灵活RAN架构应对未来业务挑战

5G RAN架构分析

相对于之前无线通信标准的演进，5G是一次全面的技术革新。5G主要有3个核心应用场景，即eMBB、uRLLC和mMTC，分别对应大流量、低时延高可靠、低功耗物联网等三大类业务。进一步细分下去，超高清视频、AR/VR、智能电网、智能交通、工业自动化、自动驾驶等领域均在其涵盖范围内。

可以看到，与4G单一的移动宽带服务相比，5G的愿景更为广阔，其瞄准的目标市场也从纯粹的CT市场向繁多的垂直行业市场演变。但要适配众多的市场特性和业务需求，传统以网元为基础、软件功能与硬件紧密耦合的接入网形态难以为继，我们需要更为灵活、通用、自适应的新型接入网网络架构。因此在5G网络架构研究中，采用可切分的RAN新架构。

在4G时代，3GPP引入了扁平化的无线接入网架构，接入侧功能统一聚合在eNodeB。到了5G时代，为什么又要进行切分呢？主要原因有以下几个：

● 前传带宽的限制
基于CPRI实现BBU和RRU分离时，采用理想前传每10MHz单天线端口所需CPRI带宽为614.4Mbps。如果采用1GHz的5G最大带宽，采用256天线，则CRPI所需带宽将达到T比特级别，其造成的前传成本提升不可接受。对现有RAN架构进行切分，可有效降低前传的带宽需求。

● 集中协同的处理要求
5G在频率方面，目前可预见的包括Sub 6GHz和毫米波，未来可能还会涉及非授权频段；组网方面，必然会引入宏微多层覆盖的异构网络；覆盖密度方面，为了实现5G的性能目标，需要增加带宽、提高频谱效率并增加站址密度。要在如此复杂的网络中获得更大的性能增益，可以考虑引入一个中央处理单元来实现干扰管理和话务聚合。

● 边缘计算的引入
在移动领域，边缘计算（MEC）主要指将计算能力下沉到无线网络的边缘，增加计算、存储、处理功能，以降低处理时延、提升访问效率和吞吐量。大视频、车联网、区块链等领域，都是边缘计算的典型应用场景。虽然边缘计算的特性是将应用下沉，但一个完全分布式、直接部署在站点机房的架构部署难度极大，从收益来说也并非必要。引入一个集中式的逻辑节点，在该节点上部署MEC，反而可实现效率最大化。

● 分布单元保留的必要性
由于5G的带宽大、天线数目多，无法完全集中化管理，多天线处理、前传压缩等功能还需要在远端分布单元中实现；另一方面，集中化的节点部署层次高，与终端距离远，引入的传输时延不可忽略。一些对实时要求高的功能，如编解码、资源调度等，更适合部署在远端的分布式单元，而非集中处理。

如上所述，引入集中式的节点在5G时代是必要的，而分布式单元也必须保留。要同时达到这两个目的，中兴通讯采用可分离的灵活RAN架构，以在各种场景下提供更大的灵活性。

切分形态

中兴通讯的5G架构将5G的BBU功能重构为CU（Centralized Unit） 和DU（Distributed Unit）两个功能实体，CU与DU功能的切分以处理内容的实时性进行区分，实现了完全符合3GPP标准的高层切分形态。CU设备主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同时也支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署，而DU设备主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能。为了减少前传带宽，还将一部分DU功能上移到RRU中，即级联（Cascade）架构。除协议栈本身的功能分布外，我们也对RAN切分后可能对调度、时延等的影响进行了深入评估，输出可适配多种用户站点形态、业务类型和频段的RAN部署架构模型。经验证，这种架构下前传带宽可缩小到非切分时的1/7左右，可满足5G的大带宽需求。

云化与非云化部署

虚拟化的引入将网络软件功能从黑盒设备中解耦，实现了软硬件分离，由此也带来灵活部署、资源池化、弹性伸缩等增益。5G系统中接入网侧由于基带处理等实时特性，并不能像核心网一样实现完全虚拟化。但接入网高层功能对实时性要求并不高，因此将实时和非实时功能切分，为接入网的部分虚拟化带来了可能。

