5G RAN组网架构及演进分析（一）

Haiwen

引言

随着互联网及各种智能终端的普及和发展，数据业务流量呈爆炸式增长。另外移动宽带业务逐步多样化并开始向各行业渗透。未来的5G网络需要通过一张网络向客户提供eMBB、uRLLC和mMTC三大类业务。2017年12月3GPP第78次全会正式宣布，基于NSA架构的5G R15版本主要功能完成，该版本仅支持依托LTE双连接方式接入NR的部署场景。后续3GPP将继续完善该版本，制定ASN.1。2018年9月3GPP将正式推出包含独立NR部署方式的完整的5G R15版本作为5G的第1个版本。2017年11月，中国工信部率先发布中频段5G系统频率使用规划，将3.5GHz(3400~3600MHz)和4.8GHz(4800~5000MHz)作为5G系统先期部署的主要频段，向产业链释放明确信号，加速产业链成熟。3GPP提出了多种引入5G NR的部署方式，并对5G基站进行了高层划分，这对5GRAN组网架构具有较大的影响。本文从部署成本、性能、演进路径等方面，对未来的5G基站以及组网架构进行了深入分析。如何结合自身现状，选择合理的部署方式及演进节奏，是运营商在5G初期需要迫切考虑的。

1)5G基站架构

不同于LTE基站，5G NR对基站架构进行了重新定义，以PDCP/RLC层为界，将基站分为集中单元(CU)和分布单元(DU)2个功能实体。CU承担RRC/PDCP层功能，DU承担RLC/MAC/PHY功能。一个CU可以携带多个DU。由于2个功能实体的重新划分，在协议上将对各层功能的设计有一定影响。由于功能的分离，在5G RAN侧增加CU和DU间F1接口，3GPP对该接口的定义和消息交互也进行了标准化。

图1 对LTE及NR基站架构进行了对比。

CU/DU功能的分离意味着未来基站将具备多种部署形态供运营商进行灵活选择。CU和DU可以根据不同的业务需求和网络条件部署在不同的位置，或以集成为同一设备的形式部署。具体主要取决于业务时延需求、前传和中传网络条件、机房安装条件、设备成本和功耗、可靠性要求、CU覆盖范围需求等方面。总体看有以下4种方案。

图2 5G RAN组网架构分类

方案1：CU、DU和RRU设备均独立部署，DU放置于综合业务接入点，CU放置于汇聚节点，主要适用于时延需求宽松业务，对前传和中传条件均有要求。CU可采用通用硬件实现，通过CU集中组网，连接多个DU，有利于实现多小区RRC统一管理和资源池组化，可和边缘计算相关功能结合部署在边缘云机房。

方案2：CU独立部署，DU和RRU同位置部署或集成在一个设备中，主要适用于时延需求宽松业务，中传不受限，前传受限的情况，适用于PoP机房条件受限或小站场景，CU优势同方案1。

方案3：CU和DU同位置部署或集成在一个设备中，部署在综合业务接入点，主要适用于时延需求高的业务，前传不受限，中传受限的情况，可实现小范围池组化。

方案4：CU/DU/AAU均同位置部署或集成在一个设备中，主要适用于对时延需求较高业务，前传和中传条件均有限的情况，受体积影响，适用于一体化小站，用于热点覆盖。

2) 5G RAN组网方式

5G RAN侧组网方式可总体上分为独立部署(SA——Standalone)和非独立部署(NSA——non-Standalone)。独立部署包括Option2和Option5。非独立部署包括Option3/3a/3x、Option4/4a和Option7/7a/7x。如图2所示。Option2和Option5为NRgNB或升级后LTE基站直接连接5GC。Option3/3a/3x和Option7/7a/7x均采用LTE作为控制面锚点，用户通过LTE基站接入EPC或5GC，而NR基站仅承担用户面转发功能，适用于LTE频段低、覆盖大于NR的场景。Option4/4a采用NR基站作为控制面锚点，而LTE基站仅承担用户面转发功能，适用于NR频段低于LTE的场景。Option2为NR基站独立于LTE，直接连接5GC。Option5为LTE基站直接连接5GC，从长远来看，有利于现有LTE网络直接翻频接入5GC完成向5G升级。目前3GPP完成的第1版本是指NSA下Option3系列，而SAOption2在2018年6月完成，之后整个R15版本将冻结。Option4/7系列目前优先级较低，可能完成时间会更加靠后。

如图3所示，除Option3系列沿用了EPC以外，其他组网方式均采用了5GC，5GC采用服务化架构及总线式设计，和EPC相比，优劣势如表1所示。显而易见，5GC在支持业务、性能、灵活性方面相对EPC有较明显提升，但相对EPC，其产品成熟时间有待确定，且由于5G不支持与2G/3G互操作，因此仅可能通过IMS开展语音业务。

图3 5GC(上)及EPC(下)功能及架构

表1 EPC及5GC优劣势对比