NR中集中式网元和分布式网元架构现状与进展

2020-05-15

中兴通讯技术 2020年1期

（中兴通讯股份有限公司，广东深圳 518057）

(ZTE Corporation, Shenzhen 518057, China)

为了应对未来剧烈的移动数据流量增长、海量的通信设备连接和不断涌现的新业务新场景，下一代通信技术新空口（NR）应运而生。无线接入网不仅是通信网络的重要组成部分，还是用户设备（UE）和核心网之间的重要纽带。基站系统是无线接入网的最主要部分，可谓是重中之重。在传统的长期演进（LTE）网络架构中，基站被分成了室内基带处理单元（BBU）、射频拉远单元（RRU）和天线共3个模块。其中，BBU主要负责基带处理，RRU主要负责射频处理。每个基站都有一套BBU，并通过BBU与核心网相连。在NR网络架构中，基站进行了重构，其中，BBU的一部分物理层处理功能下沉到了RRU，而RRU和天线一起做成了新的实体，即动态天线单元（AAU）[1]。剩余的BBU则被拆分成了2种实体，即集中式网元（CU）和分布式网元（DU）。本文中，我们将要重点讨论CU-DU分离的特性和场景。

1 高层分割方案

1.1 高层分割方案选择

在实际部署中，存在着多种从高传输时延到低传输时延的传输网络。为了兼顾这些不同的传输网络已经实现多供应商之间的协同操作，时延敏感度低的网络功能被放在了CU侧，时延敏感度高的功能则被放在DU侧。对于时延敏感度高的网络来说，高层分割方案是比较适合的；而对于时延敏感度低的网络来说，底层分割方案则更加合适。图1展示了CU-DU分离的几种方案，其中，方案1—5是高层分割方案的场景，方案6—8是底层分割方案的场景。

在5G无线接入网架构中，如何进行功能分割取决于能否为用户服务提供良好的性能。第三代合作伙伴计划（3GPP）决议针对高层分割方案（方案2或方案3）制订一套独立的标准。其中，方案2被选为最终方案，原因是方案2比方案3有更大的吞吐量和更低的时延限制。在此种方案中，把对实时性要求较高的物理层（PHY）、媒体接入控制（MAC）和无线链路控制（RLC）放在DU上处理，有利于信息的及时处理和传输；而把对实时性要求较低的分组数据汇聚协议（PDCP）和无线资源控制（RRC）放在CU上处理，便于CU发挥统一调度的功能。

1.2 高层分割方案评估

为了评估不同的高层分割方案（方案2或方案3），针对数据传输的传输控制协议（TCP）吞吐量效率，我们仿真并对比了高层分割方案2和方案3的性能。

对于方案2，RRC和PDCP位于CU；DU包括RLC、MAC、PHY和射频单元。对于方案3，底层RLC（RLC的部分功能，主要包括分段相关的功能）、MAC、PHY和射频单元在DU中；RRC、PDCP和高层 RLC （RLC的另一个部分功能，主要包括自动重发请求（ARQ）相关功能）位于CU。

对于方案3，由于ARQ功能位于CU中，RLC重传会引入更多的CU和DU接口上的时延，包括接口上RLC状态报告的时延和RLC数据重传的时延。相关时延的增加会对TCP吞吐量产生一定的负面影响。

▲图1 集中式网元和分布式网元之间的功能划分 [2]

不考虑TCP慢启动阶段，针对高层分割方案2和方案3，在考虑不同空口质量对应的RLC 误块率（BLER）条件下，TCP吞吐量效率仿真结果如图2所示。导致TCP吞吐量差异的主要原因是RLC ARQ在方案2和方案3中位于不同的位置（方案2中位于DU，方案3中位于CU）。对于方案2和方案3，当RLC BLER为0%时，空口数据不会丢失，RLC数据不需要重传，RLC ARQ位于不同的位置对TCP吞吐量没有影响。我们对不同CU和DU之间接口时延进行设置，当RLC BLER 为0%时，对应的TCP吞吐量的效率设置为1，然后仿真并给出其他RLC BLER条件下的TCP吞吐量效率。根据仿真结果可以看出，随着CU和DU之间接口时延的增加，TCP吞吐量效率会降低。而方案3中由于ARQ位于CU，重传数据增加了额外的CU和DU之间的时延（包括接口上RLC状态报告的时延和RLC数据重传的时延），从而导致TCP吞吐量效率比方案2更低。

