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5G NR系统架构中的CU和DU部署方案

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简介：
本研究探讨了5G新无线电(NR)系统中集中式单元(CU)与分布单元(DU)的不同部署策略，分析其对网络性能的影响。 5G NR基站被重构为CU（集中单元）和DU（分布单元）两个逻辑网元，可以根据场景和需求进行合一部署或分开部署。同时，5G NR网元之间的网络功能也进行了重构，例如将部分核心网功能下沉至CU，并将BBU的部分功能上移至RRU/AAU。

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  • 5G NR系统架构中的CU和DU部署方案
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    本研究探讨了5G新无线电(NR)系统中集中式单元(CU)与分布单元(DU)的不同部署策略，分析其对网络性能的影响。 5G NR基站被重构为CU（集中单元）和DU（分布单元）两个逻辑网元，可以根据场景和需求进行合一部署或分开部署。同时，5G NR网元之间的网络功能也进行了重构，例如将部分核心网功能下沉至CU，并将BBU的部分功能上移至RRU/AAU。
     
  • 5G系统RAN架构分析：CU与DU的功能及应用划分探讨
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    本文深入探讨了5G无线接入网（RAN）中中央单元(CU)和分布单元(DU)的功能及其应用场景划分，旨在优化网络性能。 业界已经认可了5G网络架构中的集中/分布单元（Centralized Unit/Distributed Unit, CU/DU）两级结构，并将其与无线云化相结合，形成了C-RAN的两个基本要素。由此可见，CU/DU架构是研究C-RAN的重要基础。
     
  • 5G NR协议栈的整体架构
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    本文章介绍了第五代移动通信技术（5G）中NR（New Radio）协议栈的整体架构，详细解析了各个层次的功能与作用。 一、无线协议栈 1.1 NR无线协议栈 NR（新无线电）无线协议栈分为两个平面：用户面和控制面。用户面(User Plane, UP)负责传输用户数据，采用相应的协议簇；而控制面(Control Plane, CP)则用于系统内部的信令交换。 1.2 功能小结 5G NR协议栈的功能可以总结如下（具体细节请参见相关技术文档）。
     
  • 云计算架构与部署方案
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    《云计算架构与部署方案》是一本详细解析构建高效、安全云环境策略的专业书籍，涵盖从设计到实施的关键技术。 云平台在生产环境部署指南 本指南旨在为用户详细阐述如何将应用程序安全地部署到云平台上，并确保其能在生产环境中稳定运行。内容包括但不限于：选择合适的云服务提供商、创建并配置资源（如虚拟机、存储等）、设置网络和安全策略，以及监控与维护等方面的知识和技术细节。 请根据实际情况参考执行相关步骤以顺利完成项目需求的实现目标。
     
  • 5G-NR gNB OAI源码架构剖析.docx
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    本文档深入解析了5G NR gNB OAI开源项目的源代码架构，旨在帮助读者理解其设计原理和技术细节。 OAI gNB侧源码解析主要包括：源码整体架构分析，并配有程序时序交互图；以及重要函数过程的相关描述和重要接口的详细解释。
     
