Open RAN:把5G基站拆个七零八落!

无线深海 2021-03-21

功能拆分放到现在来说并不是什么新鲜事了,其概念最初在3GPP R14中就提及过,3GPP R15发布了定义,并引入了新的术语、接口和功能模块。


但是在Open RAN中,为什么RU、DU、CU功能拆分的概念变得如此重要?


本文将带你从Why、What、How、When四个方面进行全面了解。


Why
以前的RAN体系结构(2G、3G和4G)是基于“monolithic”构建块,逻辑节点之间很少发生交互。然而,在新的无线电(NR)研究的最初阶段,人们认为在中央单元(CU)和分布式单元(DU)之间划分gNB(NR逻辑节点)可以带来灵活性。

灵活的硬件和软件允许进行可扩展的、低成本的网络部署,但前提是硬件和软件组件可以互操作并且可以与不同供应商进行混合和匹配。分离式架构(中央和分布式单元之间)允许协调性能特性、负载管理、实时性能优化,并能够适应各种用例和需要支持的QoS(即游戏、语音、视频)。

为什么Open RAN要采用分离式架构?

下图展示了当前的业界看法,诺基亚认为唯一有效的划分是在RU和DU之间,并表示时间将证明一个供应商的DU与另一供应商的CU的集成是否会带来灵活性和低成本。



结论:如果硬件和软件组件之间的接口是开放的,功能拆分将会节省成本。




What
在5G RAN架构中,BBU功能分为两个功能单元:负责处理对实时性较高的分布式单元(DU),以及负责处理非实时、RRC、PDCP等高层协议的中央单元(CU)。

在5G C-RAN中,DU的服务器和相关软件可以托管在站点本身,也可以托管在边缘云(数据中心或中央办公室)中,具体取决于传输的可用性和前传接口。CU的服务器和相关软件可以与DU放在同一位置,也可以托管在区域云数据中心中。DU和RU之间的实际划分可能会根据具体的用例和实现而有所不同。



RU:一个负责处理DFE和部分PHY层功能的无线电单元,其设计的关键考虑因素是尺寸、重量和功耗。

DU:靠近RU的分布式单元,主要处理RLC、MAC和部分PHY层功能。该逻辑节点包括eNB/gNB功能的子集,具体取决于功能拆分选项,其操作由CU控制。

CU:负责处理RRC、PDCP等高层协议的中央单元。gNB由一个CU和一个DU组成,分别通过CP和UP的Fs-C和Fs-U接口连接到CU。具有多个DU的CU将支持多个gNB。分离架构使5G网络能够根据中传可用性和网络设计,在CU和DU之间利用不同的协议栈分布。CU可以通过中传接口对多个DU进行集中式管理。

集中式基带部署允许在不同RU之间进行负载平衡,这就是为什么在大多数情况下,DU将与RU搭配以执行所有密集处理任务。以边缘为中心的基带处理可提供低延迟、具有实时干扰管理的无缝移动性和最佳资源优化。

业界认为连接RU和DU的底层接口是eCPRI,以提供最低的延迟,前传延迟被限制为100微秒。

需要注意的是,DU / CU拆分几乎不受基础设施类型的影响。新的接口主要是DU和CU之间的F1接口,它们需要能跨不同的供应商互操作,以真正实现Open RAN。中传(Midhaul)将CU与DU连接起来。

4G / 5G核心通过回传(Backhaul)连接到CU,5G核心距离CU最多可以200公里。



How
对于延迟敏感的服务,基于适当的前传可用性,MAC-PHY拆分是首选解决方案。Option 7 split架构中,DU处理RRC / PDCP / RLC / MAC和较高PHY功能的模块,而RU则处理较低PHY和RF功能的模块。CU功能可以与DU嵌入在同一台服务器上,也可以将其作为一个虚拟化聚合实体与OpenRAN控制器或聚合器一起推到网络上。



Split 8是基于行业标准的CPRI接口,对于traffic split 8,除射频外的所有功能(从PHY到RRC层)都由DU处理,而RF层位于无线电中。

这种划分在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服务器上轻松地完成,同时允许运营商使用成本优化的RU。对传统Split-8的改进在于,为了使RU在同一FH接口上运行多种技术,它们现在需要在RU和DU之间使用eCPRI代替的传统CPRI接口。

这种方法允许从RU集中进行流量聚合,从而实现从传统LTE生态系统到NR生态系统的无缝迁移。



RAN DU位于RU和CU之间,执行实时L2功能(基带处理)。在O-RAN联盟工作组中,DU被提议支持多层RU。为了正确处理数字信号并加快网络流量,可以使用FPGA。虽然硬件加速被认为是5G的必要条件,但在2G、3G甚至4G等以前的技术中就不那么必要了。



围绕FPGA和GPU的硬件加速器也得到了关注,以加速针对5G无线电基带最底层的实时敏感处理。爱立信和诺基亚正在研究针对某些vRAN工作负载的基于GPU的加速,特别是5G M-MIMO和AI。

主要结论:不同的拆分适用于不同的用例。




When
如何在体系结构中划分新的无线电(NR)功能取决于与无线电网络部署方案和预期支持用例相关的某些因素。这里面有三个关键要素:

  1. 需要对每项服务(例如城市地区的低延迟、高吞吐量)和实时/非实时应用提供特定的QoS支持。

  2. 支持特定用户密度和特定地理区域的负载需求。

  3. 具有不同性能水平的可用传输网络。




为了能够充分利用分离架构,所有解决方案都需要支持2G、3G、4G和5G基带功能。为了满足最佳的延迟支持要求,与硬件分离的基带功能应该部署在NFVI上或作为容器部署。MNO可以使用任何VM需求或编排来启用这些功能拆分。


原文链接:
https://www.rcrwireless.com/20200708/open_ran/open-ran-101-ru-du-cu-reader-forum
本文转载自:SDNLAB  / 5G通信


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