【5G架构】5G 接入网架构概述

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本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G算力网络技术标准研究。


博客内容主要围绕：
       5G协议讲解
       算力网络讲解（云计算，边缘计算，端计算）
       高级C语言讲解
       Rust语言讲解

5G 接入网架构概述

       接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有设备。在移动通信系统中，无线接入网特指运营商核心网和用户之间的设备节点，也就是基站系统。从无线接入网功能来看，基站系统又分为基带部分和射频部分。在 3G 时代，接入网的逻辑节点由 NodeB 和 RNC 组成，二代了 LTE 时代，出于降低时延等的考虑，对接入网进行了扁平化的处理，LTE 接入网只有eNB节点。

       5G 接入网和LTE还有很多相似之处，比如，5G 接入网与无线相关的功能也均由基站承担，只不过 5G 中的基站从 LTE 的 eNB 变成了 gNB。再比如，gNB 与核心网节点同样保持了用户面和控制面接口，只不过用户面接口从 LTE 的 S1-U 变成 NG-U；gNB 与核心网的控制面接口从 LTE 的 S1-C 变成了 NG-C；而 gNB 之间的接口从 LTE 的 X2 变成了 Xn。

       从功能上讲，5G 接入网的 gNB 和 eNB 一样，承担所有与无线相关的功能，比如无线资源管理、准入控制、连接建立、用户面和控制面数据路由、QoS流管理等。

5G 接入网新架构——CU-DU架构

       从上图来看，NR 中采用了和 LTE 射频拉远技术一样的方式，将 gNB 拆分成中心单元 gNB-CU（CU，Centralized Unit）和分布式单元 gNB-DU（DU，Distributed Unit），并通过 F1接口实现连接，实现了控制面和用户面的分离。

       在 38.401-6.1.2 中 5G 基站系统 gNB 可以由一个 CU-CP（CU的控制面）+ 多个 CU-UP（CU的用户面）和多个 DU组成。gNB-CU-CP 和 gNB-DU 通过F1-C 连接， gNB-CU-UP 和 gNB-DU 通过 F1-U 连接， gNB-CU-CP 和 gNB-CU-UP 通过 E1 接口连接。同时，一个 DU 只能和一个 CU-CP 连接，一个 CU-UP 只能和一个 CU-CP连接，一个 DU 可以和多个 CU-UP 连接（在同一个CU-CP控制下的多个CU-UP）。

       对于分离 gNB 的场景，RRC、PDCP、SDAP协议栈被设置在 gNB-CU中，其它协议栈在 DU中（PHY、MAC、RLC）。CU主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同时也支持部分核心网功能的下沉和边缘应用业务的部署；而DU则主要处理有实时性处理需求的物理层功能和层二功能。也就是说，CU和DU的分离是根据处理内容的实时性进行区分的。

       其次，在 CU-DU 架构下，CU 进一步地进行了控制面和用户面的分离，分离为 CU-CP 和 CU-UP，并且支持多个用户面和一个控制面的连接。

CU-DU架构的优势

• 将非实时性要求的高层功能集中部署，获得小区间的协作增益，实现集中的负载管理，高效地实现密集组网条件下的集中控制，比如多连接、密集切换；
• CU 集中的高层功能还可以进一步池化和云化，避免由于单站的设计超出设计容量而带来的点单扩容，获得统计上的复用增益；
• CU 可以由虚拟化平台实现，与硬件和软件解耦获得独立演进、快速部署的能力；
• CU-DU 的分离构造出一个更加符合边缘计算的接入网架构，CU 可以和 MEC 结合部署，而 DU 更加接近用户设备，满足超低时延的需求。

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