  • 5G NR MAC概览(内部)
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    本资料为内部使用而编写，主要概述了第五代移动通信技术（5G）中新无线接入网（NR）中媒体访问控制层(MAC)的功能、结构及其在数据传输中的作用。 ### 5G NR MAC层详解 #### MAC层概述 作为第五代移动通信技术的重要组成部分，5G NR的MAC（Medium Access Control）层设计对于实现高效的数据传输至关重要。该层次位于物理层（PHY）之上，RLC（Radio Link Control）层之下，主要职责是将上层逻辑信道中的数据适配并控制到下层的传输信道中，确保数据在网络中有效传输。 #### MAC层协议架构与功能 5G NR的MAC层承担以下关键任务： 1. **逻辑信道和传输信道之间的映射**：在上行方向，将来自一个或多个逻辑信道的数据映射到下层的传输信道；下行则相反。 2. **复用与解复用**： - 复用：把来自不同逻辑信道的服务数据单元（SDU）合并成单个传输块，并传递给物理层。 - 解复用：从物理层接收的数据中分离出各个服务数据单元并送至相应的逻辑信道。 3. **报告调度信息**（SR）：向网络侧发送调度请求，以获取适合的资源分配。 4. **通过HARQ进行错误纠正**： - HARQ机制结合了前向纠错和自动重传请求，提高传输可靠性。在载波聚合中，每个载波对应一个独立的HARQ实体。 5. **动态管理用户间优先级**：根据业务需求及网络状态调整资源分配以优化性能。 6. **逻辑信道优先级管理**（LCP）： - 在下行方向，由于MAC子头包含逻辑信道标识（LCID），解复用过程相对简单。 - 上行则更复杂，涉及合理分配资源。收到上行授权后，根据各逻辑信道的配置限制确定参与传输，并依据优先级进行资源安排。 #### NR与LTE MAC层对比 5G NR在MAC层面进行了多项改进： 1. **信道映射**：引入了灵活的映射方式以适应更高的数据速率和服务类型。 2. **复用解复用**：采用高效的算法，提高了整体吞吐量和灵活性。 3. UE接收到调度资源后的时序模型定义了一套新的流程，确保UE能在正确的时间点执行操作。 4. 优化了处理数据包的步骤以减少延迟并提升用户体验。 #### HARQ协议详解 HARQ在5G NR中是一项重要机制，分为同步和异步、自适应与非自适应四类： - 异步HARQ允许随时重传，增强了调度灵活性。 - 同步HARQ则需固定时间间隔后发送重传信息，适用于对时延敏感的应用场景。 - 自适应HARQ在重传时可以改变PRB资源和MCS以应对信道变化。 - 非自适应HARQ要求使用与前次传输相同的资源配置。 5G NR采用异步非自适应模式：无需等待ACK/NACK反馈，直接由基站调度UE进行重传操作。 #### BWP与CORESET管理 - **BWP（Bandwidth Part）**：引入该概念是为了提高资源利用率和降低终端功耗。用户设备可以根据需要切换不同的带宽配置。 - **BWP切换**：通过高层信令可以为UE配置多个BWP，并根据服务需求在这些带宽之间动态切换。 - **CORESET（Control Resource Set）**： - 每个BWP最多可设置3个CORESET，每个小区至多4个BWP，则总共可能有12个CORESET（索引0~11）。 - CORESET0通常用于传输系统信息如SIB1的调度。 #### 结论 深入分析5G NR MAC层设计揭示了其在提升数据传输效率、优化资源分配及增强灵活性等方面的创新。这些改进不仅增强了网络性能，也为未来通信技术的发展奠定了基础。
     
  • 5G NR帧结构分析
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    《5G NR帧结构分析》一文深入探讨了第五代移动通信技术中NR（New Radio）标准下的帧结构设计原理与应用实践，为读者提供了全面的理解和解析。 基本概念及其关系框架如下：数据发送周期为10毫秒（简称无线帧）；子帧是上下行分配的基本单位，长度为1毫秒；时隙用于调度和同步，是最小的数据传输单元；符号则是调制的最小单位。 具体的关系表现为： - 一个无线帧由十个连续的子帧构成； - 每个时隙包含十二或十四（取决于配置）个符号； - 符号的时间长度等于1除以子载波间隔（SCS）。 关于5G NR和LTE之间的比较，虽然两者的无线帧与子帧长度保持一致，从而有助于两种技术的共存。但是，在结构灵活性方面存在差异：5G新无线电标准定义了灵活的时隙配置模式，允许根据不同的应用场景调整符号与时隙的持续时间。例如，对于未来关键性的超高可靠低延迟通信（URLLC）服务而言，可能需要比传统LTE更短的时间帧来实现其性能需求。
     
  • 详解5G NR帧结构
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    本文深入解析第五代移动通信技术（5G）中的NR（New Radio）帧结构，涵盖其设计原则、关键参数及其对网络性能的影响。 该文档详细介绍了5G NR帧结构，对正在学习5G技术的通信人有一定的积极作用。
     