慢启动是TCP拥塞控制策略的一部分。在慢启动阶段，TCP发送窗口首先是按照指数增长，一旦达到慢启动阈值，TCP发送窗口大小就会从指数增长变为线性增长（拥塞避免）。如果TCP服务时间很短的话，那么慢启动阶段对于整个传输时间的占比则不能忽略。例如，如果使用100 MB文件大小和1 GB文件大小这样的文件传输协议（FTP）流量模型，TCP慢启动对100 MB文件下载的性能影响更大，这是因为其所需下载时间更短。图3中的仿真结果表明，考虑到TCP慢启动效应（初始TCP慢启动阈值设置为65 535），对于短时间TCP服务，方案2的性能明显优于方案3。

从以上仿真可以看出，高层分割方案3引入了额外的RLC重传时延。这种额外的时延可能会对TCP吞吐量产生负面影响，特别是当考虑到TCP慢启动效应的短时TCP服务时，这种负面影响更加明显。与高层分割方案3相比，高层分割方案2提供了更好的性能。

2 CU-DU分离整体架构

如图4所示[3]，下一代无线接入网（NG-RAN），会采用5G基站（gNB）作为主要节点。gNB通过NG接口连接到5G核心网，同时gNB之间通过Xn接口相连。在分离的场景下，一个gNB可以包含一个gNB-CU和一个或多个gNB-DU。gNB-CU和gNB-DU之间的接口被命名为F1接口。与gNB相关的NG接口和Xn接口都终结于gNB-CU。一个gNB-CU可以同时连接多个gNB-DU（所连接gNB-DU的最大数量取决于具体实现情况）。

在3GPP标准中，同一个gNBDU原则上只能连接一个gNB-CU；然而通过恰当的方法，一个gNB-DU也可以连接多个gNB-CU。同时，一个gNB-DU可以支持一个或多个小区。gNB的内部结构对核心网和其他无线接入网节点是不可见的。对于核心网和其他gNB来说，gNB-CU和它所连接的gNB-DU被视为一个整体，即一个单独的gNB。通过以上分析，可以得到gNB-CU和gNB-DU的如下定义：

gNB-CU是一个包含RRC、服务数据适应协议层（SDAP）和PDCP，并控制一个或多个gNB-DU行为的逻辑节点。gNB-CU通过F1接口和gNB-DU相连。

▲图3 方案2和方案3中TCP吞吐量效率的仿真结果（考虑TCP慢启动）

gNB-DU是一个包含RLC、MAC和PHY，并被gNB-CU控制的逻辑节点。一个gNB-DU支持一个或多个小区，但一个小区只能从属于一个gNB-DU。gNB-DU通过F1接口和gNB-CU相连[3]。

▲图4 下一代无线接入网的整体架构

3 F1接口准则

gNB-CU和gNB-DU之间的接口称为F1接口。与5G核心网中的NG接口或者Xn接口相似，F1接口支持端点之间信令交换和数据传输。此外，F1接口将无线网络层和网络传输层分开，不仅支持UE相关信令和非UE相关信令的交换，还支持控制面和用户面的功能分离；因此，F1接口功能可以分为F1控制面功能和F1用户面功能。

3.1 F1接口控制面功能

F1接口控制面功能主要包括：

（1）F1接口管理功能。F1接口管理功能主要包括F1接口建立、gNB-CU配置更新、gNB-DU配置更新、错误指示、重启、F1接口资源协调和gNB-DU状态指示功能。F1接口建立功能负责gNB-CU和gNB-DU之间应用级别数据的交换，并激活gNB-DU下的小区。F1接口建立流程由gNBDU发起。gNB-CU配置更新和gNBDU配置更新负责gNB-CU和gNB-DU之间应用级别数据的配置更新。gNBDU配置更新也可以激活或者去激活gNB-DU下的小区。此外，F1接口建立和gNB-DU配置更新功能可以报告gNB-DU支持的切片功能。错误指示功能负责指示已经发生的错误。重启功能负责在节点建立和失败事件发生之后，对对端实体进行初始化。F1接口资源协调功能用于在gNB-CU和gNB-DU之间传递频率资源进行信息共享。gNB-DU状态指示功能则是允许gNB-DU向gNB-CU指示负载状态。

