5G IAB 集成接入回传组网架构研究*

朱晓丹

（广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630）

0 引言

5G 时代的Small Cells 或拉远RRU/AAU 将密集分布于城市，按照传统的做法需要敷设大量光纤建设光缆接入网，会遇到光纤难以部署或部署成本过高的问题。要实现5G NR 站点的灵活、密集部署，网络如支持无线回传和中继链路，可摆脱对有线传输网络的过度依赖。IAB“集成接入回传”（Integrated Access Backhaul）技术，将使运营商能够在没有铺设光纤的地方以更低的成本、更快速地部署5G 网络。

本文根据3GPP 的研究成果，对IAB 技术的组网进行简要分析，着重分析组网架构以及不同架构的差异，旨在为选择较优的方案提供观点参考。

1 技术要点

1.1 背景

回传（Backhaul）指无线接入网连接到核心网的传输链路部分，光纤是回传网络的最理想选择，无线回传可以作为备选方案，比如点对点微波、毫米波回传等。

在3GPP R15 标准中提出IAB 技术，定义5G NR 可作为无线回传技术（也称为自回传Self-backhauling）。提出于2017 年3 月3GPP RAN75#会议的其中一个研究项目：研究集成无线接入和回传（Study on Integrated Access and Backhaul）。2020 年7 月，IAB 随R16 标准发布。

1.2 关键技术要点

1.2.1 需求场景

IAB 的一个关键技术特性是能够灵活且密集地进行 5G NR 站点的部署，而不会使有线传输网络建设规模变大。可能的部署场景包括支持市区各种场景下室外小基站（微基站/皮基站/飞基站）、室内甚至移动的中继站点（例如公交车或火车）。

1.2.2 支持带内或带外回传

在回传频率的选择上，IAB 技术支持带内inband 和带外out-of-band 两种方式。

带内 IAB 方案要求在（TDM/FDM/SDM）等信道复用方式下，IAB 站点前向链路和回传链路支持半双工的方式，同时不排除支持双工解决方案。带外 IAB 方案则会考虑设计具备与带内方案相同的RAN 功能特性，带外IAB 方案数据链路传输使用全双工方案。

1.2.3 支持的无线接入技术

IAB 技术中的节点，将支持Sub-6GHz（如C-Band）和 6GHz 以上（如毫米波）频谱，技术的重点是通过NR 回传链路进行接入流量的回传。同时，在3GPP 的研究中，提到IAB 技术可考虑实现用于LTE 接入的NR 回传方案。

1.2.4 支持的核心网方式

IAB 可以支持独立（Standalone，SA）和非独立（Non-Standalone，NSA）部署，IAB 节点本身可以在 SA 或 NSA 模式下运行，但通过LTE 无线链路进行回传不在该项技术的研究中。其中SA 方式主要是指SA Option 2 的方式。

2 组网架构研究

2.1 基本架构与接口

IAB 技术在组网架构上的基本思路，是沿用现有标准的接入层功能以及接口。移动终端Mobile-Termination (MT)、gNB-DU、gNB-CU、UPF、AMF和SMF 这些5G 的基本功能模块及相应的接口NR Uu (MT 与gNB 之间)、F1、NG、X2 和N4 都是IAB组网架构的基础接口，其他功能（如多跳前传）需要进一步标准化。其中MT 是IAB 站点的基本功能，NR Uu 是空中接口，对接IAB-donor 站点（施主站点）或其他IAB 站点。

图1 IAB 技术组网架构图（SA 模式）

图1 是 SA 模式下IAB 组网架构示意图，包含一个IAB-donor 施主站点和多个IAB 站点。IABdonor 是施主站点，包含DU、CU-CP、CU-UP 和可能的其他功能模块。IAB 站点通过标准的NR Uu 接口与IAB-donor 施主站点或其他IAB 站点建立空口连接。从图中可知，IAB 站点也支持多跳连接方式。

2.2 网络拓扑结构

IAB 技术支持生成树（Spanning Tree）及有向无环图（Directed Acyclic Graph,DAG）两种拓扑结构，如图2 所示。

对于生成树拓扑结构，每个IAB 站点只有1个父站点，这个父站点可以是另一个IAB 站点或IAB-donor 施主站点。对于有向无环图拓扑结构，IAB 站点是多连接的，即可以连接到多个父站点；IAB 站点具有到另一个站点的多个路由。

