圖片來自“東方IC”

【編者按】隨著5G RAN 3層架構的逐漸明確，原4G時代的BBU拆分為CU和DU，其中非實時的無線高層協(xié)議棧功能引入到CU，物理層功能和實時性需求的層2功能引入到DU，部分實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，通過從4G到5G RAN架構的演進、CU/DU/RRU多種部署組合方式、NR基站多種部署方式資源需求、場景應用等多方面分析，論述了5G NR基站部署需要關注的問題。

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，無論是通信技術還是業(yè)務需求和用戶行為，都發(fā)生了翻天覆地的變化，用戶需求不再只是基礎的語音、短信和低速數(shù)據(jù)業(yè)務，增強移動帶寬（eMBB）、大連接物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）、超高可靠低時延通信（uRLLC）等業(yè)務需求逐漸進入人們的視野，隨著2014年IMT-2020（5G）推進組發(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)絡為滿足上述三大應用場景下的差異化需求，在無線網(wǎng)層面將采用多種關鍵技術，如超密集異構網(wǎng)絡、毫米波技術、NR 3層架構設計、大規(guī)模天線（Massive MIMO）、高階調(diào)制、云計算網(wǎng)絡等。5G多樣化應用場景下，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用場景，分析探討NR基站的規(guī)劃和部署方法。

RAN架構的演進

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

到了5G時代，隨著應用場景的細分，傳統(tǒng)的BBU+RRU模式已無法滿足多種場景的需求。因此，5G RAN架構將BBU進行了拆分和重構，根據(jù)處理內(nèi)容的實時性，將BBU重構為中央單元CU和分布單元DU 2個功能實體，CU設備主要包括非實時的無線高層協(xié)議棧功能，同時也支持部分核心網(wǎng)功能（UP）下沉和MEC邊緣應用業(yè)務的部署，而DU設備主要處理物理層功能和實時性需求的層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實現(xiàn)（見圖1）。

圖1 5G NR三層架構

目前4G采用的CPRI接口主要適用于點對點連接，由于其傳輸效率低、靈活性差、難以擴展等缺點，特別是集中化部署成本過高，無法滿足面向5G演進的前傳網(wǎng)絡組網(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)計復用、載荷相關的自適應帶寬變化、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、空口技術中立、RRS歸屬關系遷移等基本原則。

5G NR基站部署方式

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

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。

傳統(tǒng)基站部署

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

圖2    傳統(tǒng)基站部署示意圖

DU前置CU集中部署

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

圖3    DU前置CU集中部署示意圖

DU/CU集中部署

此部署方法RRU與天線合設為AAU，DU/CU集中安裝于中心機房，RRU與DU通過傳輸網(wǎng)絡連接（見圖4）。

圖4    DU/CU集中部署示意圖

DU集中部署，CU云化

此部署方法RRU與天線合設為AAU，DU集中安裝于中心機房，RRU與DU通過傳輸網(wǎng)絡連接，CU云化，并通過傳輸網(wǎng)絡與DU連接（見圖5）。

圖5    DU集中部署，CU云化示意圖

多種部署方式需求及應用分析

2015年，3GPP正式定義了5G的3類典型應用場景：增強移動帶寬（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)務場景的基礎上，對于用戶體驗等性能的進一步提升，主要還是追求人與人之間極致的通信體驗。其特征為吞吐量大，主要用戶為手機、平板電腦等設備。

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、適用場景等方面進行考慮。

機房資源需求分析

不同的CU/DU部署方式，對機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，對機房資源資源的需求

傳統(tǒng)基站部署方式。CU/DU均部署在站點機房或室外機柜，但CU可擴展性小、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。

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

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

DU集中部署。CU云化方式，DU可集中部署于站點機房或中心機房，CU云化后，MEC等應用下沉到中心機房，與CU共享硬件，邏輯獨立，有利于提升用戶體驗。CU云化可實現(xiàn)統(tǒng)一的多連接錨點，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現(xiàn)資源的合理調(diào)度，享受統(tǒng)計復用增益，但同時也存在著一定的弊端，首先是管理復雜度提高，安全性和可靠性要求提高，由于CU層級提高，信令時延也相應增加，在考慮CU云化部署的時候，需要綜合考慮以上因素。

傳輸網(wǎng)絡光纖資源需求分析

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)絡建設不斷進行，高低頻混合組網(wǎng)，光纖資源需求成倍增加，傳輸網(wǎng)絡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，不需要通過傳輸網(wǎng)絡，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，光纖直連方式將導致傳輸網(wǎng)絡光纖容量無法承受，需要引入相應的WDM技術，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

安全性和維護便利性分析

在考慮5G NR基站的部署時，不僅需要考慮機房、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維的便利性。CU/DU集中度越高，集中站點的安全性就顯得更加重要，在規(guī)劃集中部署站點時，需要綜合考察集中機房的交通便利度、機房防火防災響應能力、傳輸網(wǎng)絡情況、電源配套容量等問題（見表2）。

表2    不同部署方式的比較

三大場景5G NR部署關注事項

根據(jù)3GPP定義，eMBB、mMTC和uRLLC三大場景由于關注業(yè)務不同，對網(wǎng)絡和時延的要求也不盡相同。如eMBB關注高速率、大吞吐量，mMTC關注大連接，uRLLC關注低時延、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：如AR/VR、自動駕駛等uRLLC業(yè)務，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，同時將應用網(wǎng)關下移，降低傳輸時延。

針對時延不敏感的業(yè)務：如智能抄表、智能灌溉等mMTC業(yè)務，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)絡運維角度出發(fā)，降低運維成本。

5G站點的部署，會依據(jù)業(yè)務應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，在不同的地區(qū)，也會因為機房、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)絡將會采用多種部署方式共存。

與4G相比，5G的應用場景更加細化，傳統(tǒng)的單一的網(wǎng)絡架構設計已經(jīng)不能夠滿足5G的多樣化需求，在此背景下，5G的RAN構架從4G的BBU+RRU雙層架構升級為CU+DU+RRU 3層架構，在5G NR基站規(guī)劃部署時，通過3層架構的靈活組合，結合承載網(wǎng)路由和網(wǎng)絡應用網(wǎng)關的合理部署，可針對性地滿足不同應用場景的需求。未來隨著5G應用場景越來越豐富，網(wǎng)絡部署的個性化需求也會越來越多，如何合理地規(guī)劃5G NR基站是一個需要關注的問題。