從新評(píng)估。

對(duì)于前傳接口的需求，本節(jié)以O(shè)ption 7-2為例，從以下兩個(gè)維度進(jìn)行分析：

（1）傳輸帶寬?？紤]到5G場(chǎng)景時(shí)，以6 GHz以下頻帶100 MHz帶寬、0.2 msTTI為例，假設(shè)在基站128天線配置下，上行端口數(shù)為32，下行為8。上行數(shù)據(jù)帶寬都將增至4G的20倍， 下行為20倍。下行控制信道按端口數(shù)4，上行按數(shù)據(jù)信道端口數(shù)進(jìn)行帶寬需求計(jì)算。而根據(jù)MAC層信息相關(guān)假設(shè)，該方案所需的帶寬為：下行9.2 Gbit/s，上行60.4 Gbit/s。

（2）傳輸時(shí)延?；?G場(chǎng)景，該劃分方案在物理層進(jìn)行劃分，受LTE最大單向時(shí)延4 ms（HARQ周期4 TTI）的時(shí)序限制，假設(shè)空口時(shí)延需要1 ms，其余部分將需要在剩下的3 ms完成。這其中主要包含DU的處理時(shí)延、CU上的處理時(shí)延（物理層和上層處理）和CU-DU之間的傳輸時(shí)延。因此刨除了兩端處理時(shí)延后，前傳接口傳輸最大單向端到端時(shí)延需要控制在250 us以內(nèi)。由于5G將比4G有著更嚴(yán)格的端到端時(shí)延要求，比如在0.2 msTTI假設(shè)下，整個(gè)HARQ響應(yīng)時(shí)間估計(jì)在600 us左右，留給數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間將進(jìn)一步減小，因此對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和抖動(dòng)的要求會(huì)更高。

4 結(jié)束語(yǔ)

5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為了滿足不同業(yè)務(wù)以及運(yùn)營(yíng)商的部署需求，引入了NSA和SA兩種4G和5G網(wǎng)絡(luò)部署方案，以及CU/DU分離的基站架構(gòu)。本文介紹了當(dāng)前5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展，并結(jié)合現(xiàn)有架構(gòu)分析了5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署方案，特別針對(duì)傳輸網(wǎng)的需求進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明：5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)于傳輸網(wǎng)的帶寬和時(shí)延都提出了嚴(yán)苛的要求，后續(xù)在部署過(guò)程中需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要合理規(guī)劃傳輸網(wǎng)絡(luò)以保證5G用戶的體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Study on Scenarios and Requirements for Next Generation Access Technologies： 3GPP TR 38.913 V14.0.0[S]. 2016

[2] NR； NR and NG-RAN Overall Description； Stage 2 （Release 15）： 3GPP TS 38.300， V1.0.1[S]

[3] Study on New Radio Access Technology： Radio Access Architecture and Interfaces： 3GPP TR 38.801 V14.0.0[S]. 2017

[4] Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA） and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network（E-UTRAN）； Overall Description： 3GPP TS 36.300 V14.2.0[S]. 2017

[5] IAESI， Thales， Fairspectrum， VTT， Option 2 Split with Performant and Reliable CU-DU Connection： R3-170973[S]. USA： 3GPP TSG-RAN WG3 Meeting#95bis， 2017

[6] CATT. Further Clarification of CU-DU Split Option 3-1： R3-170381[S]. Greece ： 3GPP TSG RAN WG3 Meeting， 2017

[7] Nokia. Conclusion on Higher Layer Split Option： R3-170419[S]. Greece： 3GPP TSG-RAN WG3 Meeting #95， 2017

[8] ZTE. Clarification on CU-DU Split Options： R3-162852[S]. USA： GPP TSG RAN WG3 Meeting#94， 2016

[9] Ericsson. Network Deployments Based on Option 2： R3-170683[S]. Greece： 3GPP TSG-RAN WG3 Meeting #95， 2017

[10] Ericsson. Performance Evaluation of Option 3： R3-170685[S]. Greece： 3GPP TSG-RAN WG3 Meeting #95， 2017

[11] X2 Interface User Plane Protocol：3GPP TS 36.425 V12.1.0 [S]. 2015endprint