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  • “面向5G,基于集中/分布单元CU/DU(Centralized Unit/Distributed Unit)的两级架构也已经被业界所认可,这一网络架构与无线云化的结合,构成了5G C-RAN的两个基本要素”。由此可见,集中/分布单元CU/DU...
  • 为什么CU和DU要分离?

    千次阅读 2021-03-01 18:33:01
    而要说5G基站君在架构方面的演进,就不得不提CU和DU分离的事情。 坦白说,CU和DU这两个名称是云里雾里,除了集中和分布这两个含义之外,没有提供更多的信息。 为什么CU和DU要分离? ...

    不论你是否能意识到,移动基站君就隐藏于我们身边,默默地在为我们服务,越来越好的信号质量就是明证。

    这不,5G要来了,为了迎接这新的时代,基站君正在默默地酝酿着一场大变身。而要说5G基站君在架构方面的演进,就不得不提CU和DU分离的事情。

     

    坦白说,CU和DU这两个名称是云里雾里,除了集中和分布这两个含义之外,没有提供更多的信息。

    • 为什么CU和DU要分离?

    • CU和CU分离了到底有什么好处?

    • 现在开始部署的5G基站都是基于CU和DU分离架构的吗?

    01

    为什么CU和DU要分离?

    我们先来看看4G和5G无线接入网部分的架构有什么不同:

     

    4G和5G基站架构的比较

    由上图可以看出,4G基站内部分为BBU,RRU和天线几个模块,每个基站都有一套BBU,并通过BBU直接连到核心网。

    而到了5G时代,原先的RRU和天线合并成了AAU,而BBU则拆分成了DU和CU,每个站都有一套DU,然后多个站点共用同一个CU进行集中式管理。

    看了5G的架构,尤其是矗立在中间的CU,总是让人感觉莫名熟悉,似曾相识。这不就和2G/3G的架构如出一辙么?

     

     2G/3G的网络架构

    这就奇了怪了,撤销控制器,基站直连核心网,构建扁平化网络这个刚刚在4G时代兴起的架构,到了5G时代,就又要走回2G/3G时代的老路?

    这是因为,4G的网络架构跟2G和3G相比可谓剧变,带来了时延的降低和部署的灵活性,但同时也带来了一些问题,尤其是站间信息交互的低效。

     

     4G基站之间是一个全Mesh网络

    从上图可以看出,基站数量多了之后,每个基站都要独立和周围的基站建立连接交换信息,和两个基站相比,情况就变得复杂了起来。这还只是4个基站的情况,如果数量更多的话,连接数将呈指数级增长。这个问题导致了4G基站间干扰难以协同的痼疾。

     

     2G/3G无线网络有一个中央控制点—控制器

    而2G和3G网络则不同,因为有了控制器这个全知全能的中心节点存在,所有基站的信息一目了然,统筹管理全局资源也就更容易一些。

    所谓历史总是在否定之否定中螺旋式上升,5G网络架构的出现正是如此。

    在5G时代,对基站,核心网的各项功能进行了重构:首先把原先BBU的一部分物理层处理功能下沉到RRU,RRU和天线结合成为AAU;然后再把BBU拆分为CU和DU,同时CU还融合了一部分从核心网下沉的功能,作为集中管理节点存在。

     

    CU和DU的切分是根据不同协议层实时性的要求来进行的。在这样的原则下,把原先BBU中的物理底层下沉到AAU中处理,对实时性要求高的物理高层,MAC,RLC层放在DU中处理,而把对实时性要求不高的PDCP和RRC层放到CU中处理。

     

     

    02

    CU和DU到底有什么好处?