（2）系统消息管理功能。在系统信息管理中，gNB-DU负责系统广播信息的调度和系统信息的传输。针对系统信息广播，gNB-DU负责对NR主信息模块（MIB）和系统信息模块1（SIB1）的编码。而其他系统信息模块的编码则由gNB-CU执行。由于缺少UE节能功能，F1接口需要引入按需式的系统信息发送功能。在这种情况下，CU负责处理来自UE的按需式系统信息请求，并发送系统信息和命令消息来通知gNB-DU广播所需的系统信息。由此可见，UE可以在需要的时候从gNB-DU获取所需的系统信息，而不是自始至终监测着广播信道。

（3）UE文本管理功能。F1接口的UE文本管理功能负责对必要的UE文本进行建立和修改。F1接口的UE文本建立由gNB-CU触发。gNB-DU可以根据准入控制标准接受或者拒绝UE文本的建立。F1接口的UE文本修改可以由gNB-CU或gNB-DU触发。同样地，对应的接收节点可以选择接受或者拒绝UE文本修改。同时，F1接口的UE文本管理功能还支持gNBDU侧的UE文本释放。文本的释放可以由gNB-CU侧直接触发，也可以通过gNB-DU侧请求来触发。当UE进入RRC空闲态（RRC_IDLE）或者RRC非激活态（RRC_INACTIVE）时，gNB-CU会请求gNB-DU释放UE文本。此外，F1接口的UE文本管理功能还可以用于管理数据无线承载（DRB）和信令无线承载（SRB），即建立、修改和释放DRB和SRB资源。DRB资源的建立和修改由gNB-CU触发，而gNB-DU会根据资源预留信息和服务质量（QoS）信息，来决定接受或拒绝DRB的建立或修改。对于每一个即将被建立或修改的DRB，gNB-CU可以通过UE文本建立或修改流程，将网络切片选择辅助信息传递给gNBDU。QoS流和无线承载之间的承载由gNB-CU来执行，而F1接口上的承载管理粒度也是承载级别的。为了支持DU内部载波聚合的PDCP复制功能，需要在gNB-CU和gNB-DU之间的2条通用分组无线业务隧道协议（GTP）用户面隧道上配置DRB。通过UE文本管理功能，gNB-CU可以请求gNBDU建立或者修改UE服务的主小区和主辅小区，也可以请求gNB-DU建立或者删除UE服务的辅小区。当然，gNB-DU可以接受或者拒绝这些请求。此外，gNB-CU还可以通过UE文本管理功能，将上行UE的聚合最大比特速率限制通知给gNB-DU，让其执行该限制。

（4）RRC消息传递功能。RRC消息传递功能用于gNB-CU和gNB-DU之间的RRC消息传递。普通的RRC消息通过F1接口的控制面传递，而UE相关的RRC消息则在空口（Uu）上传递。

（5）寻呼功能。gNB-DU根据所提供的调度参数来传输寻呼信息。gNB-CU可以为gNB-DU提供寻呼信息，并为其计算准确的寻呼时机和寻呼帧。gNB-CU负责决定寻呼区域；gNB-DU会针对特定的寻呼时机、寻呼帧和寻呼区域合并所有的寻呼记录，并针对寻呼区域中对应的寻呼时机和寻呼帧，进行最终RRC消息的编码和广播。

（6）告警信息传递功能。告警消息信息传递功能和NG接口上的告警消息传输流程相互协同。gNB-CU负责告警相关系统信息的编码，连同其他告警相关信息一起发送给gNBDU，并进一步在空口上进行广播。

F1接口也支持multiple 流控制传输协议（SCTP）功能。在配置更新流程中，CU将需要添加或者删除的SCTP连接的自身IP地址发送给DU。如果某个传输网络层（TNL）地址对应的用途（用于UE信令还是公共信令传输）发生变更，也可以在配置更新流程中通知给DU。在DU侧，也允许一个或多个DU自身的IP地址来建立对应的SCTP连接。当DU触发SCTP连接需要迁移的时候，DU会发送一条DU配置更新消息给CU，并携带自身的DU 身份标识（ID），用于通知CU当前SCTP连接发生了迁移[4]。

