第 2 章 5G 网络结构
2.5 MEC
2.6 5G NR 基站架构
构建 4G 无线接入网的基本单元是 eNB。eNB 基于“单片”结构，架构非常简单，只需定义较少的逻辑节点间的互通接口。但是，在 5G NR 研究初期，业界就关注到将 NR 逻辑节点 gNB 分割成CU 和 DU 能够带来如下好处。
灵活的硬件实施，便于引入可扩展的、经济高效的解决方案。
• 分割的架构，允许对性能特性、负载管理和实时性能优化进行协调，也可支持虚拟化部署。
• 可配置的功能分割，能够适应不同用
例，比如具有各种不同传输时延需求的用例。CU/DU 分离后的 5G NR 基站架构如图 2-28 所示。图中，4G eNB 的 BBU 功能分成了 3 个部分：一部分底层 PHY 功能由AAU 负责；其余 BBU 功能分割成 CU 和DU 两部分。
具体如何将 NR 功能进行分割，取决于无线网络部署场景、限定条件和目标服务。例如，进行 NR 功能分割时可以考虑对不同服务类型的支持，如低时延、高吞吐量、目标区域的用户密度和负载需求等定制化的 QoS 需求。另外，与具有不同性能水平的传输网（从理想到非理想）进行互操作，也是 NR 功能分割时需要考虑的影响因素。
在研究阶段考虑的几种可能的 CU/DU 分离选项如图 2-29 所示。这些选项基于 E-UTRAN 协议栈，包括 PHY、MAC、RLC、PDCP 和 RRC，对分割点的研究分析贯穿了协议栈中的所有可能位置。
在详细比较之后，3GPP 决定采用 option2，即集中式 PDCP/RRC（CU）和分布式的 RLC/MAC/PHY（DU）结构，以此作为规范工作的基础。这一选择的主要原因是，option2 结构与 LTE-NR 双连接应用的协议栈拆分方式非常相似：在双连接配置中，承载分离发生在 PDCP 层，与 option2 的分割点相同。
2.6.1 gNB 的高层分割（HLS）
gNB 分割后的 NG-RAN 整体架构如图 2-30 所示，在 NG 无线接入网中，一组 gNB 通过 NG 接口与 5GC 连接，并通过 Xn 接口相互连接。
一个 gNB 可以由一个 gNB-CU 以及一个或多个 gNB-DU 组成，其中，gNB-CU 与 gNB-DU 之间的接口称为 F1 接口。gNB 的 NG 接口和 Xn-C 接口终止于 gNB-CU。理论上对一个 gNB-CU 可以连接的 gNB-DU 的最大数量没有限制，该数量仅受具体实施时的现实限制。3GPP 标准规定一个 gNB-DU 只与一个 gNB-CU 连接，但并不排除在实际操作中为了增强弹性将多个 gNB-CU 连接到同一个 gNB-DU 上。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来说是不可见的，因而 gNB-CU 以及与其连接的 gNB-DU 对其他 gNB 和 5GC 来说只是一个 gNB。
F1 接口支持 gNB-CU 和 gNB-DU 之间的信令交换和数据传输、分离无线网络层和传输网络层、交换用户终端相关信息或非用户终端相关信息。另外，F1 接口的功能分为 F1-C（控制面）功能和 F1-U（用户面）功能。
F1-C 主要包括以下功能。
• F1 接口管理功能。该功能包括 F1 设置、gNB-CU 配置更新、gNB-DU配置更新、差错指示和重设置。
• 系统信息管理功能。gNB-DU 负责系统信息的调度和广播。对于系统信息广播，NR-MIB 和 SIB1 的编码由 gNB-DU 执行，其他 SI 信息的编码由 gNB-CU执行。F1-C 接口还可提供按需 SI 发送所需的信令支持，以减少用户终端的能量消耗。
• F1 用户终端上下文管理功能。这些功能负责建立和修正必要的 UE 上下文。F1 用户终端上下文的建立由 gNB-CU 发起，gNB-DU 可以基于准入控制标准接收或拒绝建立（例如，gNB-DU 可以在资源不可用的情况下拒绝建立或修正上下文的请求）。另外，F1 用户终端上下文修正请求可以由 gNB-CU 和gNB-DU 中的任意一个发起。接收节点可以接收或拒绝修正。F1 用户终端上下文管理功能还可用于数据无线承载（DRB，Data Radio Bear）和信令无线承载（SRB，Signal Radio Bear）的建立、修正和释放。
• RRC 消息传递功能。该功能负责在 gNB-CU 和 gNB-DU 之间传递 RRC消息。F1-U 主要包括以下功能。
• 用户数据传递。该功能允许 gNB-CU 与 gNB-DU 之间的数据传递。
• 流控制功能。该功能允许对流向 gNB-DU 的下行数据传输进行管控，引入了若干具体功能以提高数据传输的性能，例如，由于无线链路终端导致的
PDCP PDU 丢失的快速重传、冗余 PDU 的丢弃、数据指示的重传以及状态报告。
CU-DU 分离的情况支持以下连接状态下的移动场景。
• gNB-DU 间的移动。用户终端在同一 gNB-CU 下的不同 gNB-DU 之间移动。
• gNB-DU 内小区间的移动。用户终端在同一 gNB-DU 下的不同小区间移动，通过用户终端上下文修正（gNB-CU 发起）过程实现切换。
• 使用 MCG SRB 的 LTE-NR 双连接下 gNB-DU 间的移动。当 LTE-NR 双连接操作中只存在 MCG SRB 时，用户终端在同一 gNB-CU 下的不同 gNB-DU之间的移动。
• 使用 SCG SRB 的 LTE-NR 双连接下 gNB-DU 间的移动。当 EN-DC 操作中存在 SCG SRB 时，用户终端在不同的 gNB-DU 之间移动。
2.6.2 高层分割中的 CP 与 UP 分离
为了能够根据不同场景和性能需求对不同无线接入网功能的位置进行优化，gNB-CU 可进一步分为控制面部分（gNB-CU-CP）和用户面部分（gNB-CUUP）。CU-CP和 CU-UP 以 E1 接口进行连接，E1 接口为单纯的控制面接口，其功能包括 E1 接口管理功能和 E1 承载上下文管理功能。CU-CP 和 CU-UP 分离下完整的无线接入网架构如图 2-31 所示。
gNB-CU-CP 掌管 RRC 和 PDCP 协议的控制面部分，它也是与 gNB-CU-UP连接的 E1 接口的终点、与 gNB-DU 连接的 F1-C 接口的终点。gNB-CU-UP 掌管 en-gNB 中 gNB-CU 的 PDCP 协议用户面部分，以及 gNB 中 gNB-CU 的 PDCP协议及 SDAP 协议的用户面部分。gNB-CU-UP 是 E1 接口（与 gNB-CU-CP）的终点，也是 F1-U（gNB-DU）接口的终点。
一个 gNB 可能包括一个 gNB-CU-CP、多个 gNB-CU-UP 和多个 gNB-DU。gNB-CU-CP 通过 F1-C 接口与 gNB-DU 连接，gNB-CU-UP 通过 F1-U 接口与gNB-DU 连接。一个 gNB-CU-UP 只与一个 gNB-CU-CP 连接，但是不排除在实际操作中将一个 gNB-CU-UP 与多个 gNB-CU-CP 连接。一个 gNB-DU 可以与多个在同一 gNB-CU-CP 控制下的 gNB-CU-UP 连接。一个 gNB-CU-UP 可以与多个在同一 gNB-CU-CP 控制下的 DU 连接。