    CU和DU的切分可以带来几大好处。

    1.实现基带资源的共享

    由于各个基站的忙闲时候不一样,传统的做法是给每个站都配置为最大容量,而这个最大容量在大多数时候是达不到的。比如学校的教学楼在白天话务量很高,而到了晚上就会很空闲,而学生宿舍的情况则正好相反,而这两个地方的基站却要按最大容量设计,造成很大的资源浪费。

    如果教学楼的和宿舍的基站能够统一管理,把DU集中部署,并由CU统一调度,就能够节省一半的基带资源。

    可以看出,这种方式和之前提出的C-RAN架构非常相似,而C-RAN架构由于对于光纤资源的要求过高而难以普及。在5G,虽然DU可能由于同样的原因难以集中部署,但CU也是基站的一部分,其本身的集中管理也能带来资源的共享,算是5G时代对于C-RAN架构的一种折中的实现方式。

    2.有利于实现无线接入的切片和云化

    网络切片作为5G的目标,能更好地适配eMBB,mMTC和uRLLC这三大场景对网络能力的不同要求。

    切片实现的基础是虚拟化,但是在现阶段,对于5G的实时处理部分,通用服务器的效率还太低,无法满足业务需求,因此还需要采用专用硬件,而专用硬件又难以实现虚拟化。

    这样一来,就只好把需要用专用硬件的部分剥离出来成为AAU和CU,剩下非实时部分组成CU,运行在通用服务器上,再经过虚拟化技术,就可以支持网络切片和云化了。

    因此,CU加上边缘计算及部分核心网用户面功能的下沉,就被称为“接入云引擎”。

    3. 满足5G复杂组网情况下的站点协同问题

    5G和传统的2G/3G/4G网络不同的是高频毫米波的引入。

    由于毫米波的频段高,覆盖范围小,站点数量将会非常多,会和低频站点形成一个高低频交叠的复杂网络。

    要在这样的网络中获取更大的性能增益,就必须有一个强大的中心节点来进行话务聚合和干扰管理协同。

    毫无悬念,这样的中心节点就是CU。

    但是,在DU和CU的拆分在带来诸多的好处的同时,也会带来一些不利影响

    首当其冲的就是时延的增加,网元的增加会带来相应的处理时延,再加上增加的的传输接口带来的时延,增加的虽然不算太多,但也足以对超低时延业务带来很大的影响。

    其次是网络复杂度的提高。5G不同业务对实时性要求的不同,eMBB对时延不是特别敏感,看高清视频只要流畅不卡顿,延迟多几个毫秒是完全感受不到的;mMTC对时延的要求就更宽松了,智能水表上报读数,有个好几秒的延迟都可以接受;而uRLLC就不同了,对于关键业务,如自动驾驶,可能就是“延迟一毫秒,亲人两行泪”。

    因此对于eMBB和mMTC业务可以把CU和DU分开来在不同的地方部署,而要支持uRLLC,就必须要CU和DU合设了。这样一来,不同业务的CU位置不同,大大增加了网络本身的复杂度,管理的复杂度也就蹭蹭上去了。

    所以说,CU和DU虽然可以在逻辑上分离,但物理上是不是要分开部署,还要看具体业务的需求才行。对于5G的终极网络,CU和DU必然是合设与分离这两种架构共存的。

    03

    现在开始部署的5G基站都是基于CU和DU分离架构的吗?

    2019年是5G元年,首先商用的功能是能支持超高下载速率的eMBB业务,具备CU和DU分开部署的条件。那么是否要这么做呢?

    首先,最早部署的5G站点都采用低频来覆盖,国际上采用3.5GHz的居多。这个频段的覆盖能力和4G主流频段相当,因此5G大概率是和4G共用机房和铁塔的,这样的成本也最低。

    在5G和4G共站址的情况下,只需要对原先机房内部的传输,电源,电池,空调等配套设备升级之后,再把5G基站(CU和DU一体)放进去就可以快速开通5G了,而搞CU和DU分离,还需要专门为CU去建设新的数据中心,成本太大。

    因此,5G初期只会进行CU和DU的逻辑划分,实际还都是运行在同一个基站上的,后续随着5G的发展和新业务的拓展,才会逐步进行CU和DU的物理分离。

    这一切变化,都正在悄无声息地发生,普通用户只会看到手机上亮起的5G Logo,难以觉察到这背后的汗水。为了5G的梦想,基站君就是这样在默默地酝酿着自身的变革,润物细无声。

    ——END

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  • 5G系统RAN架构解析之CU和DU的应用和功能切分方式(上)2017年世界移动通信展(MWC 2017)上,多家公司展示了Cloud RAN方案和架构,意味着未来5G系统中C-RAN将扮演重要角色。纵观业界态势,运营商与多家设备商联合发布C-...