网络共享对F1接口产生一定影响。在网络共享的场景下，DU可能被多个不同公用陆用移动网（PLMN）下的CU共享，这种共享模式有多种：一种是CU和DU间的传输通道针对PLMN是独立的，在每个传输通道上进行各自PLMN下的信令传输；一种是CU和DU之间的传输通道是共享的，在这个共享的传输通道里各自PLMN下的信令独立传输；最后一种是CU和DU之间的传输通道是共享的，在这个共享的传输通道里只有一套信令传输，包含所有PLMN下的信息[5]。

根据TS38.401，在独立PLMN信令情况下，UE初始接入流程如图5所示[3]。

步骤1：UE发起RRC连接建立请求（消息3（MSG3））。

步骤 2：gNB-DUA/B收到 UE的RRC请求消息，通过F1接口的初始上行RRC直传消息随机发给gNB-DUA/B所连接的任一一个CU，图示中标记为gNB-CUA。

步骤 3—4：gNB-CUA收到消息后建立UE文本信息、生成RRC建立消息（MSG4）并发送给gNB-DUA/B。gNB-DUA/B随后通过空口将消息发送给UE。

步骤5：UE发送RRC连接建立完成消息（MSG5），其中携带UE选择的PLMN信息。

步骤6：gNB-DUA解析MSG5消息，发现UE上报选择的PLMN（PLMNB），便通过F1接口发送UE文本释放请求消息给gNB-CUA，其中包含释放原因为“非该CU服务的PLMN”。

步骤7：同时，gNB-DUB会发送初始上行RRC消息给gNB-CUB，其中包含和PLMNB关联的NR CGI、在步骤2中gNB-DUA为UE分配的C-RNTI和步骤5中收到的空口RRC消息。

步骤8：gNB-CUA通过F1接口流程释放UE文本。

需要注意的是，由于PLMN只能由MSG5携带上来（即图5中的步骤5），因此当DU收到UE的RRC请求消息时，DU会随机发给DU所连接的任一一个CU。当DU收到MSG5之后，会根据UE携带的PLMN信息找到对应的CU，并向旧的CU触发UE文本释放消息。并且，在DU收到MSG3的时候，也可以并发向不同的CU发起初始上行RRC直传流程。

▲图5 UE初始接入流程图

根据TS 38.401，在独立PLMN信令情况下，UE的RRC重建流程如图6 所示[3]。

步骤1：UE发送RRC重建请求消息。

步骤2A—5A：描述了新gNBCUA没有找到UE文本的情况。在步骤2A中，和PLMNA关联的NR CGIA上报给新gNB-CUA。在步骤5A中， gNBCUA在UE文本没有找到的情况下，会将当前的RRC重建流程回退到RRC建立流程。在F1接口的下行RRC直传消息中，会指示UE文本没有找到，并包含步骤1中收到的RRC消息以要求重定向发给新的gNB-CU，并且可选携带建议的下次尝试的PLMN信息。随后触发步骤2B，同时gNB-CUA释放UE文本（图6中未显示）。

步骤2B—5B：描述了新 gNBCUB找到了UE文本。在步骤2B中，和PLMNB关联的NR CGIB上报给新gNB-CUB,同时包含了步骤1中gNBDUA为UE分配的C-RNTI。

步骤6—8：后续的RRC重建流程在 UE、gNB-DUB和 gNB-CUB之间进行。

与UE初始接入类似，当DU收到RRC重建请求消息后， DU串行或者并行向不同的CU发起初始上行RRC流程。得到其中一个CU反馈找到该UE文本的指示后，DU空口回复RRC重建消息。在串行发起的情况下，CU在没有找到相应UE文本的时候，会向DU指示UE文本未找到，将收到的UE RRC重建请求消息重新传递给DU，并且可选携带建议的下次尝试的PLMN信息。