  • 5G NR协议层结构
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    5G NR协议层结构简介：本文探讨第五代移动通信（5G）新无线（NR）技术中的协议层架构。分析物理层、MAC层、RLC层、PDCP层及RRC层的功能与作用，旨在为读者提供深入理解5G网络底层机制的视角。 一、无线协议栈 NR（新空口）无线协议栈分为用户面和控制面两个平面。用户面（User Plane, UP）负责传输用户数据的协议簇；而控制面（Control Plane, CP）则处理系统的控制信令。 5G NR是全球性的5G标准，基于OFDM技术的新一代蜂窝移动通信系统设计，具有超低时延和高可靠性等特性。 1.1 用户面 在NR中，用户平面协议栈相比LTE多了一层SDAP（服务数据适配协议）层。具体从上到下的层次结构如下： - SDAP层：Service Data Adaptation Protocol - PDCP层：Packet Data Convergence Protocol
     
  • 5G基站OAI部署方案（参考文档）
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    本参考文档详细介绍了在通信网络中实施5G基站OAI部署的方案，包括技术要求、配置步骤及最佳实践，旨在帮助技术人员高效完成部署工作。 《OAI5g基站部署方案详解》 OpenAirInterface（OAI）是一个开源项目，旨在实现移动通信标准，包括5G。本方案基于北京邮电大学的实践案例，在Linux环境下特别是Ubuntu 18.04系统上进行部署和测试工作，并使用USRP B210射频板卡作为硬件设备。 为了顺利部署基站，我们需要准备一台具有Intel Core i7-7567U双核处理器及256GB硬盘的主机以及一部红米K40S手机用于用户端（UE）的测试。以下是详细的步骤： 1. **创建工作目录**：在主机上创建一个名为`gNB`的工作空间，用于存放OAI 5G基站相关的源代码。 2. **获取源代码**：通过Git工具克隆OpenAirInterface项目的开源仓库，并切换到特定提交ID（8b526c3cb785dad0ad5f3ea90dc1b69e9c81f4a0），此版本已验证可解决USRP安装问题。 3. **安装USRP驱动**：创建一个名为`USRP_Drive_OAI`的目录，再次克隆OAI仓库但切换到最新的标签。这将确保成功安装所需的驱动程序，尽管可能无法使手机接入基站。 4. **测试USRP设备**：在完成驱动程序安装后，通过运行命令 `uhd_find_devices` 来确认USRP设备已被系统识别。 5. **解决编译问题**：对源代码中的文件进行修改，在文件路径为`gNBopenairinterface5gcmake_targetstoolsbuild_helper`的第863行和864行添加注释，以避免在编译过程中出现错误。 6. **安装依赖库**：使用脚本 `oaienv` 和命令 `.cmake_targetsbuild_oai -I` 安装必要的依赖库。 7. **编译源代码**：执行命令`.cmake_targetsbuild_oai --nrUE --gNB -w USRP`来编译源代码，生成支持用户端和基站功能的软件。 8. **配置基站参数**：修改文件 `gnb.sa.band78.fr1.106PRB.usrpb210.conf` ，设置PLMN（公共陆地移动网络）和TAC（跟踪区域码），以及AMF（接入和移动性管理功能）的IPv4地址。如果不需要使用IPv6，则保持原有配置不变。 9. **配置网络接口**：根据实际环境，设定基站N2与N3端口的网络信息，并针对Docker部署的核心网进行相应的调整。 10. **启动基站服务**：在目录 `ran_build` 下运行命令`.nr-softmodem`以启动OAI5G基站。此时USRP B210驱动指示灯应亮起，同时若核心网已开启，则基站会尝试建立NG SETUP连接。 对于手机配置，需进入接入信息设置页面将首选网络类型设为NR Only，并输入正确的APN（接入点名称）以确保与核心网的兼容性。关闭飞行模式后，手机将自动搜索并尝试接入基站；如果通信正常进行，则在基站日志中可以看到快速记录的接入流程。 整个部署过程中，重点在于正确配置USRP驱动、解决编译问题以及适配网络接口和手机连接设置等环节，并确保每个步骤操作准确无误。此外，在不同型号的手机上可能会有不同的APN设置方法，需要根据实际情况进行调整以保证顺利运行。 通过以上方案可以构建一个基本的OAI5G基站环境来进行测试与研究工作。然而在实际部署中还需考虑网络规划、频率许可及安全策略等因素来确保其合法性和稳定性。