    5G系统RAN架构解析之CU和DU的应用和功能切分方式(上)

    2017年世界移动通信展(MWC 2017)上,多家公司展示了Cloud RAN方案和架构,意味着未来5G系统中C-RAN将扮演重要角色。纵观业界态势,运营商与多家设备商联合发布C-RAN白皮书,联合签订C-RAN无线云网络签署研究合作备忘录(MOU),都表示C-RAN研究工作是5G标准和研发工作的重头戏。2016年11月中国移动研究院联合国内外部分设备上和芯片厂商发布了“迈向5G C-RAN:需求、架构与挑战”白皮书。其中写到, “面向5G,基于集中/分布单元CU/DU(Centralized Unit/Distributed Unit)的两级架构也已经被业界所认可,这一网络架构与无线云化的结合,构成了5G C-RAN的两个基本要素”。由此可见,集中/分布单元CU/DU(Centralized Unit/Distributed Unit)架构是研究C-RAN的基础。本文结合运营商的基本需求和3GPP讨论结果,来简单分析CU/DU架构的特点和实现方式。1.CU和DU逻辑功能分离的需求目前,5G RAN架构考虑采用中央单元(CU)和分布单元(DU)独立部署的方式,以更好地满足各场景和应用的需求。这在MWC’2017中国移动发布的“3.5GHz 5G系统样机技术指导建议”中以及2016/11发布的“迈向5G C-RAN:需求、架构与挑战”白皮书中都有所体现。1.1中国移动对5G RAN架构的要求

    MWC’2017上,中国移动发布了“3.5GHz 5G系统样机技术指导建议”,其中对RAN架构的要求如下。“5G独立(standalone)部署时,gNB的逻辑体系采用CU(即中心单元)和DU(分布单元)分离模式。基于协议栈功能的配置,CU-DU逻辑体系可以分为2种,即CU-DU分布架构和CU-DU融合架构(LTE eNB连接到EPC,NR gNB连接到5GC)”。如下图所示。

    选项1:CU-DU分离(distributed)架构这种架构下,NR协议栈的功能可以动态配置和分割,其中一些功能在CU中实现,剩余功能在DU中实现。为满足不同分割选项的需求,需要支持理想传输网络和非理想传输网络。CU与DU之间的接口应当遵循3GPP规范要求。选项2:CU-DU整合(integrated)架构CU和DU的逻辑功能整合在同一个eNB中,这个gNB实现协议栈的全部功能。1.2? ?中国移动C-RAN白皮书中有关CU-DU的描述2016年11月中国移动研究院联合国内外部分设备上和芯片厂商发布了“迈向5G C-RAN:需求、架构与挑战”白皮书,其中对CU和DU分离架构论述如下。