如果DU所连接的所有CU都无法找到UE文本，RRC连接重建会回退到RRC建立流程。

▲图6 UE RRC重建流程图

3.2 F1接口用户面功能

F1接口的用户面功能包括用户数据传递和流控功能。其中，用户数据传递是指gNB-CU和gNB-DU之间的用户数据传递。F1接口用户面协议使用GTP用户面（GTP-U）传输网络层的服务，将用户数据即PDCP协议数据单元（PDU）封装在GTP-U报文中，并在gNB-CU和gNB-DU之间传递。而流控功能则是针对传递到gNB-DU的下行用户数据的流量控制，该功能包含下行用户数据扩展信息的传递、辅助扩展信息的传递和下行数据发送状态扩展信息的传递流程。其中，下行用户数据扩展信息（DL USER DATA PDU）、辅助扩展信息（ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU）和下行数据发送状态扩展信息（DL DATA DELIVERY STATUS PDU）都封装在GTP-U报文的扩展头中，可以在用户数据封装成GTP-U报文传输时携带传输。

下行用户数据扩展信息传递流程的目的，在于当从gNB-CU通过F1接口的用户面携带用户下行PDCP PDU的GTP-U报文传递到gNB-DU时，可以在下行GTP-U报文扩展头中携带DL USER DATA PDU，用以提供扩展信息以完成F1接口的丢包检测和其他功能。由于DL USER DATA PDU中提供了F1接口用户面当前报文的序列号，gNB-DU可以通过接收到的报文序列号的连续性来判断在F1接口上是否丢包。此外，当下行PDCP duplication功能开启，gNB-CU可以传输相同的PDCP PDU 数据并拷贝到2条预先配置的F1用户面通道上。其中某条路径上的数据已经成功递交给UE后，其他路径上的对应数据就可以丢弃以避免传输资源浪费。为了丢弃由于PDCP复制产生的冗余PDU，gNB-CU 可以在DL USER DATA PDU中加入丢弃标记以及起始和终止范围内丢弃的PDCP PDU信息。对于重传的PDCP数据包，gNB-CU 可以在DL USER DATA PDU中设置“重传标记”，用于指示gNB-DU识别和处理重传数据包。gNB-CU还可以在DL USER DATA PDU中设置对应的上报轮询标记，来请求gNB-DU侧的下行数据发送状态扩展信息和辅助扩展信息。当gNB-CU存在后续数据传输时，gNBCU 可以在DL USER DATA PDU中设置“数据存在标识”，以用于避免gNB-DU在后续有数据传输的时候不恰当地进入非连续性发送（DTX）状态。

在收到来自gNB-CU侧的用户数据之后，gNB-DU需要根据其中携带的DL USER DATA PDU中的报文序列号信息是否连续，来检测F1接口上的用户面数据包是否丢失。在确认用户面数据包在接口上丢失之后，记录其对应的序列号。同时，gNB-DU需要将接收到的PDCP PDU发送给UE，并记录成功按序递交给UE（针对确认模式（AM） RLC）的NR PDCP PDU的最高序列号以及传输给底层NR PDCP PDU的最高序列号。此外，gNB-DU需要根据DL USER DATA PDU中的丢弃信息，删除对应的PDCP PDU、识别重传数据，并以高优先级调度同时识别gNB-CU侧是否还有后续数据传输以用于DTX状态判决。

下行数据发送状态扩展信息传递流程的目的在于，通过gNB-DU侧反馈的下行数据发送状态，gNB-CU可以针对特定的DRB，完成下行用户数据流量控制和其他功能。gNB-DU通过F1接口的用户面发送上行GTP-U报文到gNB-CU时，可以在上行GTP-U报文扩展头中携带DL DATA DELIVERY STATUS PDU，用以提供下行数据发送状态扩展信息。gNB-DU需要在DL DATA DELIVERY STATUS PDU反馈针对DRB的期待缓存数据大小和期待速率；gNB-CU根据其反馈进行流量控制。此外，DL DATA DELIVERY STATUS PDU 需要携带成功按序递交给UE（针对AM RLC）PDCP PDU的最高序列号以及传输给底层PDCP PDU的最高序列号，用于帮助gNB-CU获取在gNB-DU侧更准确的数据发送状态，以移除gNB-CU缓存的已经成功发送的PDCP PDU。用于快速重传功能时，gNB-CU可以将未成功递交（传输）的PDCP PDU在另一条传输路径上（如果有的话）向UE快速重传。如果gNB-DU检测到当前F1接口存在下行用户数据包丢失，DL USER DATA PDU要上报对应的丢包信息，同时gNB-CU可以在当前F1接口上重传在接口上丢失的下行数据包。高频部署链路质量波动较大，容易因障碍物遮挡导致无线链路传输短中断。如果无线链路中断，DL DELIVERY STATUS PDU应该设置链路网络中断（OUTAGE）标识，从而避免gNB-CU继续发送数据到一个OUTAGE的链路上，这还可以用于gNB-CU的快速重传功能的触发。当无线链路恢复后，DL DELIVERY STATUS PDU中需要包含无线链路恢复指示，gNB-CU从而可以恢复该链路上的数据传输。

