5G系统RAN架构 - CU(集中单元)和DU(分布单元)的应用和功能切分方式 (上)

中国移动C-RAN白皮书中提到，"传送网资源充足时，可集中化部署DU 功能单元，实现物理层协作化技术，而在传送网资源不足时也可分布式部署DU 处理单元。而CU 功能的存在，实现了原属BBU 的部分功能的集中，既兼容了完全的集中化部署，也支持分布式的DU 部署。可在最大化保证协作化能力的同时，兼容不同的传送网能力"。

"迈向5G C-RAN：需求、架构与挑战"白皮书中还提到，CU/DU部署方式的选择需要同时综合考虑多种因素，包括：业务的传输需求（如带宽，时延等因素）、接入网设备的实现要求（如：设备的复杂度、池化增益等）以及协作能力和运维难度等。若前传网络为理想传输，即：当前传输网络具有足够高的带宽和极低时延时（如：光纤直连），可以将协议栈高实时性的功能进行集中，CU与DU可以部署在同一个集中点，以获得最大的协作化增益。若前传网络为非理想传输（即：传输网络带宽和时延有限时），CU可以集中协议栈低实时性的功能，并采用集中部署的方式，DU可以集中协议栈高实时性的功能，并采用分布式部署的方式。另外，CU作为集中节点，部署位置可以根据不同业务的需求进行按需灵活调整。

2.      CU和DU分离架构应用举例

韩国KT 5G网络中采用了C-RAN架构。下面借助2015年发表的文章"Mobile Network Architecture for 5G Era - New C-RAN Architecture andDistributed 5G Core"，来进行分析和说明。

http://www.netmanias.com/en/?m=view&id=blog&no=8153

文中提到，5G网络架构需要满足业务和性能的需求。比如：

高速业务 ---> 前传话务量巨大 --->C-RAN/新型前传

高速业务 ---> 核心网业务激增 --->分布式5G核心网络

超低时延 ---> 分布式5G核心网

LTE系统中已经采用了C-RAN架构，BBU和RRH独立放置。BBU放置在中心机房或者主要站点，而RRH分布在各个站址上。BBU与RRU之间采用CPRI接口，每个CPRI端口连接一个RRU。每个RRU为2T2R，LTE带宽为20MHz，故CPRI接口的容量为2.45Gbps。

如果采用mMIMO，BBU与RRU之间的CPRI容量将大幅增加。比如，如果带宽为20MHz，且RRU采用16个流的天线，则CPRI容量需要19.66GHz。如果再进一步采用100MHz以上的带宽，则BBU与RRU之间的CPRI接口容量就需要几百Gbps了。

LTE时代的C-RAN和前传架构已经无法处理这么大的容量了(目前每个CPRI端口的最大传输容量为10Gbps)。为了解决这个问题，考虑重新对BBU和RRU进行定义(如将物理层下放到RRU中，以降低传输容量的需求)，并将BBU与RRU之间的接口从电路前传(CPRI)转变为分组前传(Ethernet)。

5G时代，为了对BBU和RRU的功能重新进行定义，且将前传转为分组方式，提出了多种功能分割方式，不同方式下，前传容量降低程度的影响、CoMP的效果以及RAN虚拟化的增益等有所不同。

如下图所示，BBU与RRU之间可以采用多种协议分割方式，如PDCP与RLC之间、RLC与MAC之间、MAC与PHY之间、PHY内部等。它们所对应的CU功能逐渐增强，DU功能逐渐减弱。从而CU与DU接口上的前传容量需求逐渐增大、CoMP效果也越来越强，时延需求越来越小。

那么，3GPP中，对CU-DU分离方式如何定义哪？下面来简单了解和分析一下。

3.      3GPP 关于RAN架构中CU-DU的分割方式

TR38.801 v200中第11章是有关5G的RAN逻辑架构的相关内容，需要说明的是，目前此讨论是基于LTE的协议栈进行分析和研究的，聚焦于RRC、PDCP、RLC、MAC以及物理层等协议层。

3.1   CU和DU的8种切分方式

CU和DU逻辑功能分割方式有以下几种选择，基本上可在多个协议层之间或者内部实施切分。

[1]选项1(类似1A的切分方式)：

类似于双连接中1A的切分方式。RRC位于中央单元CU中，PDCP、RLC、MAC以及物理层和RF都位于分布单元DU中。

[2]选项2(类似3C的切分方式)：

类似于双连接中3C的切分方式。RRC和PDCP位于中央单元CU中，RLC、MAC以及物理层和RF都位于分布单元DU中。

[3]选项3(RLC内部切分)：

RLC的低层(部分RLC功能)、MAC及物理层和RF都位于分布单元DU中，而PDCP和RLC的高层(部分RLC功能)位于中央单元CU中。

选项3-1：基于ARQ分割。

选项3-2：基于TX RLC和RX RLC分割。

[4]    选项4(RLC与MAC之间切分)：

MAC、物理层和RF位于DU中，PDCP和RLC位于CU中。

[5]    选项5(MAC内部切分):

RF、物理层和部分MAC功能(如HARQ)位于DU中，MAC高层、RLC和PDCP位于CU中。

[6]    选项6(MAC和PHY切分