為什么Open RAN要采用分離式架構？

功能拆分放到現在來說并不是什么新鮮事了，其概念最初在3GPP R14中就提及過，3GPP R15發布了定義，并引入了新的術語、接口和功能模塊。

但是在Open RAN中，為什么RU、DU、CU功能拆分的概念變得如此重要？

本文將帶你從Why、What、How、When四個方面進行全面了解。

Why

以前的RAN體系結構（2G、3G和4G）是基于“monolithic”構建塊，邏輯節點之間很少發生交互。然而，在新的無線電（NR）研究的最初階段，人們認為在中央單元（CU）和分布式單元（DU）之間劃分gNB（NR邏輯節點）可以帶來靈活性。

靈活的硬件和軟件允許進行可擴展的、低成本的網絡部署，但前提是硬件和軟件組件可以互操作并且可以與不同供應商進行混合和匹配。分離式架構（中央和分布式單元之間）允許協調性能特性、負載管理、實時性能優化，并能夠適應各種用例和需要支持的QoS（即游戲、語音、視頻）。

為什么Open RAN要采用分離式架構？

下圖展示了當前的業界看法，諾基亞認為唯一有效的劃分是在RU和DU之間，并表示時間將證明一個供應商的DU與另一供應商的CU的集成是否會帶來靈活性和低成本。

結論：如果硬件和軟件組件之間的接口是開放的，功能拆分將會節省成本。

What

在5G RAN架構中，BBU功能分為兩個功能單元：負責處理對實時性較高的分布式單元（DU），以及負責處理非實時、RRC、PDCP等高層協議的中央單元（CU）。

在5G C-RAN中，DU的服務器和相關軟件可以托管在站點本身，也可以托管在邊緣云（數據中心或中央辦公室）中，具體取決于傳輸的可用性和前傳接口。CU的服務器和相關軟件可以與DU放在同一位置，也可以托管在區域云數據中心中。DU和RU之間的實際劃分可能會根據具體的用例和實現而有所不同。

RU：一個負責處理DFE和部分PHY層功能的無線電單元，其設計的關鍵考慮因素是尺寸、重量和功耗。

DU：靠近RU的分布式單元，主要處理RLC、MAC和部分PHY層功能。該邏輯節點包括eNB/gNB功能的子集，具體取決于功能拆分選項，其操作由CU控制。

CU：負責處理RRC、PDCP等高層協議的中央單元。gNB由一個CU和一個DU組成，分別通過CP和UP的Fs-C和Fs-U接口連接到CU。具有多個DU的CU將支持多個gNB。分離架構使5G網絡能夠根據中傳可用性和網絡設計，在CU和DU之間利用不同的協議棧分布。CU可以通過中傳接口對多個DU進行集中式管理。

集中式基帶部署允許在不同RU之間進行負載平衡，這就是為什么在大多數情況下，DU將與RU搭配以執行所有密集處理任務。以邊緣為中心的基帶處理可提供低延遲、具有實時干擾管理的無縫移動性和最佳資源優化。

業界認為連接RU和DU的底層接口是eCPRI，以提供最低的延遲，前傳延遲被限制為100微秒。

需要注意的是，DU / CU拆分幾乎不受基礎設施類型的影響。新的接口主要是DU和CU之間的F1接口，它們需要能跨不同的供應商互操作，以真正實現Open RAN。中傳（Midhaul）將CU與DU連接起來。

4G / 5G核心通過回傳（Backhaul）連接到CU，5G核心距離CU最多可以200公里。

How

對于延遲敏感的服務，基于適當的前傳可用性，MAC-PHY拆分是首選解決方案。Option 7 split架構中，DU處理RRC / PDCP / RLC / MAC和較高PHY功能的模塊，而RU則處理較低PHY和RF功能的模塊。CU功能可以與DU嵌入在同一臺服務器上，也可以將其作為一個虛擬化聚合實體與OpenRAN控制器或聚合器一起推到網絡上。

Split 8是基于行業標準的CPRI接口，對于traffic split 8，除射頻外的所有功能（從PHY到RRC層）都由DU處理，而RF層位于無線電中。

這種劃分在2G和3G中非常有效。在2G和3G中，流量速率要低得多，可以在x86服務器上輕松地完成，同時允許運營商使用成本優化的RU。對傳統Split-8的改進在于，為了使RU在同一FH接口上運行多種技術，它們現在需要在RU和DU之間使用eCPRI代替的傳統CPRI接口。

這種方法允許從RU集中進行流量聚合，從而實現從傳統LTE生態系統到NR生態系統的無縫遷移。

RAN DU位于RU和CU之間，執行實時L2功能（基帶處理）。在O-RAN聯盟工作組中，DU被提議支持多層RU。為了正確處理數字信號并加快網絡流量，可以使用FPGA。雖然硬件加速被認為是5G的必要條件，但在2G、3G甚至4G等以前的技術中就不那么必要了。

圍繞FPGA和GPU的硬件加速器也得到了關注，以加速針對5G無線電基帶最底層的實時敏感處理。愛立信和諾基亞正在研究針對某些vRAN工作負載的基于GPU的加速，特別是5G M-MIMO和AI。

主要結論：不同的拆分適用于不同的用例。

When

如何在體系結構中劃分新的無線電（NR）功能取決于與無線電網絡部署方案和預期支持用例相關的某些因素。這里面有三個關鍵要素：

需要對每項服務(例如城市地區的低延遲、高吞吐量)和實時/非實時應用提供特定的QoS支持。

支持特定用戶密度和特定地理區域的負載需求。

具有不同性能水平的可用傳輸網絡。

為了能夠充分利用分離架構，所有解決方案都需要支持2G、3G、4G和5G基帶功能。為了滿足最佳的延遲支持要求，與硬件分離的基帶功能應該部署在NFVI上或作為容器部署。MNO可以使用任何VM需求或編排來啟用這些功能拆分。

本文轉載自：SDNLAB / 5G通信

審核編輯：湯梓紅