辅助扩展信息传递流程的主要目的在于进行下行PDCP重复数据传输控制。如果PDCP 配置了重复功能，gNB-DU需要在上行GTP-U报文扩展头中携带ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU ，以提供辅助扩展信息给gNB-CU用于PDCP重复功能的激活和去激活。当gNB-DU根据下行数据传递给UE、空口链路传输质量判断是否激活或者去激活下行PDCP 重复功能后，gNB-DU可以在ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU 携带PDCP重复激活或者去激活的建议。gNBCU根据建议信息判断是否激活或者去激活PDCP重复功能。此外，ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU 还可以携带链路质量辅助信息，包括信道质量指示（CQI）信息、混合自动重传请求（HARQ）失败次数信息、HARQ重传信息、下行链路质量等级信息和上行链路质量等级信息等。

gNB-DU基于事件来触发或者周期触发DL DATA DELIVERY STATUS PDU和ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU的反馈。如果gNB-DU接收到的DL USER DATA PDU中设置了针对下行数据发送状态扩展信息的上报轮询标记，gNB-DU应该立即触发DL DELIVERY STATUS PDU的反馈；如果gNB-DU接收到的DL USER DATA PDU中设置了针对辅助扩展信息的上报轮询标记，gNB-DU应该立即触发ASSISTANCE INFORMATION DATA PDU的反馈[6]。

4 移动性场景

该部分会考虑在独立情况和多连接情况下的gNB-CU内的移动性。

4.1 相同gNB-CU下gNB-DU之间的移动性

在本场景中，源小区和目标小区属于相同gNB-CU下不同的gNB-DU。

gNB-CU根据UE测量报告，选择合适的目标gNB-DU用于切换。之后，gNB-CU触发UE文本建立流程来为一个或多个无限承载安排空口和F1接口上的资源，并为目标gNB-DU上的指定UE建立相应文本。目标gNB-DU会执行所请求的无线承载配置，同时如果可能的话，会存储UE文本。接下来，gNB-CU发送至少包括目标gNB-DU上小区群组配置信息的RRC重配置消息给UE。此后，UE建立与目标gNBDU的RRC连接，并回复RRC重配置完成消息。在UE接入到目标gNB-DU之后，gNB-CU触发UE文本释放流程来释放源gNB-DU上的UE文本。具体的信令流程如图7所示[3]。

4.2 演进型全球陆地无线接入网（E-UTRAN）和NR的双连接移动性

在本场景中，源小区和目标小区属于辅节点下不同的gNB-DU。

主节点（MeNB）根据UE测量报告，选择合适的目标gNB-DU用于切换。在接收来自主节点的含有辅小区群组配置的辅节点修改请求消息之后，gNB-CU触发UE文本建立流程来为一个或多个无限承载安排空口和F1接口上的资源，并为目标gNB-DU上的指定UE建立相应的文本。目标gNB-DU会执行所请求的无线承载配置，同时如果可能的话，会存储UE文本。此后，gNB-CU发送确认后的辅小区群组配置消息给主节点，并由主节点转发给UE。UE和与目标gNB-DU建立RRC连接。在目标gNB-DU上的UE文本建立完成之后，gNB-CU触发UE文本释放流程来释放源gNB-DU上的UE文本。具体的信令流程如图8所示[3]。

5 其他CU-DU的相关课题

5.1 CU-DU底层分割（LLS ）

除了CU-DU高层分割方案之外，底层分割方案也可以用于增强低延时传输网络的网络性能。在本方案中，物理层被分割为LLS-CU和LLS-DU。图9展示了几种可能的底层分割方案[7-8]。

