5G NR 网络下CU、DU 架构以及部署

党丽莉 咸阳职业技术学院

一、5G 业务场景分析

在增强移动宽带网络中，数据的传输容量有大幅度的提高；在实时性方面需要考虑ms 量级的时延需求。如果采用传统的网络结构，一方面不利于数据的集中处理；另一方面不利于网络虚拟化，无法适应不同无线接入技术的信号处理。

大规模机器通信连接业务特点是：数据量少，数量多，覆盖距离可大可小，实时性要求不高等。对于传感器类的MTC 要求1 百万连接数/平方公里，如此巨大的数目需要设计合理的网络结构降低成本。

对于低时延高可靠类业务，可靠性和实时性是主要的技术需求，低时延小于1ms，超可靠至少低于误包率＜10-4。高速移动场景，需要保证在速度为300 km/h 时能提供上行20 Mbps 的传输速率。

二、5G RAN 网络架构

5G 接入网由CU、DU 等多个逻辑功能组成，功能切分为CU-C、CU-U、DU。

CU-U/CU-C 承载非实时功能，可运行在通用处理器上，适合实现软件和硬件解耦；在部署上可不依赖硬件形态，即CU-C/CU-U 可以部署在通用设备上，也可部署在专用设备上；

DU 主要承载实时处理功能，由于对时延非常敏感，涉及大量的调度、调制解调和编解码等处理，需要专用处理的硬件来保证空口性能不下降。DU 需要部署在专用硬件上。

在CU-C/CU-U 和DU 分离部署的场景下，F1 接口和Xn接口产生的时延会直接影响网络的性能。

DU 的实时功能，和空口时延直接相关，DU 靠近空口部署；当然，也可以部署到CO 机房。CU-C/CU-U 主要包括非实时功能，其部署位置比较灵活；如果业务对于端到端的时延要求高，可以靠近空口部署, 如URLLC 类业务。

一个gNB 包括一个CU-C 加上若干个CU-U 再加上若干个DU，也就是CU-C 与CU-U 是一对多的关系，CU-C 与DU 也是一对多的关系，而CU-U 与DU 是多对多的关系。CU 分为控制面 CU-C 和用户面CU-U，能够根据业务需求进行按需灵活部署。

CU-C 完成信令面的处理,其中包括RRC 层的处理、RRM 无线资源的管理、NG-C 接口、XN-C 接口的处理，适合采用通用处理器完成。CU-U 完成PDCP 功能以及NG-UXN-U 包转发处理，可以采用通用处理器也可以采用专用处理器。

DU 需要提供实时功能的处理能力，其主要包含RLC 层，MAC层以及PHY 层功能，需要使用专用设备。同时还负责功率控制、调度、准入控制、协同控制、载波聚合等实时算法的实现， MIMO 方式选择以及天线单元管理。

若干个DU 实例可以连接于一个CU-U 实例。因此一个CU-U实例可以对应于多个DU，即负责多个系统区域中用户的数据收发。一个用户可以在CU-U 包含的小区中自由移动而无须进行NG 或者Xn 切换。每一个CU-C 实例可以处理若干个DU 实例。这样，CU-C 就可以将整片区域视为同一个区域。

本文提出一种根据实体功能处理单元给出的CU、DU 软硬件部署架构：CU-C 独立部署在一个X86 服务器或者刀片服务器上，采用NFV 虚拟化技术，CU 采用VFN（虚拟化网络功能）方式进行部署，CU-U 可以与CU-C 部署在一起，也可以独立进行部署，采用虚拟化技术可以将多个服务器，划分成一个或者多个虚拟机，实体机服务器与虚拟机资源并非一一对应关系。一个CU 是由多个虚拟机构成，而一个虚拟机可以由多个服务器组成。

三、业务应用场景网络架构分析

5G三大业务场景，业务诉求差异大。根据每种业务的特征和需求，无线网络接入功能可以进行按需灵活部署，以满足业务的时延、带宽、大连接等需求，并达到最大的资源使用效率。

以下对三种应用场景分别进行分析，对不同业务场景的网络部署和分布给出意见。

对于eMBB 业务，在多连接场景下，不同的连接可能对应不同的接入技术和频段，一个连接负责覆盖，一个连接负责容量提升容量，实现覆盖和数据的理想结合。

对于eMBB 业务，CU 和DU 的分离架构，这样与CU 连接的多个DU 可以独立处理物理层以及RLC 相关信息，同时一个CU 可以处理多个连接的非实时信息。

对于mMTC 物联网的海量连接场景下：由CU 集中管控，多个DU、RRU 连接到一个CU。机器通信的实时性要求不高，可以将CU和核心网进行共平台部署，减少无线网和核心网的信令的交互，减少机房的数量。

随着国内5G 运营牌照的发放以及研究的进展，5G 相关的关键技术将逐渐明确，期待不久的将来，随着5G 垂直行业应用市场的蓬勃发展，会有更多更丰富的应用场景诞生。