5GRAN架构：部署场景、物理架构与可编程控制

# 5G RAN架构：部署场景、物理架构与可编程控制 ## 1. 5G RAN关键功能概述 在5G网络中，无线接入网（RAN）具有几个关键功能，这些功能对于优化网络性能和用户体验至关重要： - **负载均衡**：在不同小区之间进行负载均衡，以平衡小区利用率和性能。 - **移动性管理**：通过集中协调来改善移动性能。 - **多连接性**：选择服务小区和小区的传输模式。 ## 2. 不同组织考虑的部署场景 不同的组织，如3GPP、小基站论坛（SCF）、下一代前传接口（NGFI）论坛和下一代移动网络（NGMN）等，考虑了不同的5G RAN部署场景。 ### 2.1 3GPP定义的部署场景 3GPP定义了四种主要的部署场景： - **非集中式部署**：gNB支持完整的协议栈，适用于宏基站或室内热点环境（包括公共或企业环境），可连接到其他gNB和/或(e)LTE eNB。 - **共址部署**：NR功能与(e)LTE功能共址，可以是同一基站的一部分，也可以是同一站点的多个基站形式。 - **集中式部署**：NR应支持NR无线协议栈上层的集中化，在CU和DU之间有不同的分割选项。 - **共享RAN部署**：NR应支持多个网络运营商的RAN共享，这些运营商有各自的核心网（CN），但共享频谱或无线资源。 | 部署场景 | 描述 | | --- | --- | | 非集中式部署 | gNB支持完整协议栈，适用于宏或室内热点环境，可连接其他基站 | | 共址部署 | NR与(e)LTE功能共址，可在同一基站或多基站 | | 集中式部署 | 支持NR上层协议栈集中化，有不同分割选项 | | 共享RAN部署 | 多个运营商共享RAN，有各自CN，共享频谱或资源 | ### 2.2 SCF的部署场景 SCF采用了超越多运营商核心网络（MOCNs）和移动运营商无线接入网络（MORANs）的共享方法。通过开放内部RAN接口，允许网络功能（NFs）共享，从而将特定供应商的RAN知识产权（IPr）托管在通用或独立的网络功能虚拟化基础设施（NFVI）中。这种新的共享形式针对室内小基站基础设施中的多运营商和多供应商部署，由网络功能应用编程接口（nFAPI）实现。nFAPI接口对应3GPP分割选项6（MAC/PHY分割），旨在降低共享接入的障碍，特别是物理网络功能（PNFs）和虚拟网络功能（VNFs）的多运营商共享。 ### 2.3 NGFI的部署场景 NGFI采用三层RAN架构，包括作为CU实体的无线电云中心（RCC）、作为DU实体的无线电聚合单元（RAU）和作为进一步分布式实体的远程无线电单元（RRU）。考虑了三种分割方式，即3GPP分割选项7（PHY内分割）的两种变体（iFFT和循环前缀插入/移除，有无映射器和专用PRACH处理）和3GPP分割选项2（PDCP/RLC分割）。考虑的部署场景包括密集室内覆盖、大规模MIMO和室外分布式天线系统（DAS）。 ## 3. 支持部署场景的可能物理架构 一种演进的三层RAN架构可以支持上述不同的部署场景和功能分割。该架构（包含RRU、DU和CU）是原始两层C-RAN（包含RRU和基带单元BBU）的演进，为未来的多无线接入技术（RAT）部署提供了所需的灵活性。通常，一个CU覆盖的区域半径为100 - 200公里，而一个DU覆盖的区域半径仅为10 - 20公里。 ### 3.1 理想前传网络下的功能分割 当使用理想的前传（FH）网络（即低延迟和高容量）时，只有PHY功能的下部（L1-Low）应放置在RRU，以最大限度地利用DU处的协调信号处理优势。DAS和大规模MIMO是两种典型的部署场景，可通过3GPP分割选项7和8以及(e)CPRI/NGFI以太网无线传输（RoE）传输协议或OpenAirInterface中实现的专有接口来实现。这两种场景都需要共同的传输预编码和接收合并操作（特定于小区和特定于UE），这些操作必须放置在DU以实现跨多个地理分布的RRU的协调波束成形，或者放置在驱动大规模天线阵列的单个RRU。 ### 3.2 非理想前传网络下的功能分割 对于非理想的FH网络（即具有中等延迟和容量，如公共网络），整个PHY功能都移到RRU，以减轻FH网络的压力，同时利用DU处的联合调度和干扰协调优势。室内 - 室外RAN共享和虚拟小区移动性是两种代表性的部署场景，可通过SCF nFAPI接口或对应于3GPP分割选项5的专有接口来实现。此外，宏基站和小基站之间的控制面（CP）和用户面（UP）分离可以很容易地实现，通过位于DU或CU的集中式PDCP实体无缝服务UP流量。 ### 3.3 功能分割与部署场景关系图 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px A[理想FH网络]:::process --> B[L1-Low放RRU]:::process B --> C[DAS和大规模MIMO]:::process D[非理想FH网络]:::process --> E[PHY全放RRU]:::process E --> F[室内-室外RAN共享和虚拟小区移动性]:::process ``` ## 4. 5G/(e)LTE和5G多AIV共部署 在引入5G时，移动网络运营商（MNOs）希望最大限度地利用现有的(e)LTE部署，并为可能在未来几年内仍在使用的传统UE提供服务。因此，考虑(e)LTE和5G的优化共部署非常重要。 ### 4.1 5G/(e)LTE非独立部署场景 - **依赖LTE**：(e)LTE提供基本通信层，通常在较低载波频率上，作为主基站（MeNB），并在多连接配置中提供主小区（PCell）。此外，可以配置一个或多个NR辅小区（SCell），通常在较高载