对于上行和下行的功能分割方案如下：

▲图7 NR内部gNB-DU之间的移动性

▲图8 演进型全球陆地无线接入网（E-UTRAN）和新空口（NR）的双连接下gNB-DU之间的移动性

▲图9 针对上行和下行，5G基站（gNB）物理层处理链的一种可能实现方式

▲图10 CU-CP和CU-UP分离情况下的整体无线接入网架构

（1）方案6

所有的物理层功能安排在DU。

（2）方案7-1

在上行中，快速傅里叶变换和循环前缀移除功能被安排在LLS-DU；其他的物理层功能被安排在LLS-CU。在下行中，快速傅里叶逆变换和循环前缀添加功能被安排在LLS-DU；其他的物理层功能被安排在LLS-CU。

（3）方案7-2

在上行中，快速傅里叶变换、循环前缀移除和资源解映射功能被安排在LLS-DU；其他的物理层功能被安排在LLS-CU。在下行中，快速傅里叶逆变换、循环前缀添加以及资源映射和预编码功能被安排在LLS-DU，其他的物理层功能被安排在LLS-CU。

（4）方案7-3（只针对下行）

编码器被安排在LLS-CU；其他的物理层功能被安排在LLS-DU。

除了以上方案外，还存在其他的潜在功能分割方案。针对上行，在离散傅里叶变换和信道估计（均衡）功能之间分割。针对上行和下行，方案7-1和方案7-2之间的分割可能性是基于波束赋型的[8]。

5.2 控制面（CP）和用户面（UP）分离

为了根据不同场景和所需的性能来优化不同无线接入网功能的位置分布，gNB-CU可以基于高层分割方案被进一步分割成CU-CP和CU-UP。gNB-DU掌控RLC、MAC和PHY的协议，CU-CP掌控PDCP和RRC协议的控制面实例；而CU-UP掌控PDCP和SDAP协议的用户面实例。CU-CP和CU-UP之间的接口被命名为E1接口。包含控制面和用户面分离的无线接入网的整体架构如图10所示[9]。

一个gNB可能包含一个CU-CP、多个CU-UP和多个DU。CU-CP通过F1接口的控制面和DU相连，并通过F1接口的用户面和DU相连。CU-CP和CU-UP通过E1接口相连。原则上，一个gNB-DU只能连接一个CU-CP，一个CU-UP也只能连接一个CU-CP；但通过恰当的方法，一个gNB-DU或者一个CU-CP可以连接多个CU-CP。一个gNB-DU可以连接同一个CU-CP控制下的多个CU-UP，而一个CU-UP可以连接同一个CU-CP控制下的多个gNB-DU。

E1接口支持的基本功能包括E1接口管理功能、承载文本管理功能等等。和F1接口相似，E1接口管理功能也包括E1接口建立、gNB-CU-UP配置更新、gNB-CU-CP配置更新、E1接口释放、重启、失败指示和gNBCU-UP状态指示功能。其中，E1接口的建立既可以由gNB-CU-CP触发，又可以由gNB-CU-UP触发[10]。

5.3 E-UTRAN的CU-DU高层分割方案

为了实现演进型基站（eNB）和gNB的整合，LTE和NR的会聚架构被引入进来。即基于PDCP和RLC的分离（方案2），在E-UTRAN中引入集中式网元（LTE-CU）和分布式网元（LTE-DU）[11]。该架构可以高效地使用传输网络，并尽可能减少对LTE传输网络的影响。部署LTE-CU和LTEDU在运营商网络中，以便于后续的网络更新。

目前，3GPP中E-UTRAN的CU-DU高层分割方案只支持连接到5GC的eNB分割，拥有NR中的功能分割架构和接口功能。与NR中的gNB类似，eNB被分割成2种实体：NB-CU和 eNB-DU。eNB-CU和 eNB-DU之间的接口为W1接口。除了一些满足运营商需求的LTE特性之外，W1接口所支持的接口功能与F1接口基本一致，包括F1接口管理功能、系统消息管理功能、UE文本管理功能、RRC消息传递功能、寻呼功能和告警信息信息传递功能。其区别表现在以下3个方面：第一，对于SIB的划分，在E-UTRAN中CU-DU分离的情况下，SIB1、SIB2、SIB3、SIB8和 SIB16由eNB-DU进行编码，而其他的SIB则由eNB-CU进行编码；第二，由于E-UTRAN系统中没有按需式的系统信息请求方式，W1接口上不存在相关的流程；第三，由于EPC不支持网络切片功能，切片功能仅限于连接到5GC的场景。