在CU/DU分离后，可以将承载非实时功能的CU，承载于通用物理器件上，而接入网高层功能以虚拟机的形态运行；而切分后的DU依然采用专用的物理器件。这样集中部署的CU形态，我们可称之为Cloud CU或云化CU。与之相对的，则是没有引入虚拟化技术、传统的接入网非云化部署形态。一种是多个BBU完全独立，不共站址部署的形态，我们称之为D-RAN；另外一种则是多个BBU共站部署，此时BBU的基带资源池可能共享，也可能彼此独立。这种形态，我们称之为C-RAN。

中兴通讯的5G 接入网，支持上述所有形态的部署架构。这不止是为了前向和后向的兼容性，更多的是为了应对复杂多样的业务场景。

CP/UP的汇聚优化

在通过分离来适配带宽和部署架构后，中兴通讯5G RAN还可在集中式的CU节点上实现控制面和用户面汇聚的优化处理。

对控制面（CP）而言，多个小区或站点对应CP的汇聚可以统一进行资源协同、干扰控制、负荷分担等处理，其效率和效果均优于分布式基于接口的RRM（Radio Resource Management）操作；对用户面而言，多个用户面（UP）汇聚有利于跨小区乃至跨站的报文交互，原本要通过接口投递的数据，现在只需在集中式节点共享上下文即可；原本移动性过程中需要迁移的到核心网承载，现在则可链路复用。

这些集中式的收益，在4G的C-RAN中也可以部分实现。但对5G而言，因其组网架构复杂、站址密度高、频段丰富，对业务连续性和可靠性的要求更高于4G，因此CP/UP汇聚处理的必要性和收益都更为明显。中兴5G RAN已可在CU/DU分离架构基础上，通过汇聚来实现如上所述的性能增强，并将进一步在此基础上继续探索，引入包括能力开放、网络自优化、AI等可利用汇聚节点提升用户体验的特性。

更进一步的CP/UP分离

在CU/DU分离的基础上，为了进一步适配不同业务的请求。接入网的CU侧，还可以更进一步地将控制面和用户面再行分离。分离后的CP和UP彼此解耦，通过标准的E1接口进行交互，可部署在不同的物理节点。

 图1展示了CP/UP分离后的接口，但并未完全描述CP和UP的部署形态。实际上，CP/UP进一步分离后，其部署的位置可根据需要来选择。如分离后的CP可以进一步集中，更好地实现控制面的协同功能；分离后的UP可以根据业务时延需求，选择部署在网络边缘或更高一层的节点。

灵活的5G RAN架构

如上所述，引入CU/DU分离设计后，在5G RAN架构中出现了D-RAN、C-RAN、Cloud-RAN等多种架构，而CP/UP的进一步分离则使得架构的变化更为多样。但需要说明的是，这些架构之间并非彼此互斥，运营商完全可以根据自己的需要来进行灵活的网络部署。

在从4G网络向5G网络演进的过程中，可以从D-RAN部署开始，逐步引入不同的架构形态。而在5G成熟商用部署后，这三种架构依然可以根据区域、业务需要，在同一张网络中共存。中兴通讯5G RAN灵活的拓扑结构，可兼容适应理想前传和非理想前传的传输环境，不止可支持多种形态，更可以根据不同应用场景自适应进行架构调整。

三种架构的适用场景如下：

● D-RAN：低时延业务场景、网络初期快速部署；

● C-RAN：站址机房空间不足、前传光纤资源受限、BBU基带资源池化需求；

● Cloud-RAN：与MEC共平台部署、集中管理和协同要求、采用通用化器件、基于切片的编排和弹缩。

下面列举两个典型的5G业务应用场景，我们来看一看灵活的5G RAN架构如何适配这些场景，实现最佳用户体验。

● 4G/5G融合场景：采用LTE和5G双连接的方式，控制面经由LTE基站，保证连续覆盖；用户面数据经由5G DU单元，解决高流量无线接入；控制面和用户面高层协议均集中汇聚在CU单元。终端移动时，保持控制面以及用户面锚点不变，实现无缝移动性。

● 车联网场景：在靠近路边的位置部署DU单元，辅助实现车端V2V/V2X无线资源分配；CU单元可部署在上级节点，应用服务器可部署在CU侧，实现应用层的快速反馈交互。

总体来说，通过对RAN侧的功能切分，使得业务驱动的接入网重组成为可能。这种重组既包含功能层次分离，也包含处理的汇聚、应用服务的下移、核心网功能的融合。更为重要的是，这诸多形态，可以由网络根据需要自适应使能。中兴通讯5G RAN架构所具备的这种通用性和灵活性，正切合5G“万物互联”的商业诉求，符合移动通信的未来发展方向。