5G系统架构中CU-DU分离的必要性

5G架构中采用哪种CU-DU分离方案还有待2017年4月份确定。但是，5G系统中为什么一定要采用CU-DU分离的架构哪？ 3G时代RNC和NodeB刚演变为eNodeB，又考虑将eNodeB再重新划分为CU和DU逻辑单元或者物理实体，这到底是进步还是倒退哪？早期大家对CU和DU分离架构又是如何考虑的哪？

从5G规范讨论开始，这些问题就在逐步讨论和明确中了。借助最早一次RAN3的会议(#91bis)讨论提案，我们来获取一些分析结果和答案。

1.    3GPP讨论过程中CU-DU分离架构的变化

通过各次会议对TR38.801中CU-DU架构的描述，有助于大致了解相关讨论内容和进展。去年5月进行的RAN3#91bis会议发布的TR38.801只考虑7种分割方案，在其后的RAN3#92会议中才加入了第8种切分方案(即RLC内部切分的方式)。此后的会议就基于这8种分割方式进行讨论。

RAN3#91bis对应的TR38.801-v010中的CU-DU切分方式：

RAN3#92对应的TR38.801-v020中的CU-DU切分方式：

2.    为什么要进行CU-DU分离？

TR38.913需求中明确提出"Different options and flexibility for splitting the RAN architectureshall be allowed"，因此，2016年5月底进行的RAN3 #91bis会议上就开始正式讨论RAN架构分割的方案。这里借助RAN3 #91bis会议上的一些提案来分析和说明CU和DU分离的必要性的问题。

2.1    RAN3#91bis会议上NEC/KDDI的观点

NEC/KDDI的提案"R3-160766 Motivation of Functionality Splitting in RAN architecture"就是对CU/DU分离的动机进行讨论的。其主要看法是，目前基于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。当信号带宽和天线端口都增加时，CPRI接口的带宽需求也线形增加。如200MHz且256天线端口下，所需CPRI带宽为2560Gbps。如果采用ITU规定的5G系统最大带宽1GHz，且采用256天线，则CPRI带宽需求为12800Gbps。因此，对现有RAN架构进行分离可以有效降低前传(Front-haul)的带宽需求。

2.2    RAN3#91bis会议上Intel的观点

Intel在提案"R3-160622 Fronthaul and RAN functional split aspects of the nextgeneration radio access network"中分析认为，NGMN/ETSI以及MWC2016都展示过RAN分割的概念(即C-RAN)，不过C-RAN的名字和含义有所差异，比如Cloud RAN、Centralized RAN、Virtual RAN等。Centralized RAN在协作处理、性能、CAPEX/OPEX降低、节能等方面都有好处。

举例来说，不同场景下小区吞吐量变化和波动很大，因此将多个小区集中进行处理，有助于降低吞吐量处理能力和传输网需求，因此C-RAN效率较高，易于扩展。另外，目前C-RAN实施过程中都采用CPRI、OBSAI或者厂家自有传输方案，其带宽和时延要求较高。5G系统中吞吐量高达10Gbps时，对CPRI的带宽要求相当大，因此可能阻止C-RAN的部署。ETSI OSR会考虑CPRI压缩，但是压缩后所带来的带宽增加也有限。

Intel认为Centralized RAN可以包含中央单元(central RAN unit)和分布单元(distributed RAN unit)，且RAN架构考虑不应该只由协议栈驱动，也应该由C-RAN自身的需求来驱动。比如，RAN支持CU单元和DU单元分割时可能会对调度设计造成影响，如时延需求等，反过来，时延需求也会影响RAN功能分割。另外，还需要考虑多种分割方式，并实现功能切分的动态配置等。Intel提供了4种分割方式(考虑CPRI接口的话应该算是5种吧)，主要是在不同协议层之间实现CU和DU的分割。

2.3    RAN3#91bis会议上AT&T的观点

AT&T在"R3-160670 Flexible Split of Next Generation RAN ArchitectureFunctions"中提到RAN架构分割的2大驱动力是性能和NFV。

Intel认为，5G系统中网络与传统的3G和4G系统是不同的，5G为多个频率(高低频以及非授权频段)且多层重叠(multi-tiered，如宏蜂窝+微小区)，因此要在如此复杂的网络中获得更大的性能增益，就需要中央处理单元实现干扰管理和话务聚合作用。其次，由于5G的带宽大，天线数目多，因此某些条件下无法完全集中化管理，比如多天线处理、前传压缩等功能还需要在远端分布单元中实现。从而采用RAN架构分离便于在各种场景下提供更大的灵活性。再有，实现多连接时，UE到网络的连接来自多个频率下的多个传输点，为了防止话务在前传上多次转发，采用中央单元来集中进行话务处理就更为有效。最后，5G系统中采用网络功能虚拟化(NFV)时，一些高层功能可以集中在硬件资源池中实现，因此集中处理也很有必要。