    “5G的BBU功能将被重构为CU和DU两个功能实体。CU与DU功能的切分以处理内容的实时性进行区分(如下图所示)。CU设备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下沉和边缘应用业务的部署,而DU设备主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能”。上图中对LTE网元及功能与5G系统进行了对比。可以看到,采用CU和DU架构后,CU和DU可以由独立的硬件来实现。从功能上看,一部分核心网功能可以下移到CU甚至DU中,用于实现移动边缘计算。此外,原先所有的L1/2/3等功能都在BBU中实现,新的架构下可以将L1/2/3功能分离,分别放在CU和DU甚至RRU中来实现,以便灵活地应对传输和业务需求的变化。关于具体的功能划分,上图可以作为一个例子进行参考。它将L3和L2中的非实时功能(L2-NRT)在CU中实现,L2的实时功能(L2-RT)以及L1的部分功能(L1’’)在DU中实现,L1的另外一部分功能(L1’)移入RRU来实现。由此可见,5G系统中采用CU-DU分离架构后,传统BBU和RRU网元及其逻辑功能都会发生很大变化。未来3GPP还将进一步研究讨论具体实施方案,具体哪些功能会在CU中实现,哪些功能又会放入DU,各厂家的具体实施方案还需要遵循3GPP规范要求。具体方案和选项有望在4月份予以明确。1.3? ?CU-DU分离的好处3GPP TR38.801中提到,CU-DU功能灵活切分的好处在于:硬件实现灵活,可以节省成本。CU和DU分离的架构下可以实现性能和负荷管理的协调、实时性能优化并使用NFV/SDN功能。功能分割可配置能够满足不同应用场景的需求,如传输时延的多变性。1.4??CU-DU分离和部署的原则3GPP TR38.801中提到,如何对NR进行架构切分取决于网络部署场景、部署限制以及所支持的服务等。举例说明如下:需要根据所提供的业务设定不同的QoS时(如低时延、高吞吐量)。在给定地理区域内需要支持特定用户密度和负荷需求时

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  • 5G基站君的进化之路 — CU和DU分离

    万次阅读 多人点赞 2019-03-19 21:44:43
    原文:5G基站君的进化之路 — CU和DU分离 Table of Contents 为什么CU和DU要分离? CU和DU到底有什么好处? 1.实现基带资源的共享 2.有利于实现无线接入的切片和云化 3. 满足5G复杂组网情况下的站点协同问题 ...

    原文:5G基站君的进化之路 — CU和DU分离

    Table of Contents

    为什么CU和DU要分离?

    CU和DU到底有什么好处?

    1.实现基带资源的共享

    2.有利于实现无线接入的切片和云化

    3. 满足5G复杂组网情况下的站点协同问题

    现在开始部署的5G基站都是基于CU和DU分离架构的吗?


    不论你是否能意识到,移动基站君就隐藏于我们身边,默默地在为我们服务,越来越好的信号质量就是明证。

    这不,5G要来了,为了迎接这新的时代,基站君正在默默地酝酿着一场大变身。而要说5G基站君在架构方面的演进,就不得不提CU和DU分离的事情。

    CU的全称是Centralized Unit,顾名思义就是集中单元;DU的全称是Distributed Unit,含义自然就是分布单元了。

    坦白说,CU和DU这两个名称是云里雾里,除了集中和分布这两个含义之外,没有提供更多的信息。

    • 为什么CU和DU要分离?

    • CU和CU分离了到底有什么好处?

    • 现在开始部署的5G基站都是基于CU和DU分离架构的吗?

    为什么CU和DU要分离?

    我们先来看看4G和5G无线接入网部分的架构有什么不同:

    由上图可以看出,4G基站内部分为BBU,RRU和天线几个模块,每个基站都有一套BBU,并通过BBU直接连到核心网。

    而到了5G时代,原先的RRU和天线合并成了AAU,而BBU则拆分成了DU和CU,每个站都有一套DU,然后多个站点共用同一个CU进行集中式管理。

    看了5G的架构,尤其是矗立在中间的CU,总是让人感觉莫名熟悉,似曾相识。这不就和2G/3G的架构如出一辙么?

    这就奇了怪了,撤销控制器,基站直连核心网,构建扁平化网络这个刚刚在4G时代兴起的架构,到了5G时代,就又要走回2G/3G时代的老路?