2.3 组网架构对比分析

在IAB 技术组网架构研究中，主要分为两种架构方案，一种是基于RLC 通道进行数据的传输，另外一种主要基于PDU 会话进行数据的传输，可简称为架构1 和架构2。而这两种架构，又可以衍生出多种组网架构，下文着重分析其中3 种在3GPP研究中最具代表性的3 种，分别是架构1 衍生的1a和1b，以及架构2a。

图2 IAB 网络拓扑结构

2.3.1 架构1a

架构1a 利用CU/DU 分离的架构实现。图3 是一个两跳结构的IAB 站点（架构1a）连接示意图。

在这个架构中，每个 IAB 站点都有DU 和MT两个功能模块。IAB 站点通过MT 连接到上级IAB站点或IAB-donor 施主站点。IAB 站点通过DU 建立到 UEs 和下级IAB 站点的MT 的RLC 通道。

MT 与上级站点DU 之间的RLC 通道，使用针对IAB 架构改进后的RLC 协议（标识为RLC*）。IAB 站点可以连接到多个上级IAB 站点或IABdonor 施主站点的DU。IAB 站点也可能包含多个DU，但IAB 站点的每个DU 部分仅能建立一个与IAB-donor 施主站点CU-CP 的F1-C 连接。

IAB 站点上的每个 DU 使用F1 接口的改进形式（标识为F1*）连接到IAB-donor 施主站点中的CU。F1*-U 接口通过在IAB 站点和施主站点之间无线回传链路中的RLC 通道实现。在该通道中，通过增加一个适应层实现路由信息以及逐跳转发的功能，它替代了标准F1 堆载的IP 功能，为CU 和DU 之间承载端到端的GTP-U 报头。

2.3.2 架构1b

体系结构1b 也是利用CU/DU 分离的架构实现。图4 显示了IAB-donor 施主站点下两跳结构的示意图。

图3 架构1a 下IAB 连接示意图

图4 架构1b 下IAB 连接示意图

IAB-donor 施主站点只有一个逻辑 CU。IAB 站点可以连接到多个上级 IAB 站点或IAB-donor 施主站点DU。IAB 站点可能包含多个 DU，但IAB 站点的每个DU 部分仅与一个施主站点CU-CP 连接F1-C。在此体系结构中，每个IAB 站点和施主站点都具有与架构1a 相同的功能。此外，与体系结构1a 一样，每个回程链路都建立了RLC 通道，并增加自适应层以启用 F1*的转发。

与架构1a 不同的是，每个IAB 站点上的MT建立一个PDU 会话，该会话连接到施主站点上的。该会话承载F1*用于配置DU。以这种方式，PDU会话在CU 和DU 之间提供点对点链接。

2.3.3 架构2a

图5 显示了2a 架构下IAB-donor 施主站点两跳结构的示意图。

在此体系结构中，IAB 站点的MT 在父站点或施主站点上与gNB 建立NR UU 链路。通过此链路，MT 与gNB 的UPF 维持PDU 会话。这样，每个回程链接上都会创建一个独立的PDU 会话，每个IAB站点支持路由功能，以在相邻链路的PDU 会话之间转发数据。这相当于创建了一个跨无线回程的转发平面。基于PDU 会话类型，此转发平面支持IP 或以太网。如果PDU 会话类型为以太网，可以在顶部建立IP 层。由此，每个 IAB 站点都获得了有线回程网络的IP 连接。所有基于IP 的接口（如NG、Xn、F1、N4 等）都通过此转发平面进行。

2.3.4 架构对比分析

下表在网络架构的维度，从功能性、规范性、复杂性对比三种架构的特点。

图5 架构2a 下IAB 连接示意图(SA 模式)

表1 三种架构的特点比较

从上表可知，表中各项特性的对比，架构1a/1b 的优点比架构2a 多。因此网络架构上，架构1a/1b 的可操作性、可落地性更强。

3 结语

IAB 技术在5G R16 标准体系中，可理解为4G Relay 技术演变而来的回传技术，它继承了Relay 技术的优点，同时集成5G 大带宽、高速率、低时延的特点，既是控制光缆网建设规模的一种方法，也是扩大5G 网络覆盖范围，提高网络覆盖边缘性能的非常高效、灵活的网络部署手段。本文主要从网络架构角度上分析，最终对几种3GPP 推荐的架构方案作了简要对比，旨在为选择较优的方案提供观点参考。