    这是因为,4G的网络架构跟2G和3G相比可谓剧变,带来了时延的降低和部署的灵活性,但同时也带来了一些问题,尤其是站间信息交互的低效。

    从上图可以看出,基站数量多了之后,每个基站都要独立和周围的基站建立连接交换信息,和两个基站相比,情况就变得复杂了起来。这还只是4个基站的情况,如果数量更多的话,连接数将呈指数级增长。这个问题导致了4G基站间干扰难以协同的痼疾。

    而2G和3G网络则不同,因为有了控制器这个全知全能的中心节点存在,所有基站的信息一目了然,统筹管理全局资源也就更容易一些。

    所谓历史总是在否定之否定中螺旋式上升,5G网络架构的出现正是如此。

    在5G时代,对基站,核心网的各项功能进行了重构:首先把原先BBU的一部分物理层处理功能下沉到RRU,RRU和天线结合成为AAU;然后再把BBU拆分为CU和DU,同时CU还融合了一部分从核心网下沉的功能,作为集中管理节点存在。

    CU和DU的切分是根据不同协议层实时性的要求来进行的。在这样的原则下,把原先BBU中的物理底层下沉到AAU中处理,对实时性要求高的物理高层,MAC,RLC层放在DU中处理,而把对实时性要求不高的PDCP和RRC层放到CU中处理。

     

    CU和DU到底有什么好处?

    CU和DU的切分可以带来几大好处。

    1.实现基带资源的共享

    由于各个基站的忙闲时候不一样,传统的做法是给每个站都配置为最大容量,而这个最大容量在大多数时候是达不到的。比如学校的教学楼在白天话务量很高,而到了晚上就会很空闲,而学生宿舍的情况则正好相反,而这两个地方的基站却要按最大容量设计,造成很大的资源浪费。

    如果教学楼的和宿舍的基站能够统一管理,把DU集中部署,并由CU统一调度,就能够节省一半的基带资源。

    可以看出,这种方式和之前提出的C-RAN架构非常相似,而C-RAN架构由于对于光纤资源的要求过高而难以普及。在5G,虽然DU可能由于同样的原因难以集中部署,但CU也是基站的一部分,其本身的集中管理也能带来资源的共享,算是5G时代对于C-RAN架构的一种折中的实现方式。

    2.有利于实现无线接入的切片和云化

    网络切片作为5G的目标,能更好地适配eMBB,mMTC和uRLLC这三大场景对网络能力的不同要求。

    切片实现的基础是虚拟化,但是在现阶段,对于5G的实时处理部分,通用服务器的效率还太低,无法满足业务需求,因此还需要采用专用硬件,而专用硬件又难以实现虚拟化。

    这样一来,就只好把需要用专用硬件的部分剥离出来成为AAU和CU,剩下非实时部分组成CU,运行在通用服务器上,再经过虚拟化技术,就可以支持网络切片和云化了。

    因此,CU加上边缘计算及部分核心网用户面功能的下沉,就被称为“接入云引擎”。

    3. 满足5G复杂组网情况下的站点协同问题

    5G和传统的2G/3G/4G网络不同的是高频毫米波的引入。

    由于毫米波的频段高,覆盖范围小,站点数量将会非常多,会和低频站点形成一个高低频交叠的复杂网络。

    要在这样的网络中获取更大的性能增益,就必须有一个强大的中心节点来进行话务聚合和干扰管理协同。

    毫无悬念,这样的中心节点就是CU。

    但是,在DU和CU的拆分在带来诸多的好处的同时,也会带来一些不利影响

    首当其冲的就是时延的增加,网元的增加会带来相应的处理时延,再加上增加的的传输接口带来的时延,增加的虽然不算太多,但也足以对超低时延业务带来很大的影响。

    其次是网络复杂度的提高。5G不同业务对实时性要求的不同,eMBB对时延不是特别敏感,看高清视频只要流畅不卡顿,延迟多几个毫秒是完全感受不到的;mMTC对时延的要求就更宽松了,智能水表上报读数,有个好几秒的延迟都可以接受;而uRLLC就不同了,对于关键业务,如自动驾驶,可能就是“延迟一毫秒,亲人两行泪”。

    因此对于eMBB和mMTC业务可以把CU和DU分开来在不同的地方部署,而要支持uRLLC,就必须要CU和DU合设了。这样一来,不同业务的CU位置不同,大大增加了网络本身的复杂度,管理的复杂度也就蹭蹭上去了。

    所以说,CU和DU虽然可以在逻辑上分离,但物理上是不是要分开部署,还要看具体业务的需求才行。对于5G的终极网络,CU和DU必然是合设与分离这两种架构共存的。

    现在开始部署的5G基站都是基于CU和DU分离架构的吗?

    2019年是5G元年,首先商用的功能是能支持超高下载速率的eMBB业务,具备CU和DU分开部署的条件。那么是否要这么做呢?

    首先,最早部署的5G站点都采用低频来覆盖,国际上采用3.5GHz的居多。这个频段的覆盖能力和4G主流频段相当,因此5G大概率是和4G共用机房和铁塔的,这样的成本也最低。

    在5G和4G共站址的情况下,只需要对原先机房内部的传输,电源,电池,空调等配套设备升级之后,再把5G基站(CU和DU一体)放进去就可以快速开通5G了,而搞CU和DU分离,还需要专门为CU去建设新的数据中心,成本太大。

    因此,5G初期只会进行CU和DU的逻辑划分,实际还都是运行在同一个基站上的,后续随着5G的发展和新业务的拓展,才会逐步进行CU和DU的物理分离。

    这一切变化,都正在悄无声息地发生,普通用户只会看到手机上亮起的5G Logo,难以觉察到这背后的汗水。为了5G的梦想,基站君就是这样在默默地酝酿着自身的变革,润物细无声。

    原创: 蜉蝣采采 无线深海 无线深海

    微信号 wuxian_shenhai

    功能介绍 移动通信交流,无线通信发展趋势,最新动态,原创科普文章发表。

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  • 5G NR基站重构为CU和DU两个逻辑网元,根据场景和需求可以合一部署、也可以分开部署; 5G NR网元之间的网络功能重构,如部分核心网功能下沉至CU,BBU部分功能上移至RRU/AAU。
  • 原文:5G基站君的进化之路 — CU和DU分离 Table of Contents 为什么CU和DU要分离? CU和DU到底有什么好处? 1.实现基带资源的共享 2.有利于实现无线接入的切片和云化 3. 满足5G复杂组网情况下的站点协同问题 ...
  • 5G学习之路——认识CUDU

    万次阅读 多人点赞 2020-08-02 21:16:18
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    千次阅读 2020-04-02 15:55:29
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    2019-02-22 11:32:54
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  • NR 5G 关于gNB-CU和gNB-DU

    万次阅读 2019-04-04 15:49:26
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  • 5G NR系统架构之CU /DU部署方案

    万次阅读 2021-03-01 18:42:21
    5G NR基站重构为CU和DU两个逻辑网元,根据场景和需求可以合一部署、也可以分开部署; 5G NR网元之间的网络功能重构,如部分核心网功能下沉至CU,BBU部分功能上移至RRU/AAU。 5G的基站功能重构 5G的基站功能重构为...
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  • 5G技术与标准介绍----第6部分:5G组网考虑之CU-DU部署_20180623 5G技术与标准介绍----第6部分:5G组网考虑之CU-DU部署_20180623
  • rtl8723du WiFi驱动及安卓通用移植文档,移植SDK,试用平台安卓 6.0,已验证ok
  • Cuồng Du Lịch-crx插件

    2021-04-01 14:36:28
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  • 5G CU-DU架构下无线资源分配算法研究,高梦宾,张天魁,本文研究了5G CU-DU架构下联合前传链路时延网络成本的多目标优化问题。针对CU-DU架构下不同基带功能划分场景,解决了现有研究中缺乏�
  • 5G基站 — CU和DU分离

    2021-12-10 10:40:34
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    2021-02-24 06:21:59
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空空如也

空空如也

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du和cu