5G网络有接入网、承载网、核心网三部分。接入网一般是无线接入网(RAN),主要由基站(Base station)组成。一个基站,通常包括BBU(主要负责信号调制)、RRU(主要负责射频处理),馈线(连接RRU和天线),天线(主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换)。
4G每个基站都有一个BBU,并通过BBU直接连到核心网。而在5G网络中,接入网不再是由BBU、RRU、天线这些东西组成了。而是被重构为以下3个功能实体:CU(Centralized Unit,集中单元),DU(Distribute Unit,分布单元),AAU(Active Antenna Unit,有源天线单元)。原来4G的RRU和天线合并成AAU,把BBU分离成CU和DU,DU下沉到AAU处,一个CU可以连接多个DU。
4G只有前传和回传两部分,在5G网络中则演变为三个部分,AAU连接DU部分称为5G前传(Fronthaul),中传(Middlehaul)指DU连接CU部分,而回传(Backhaul)是CU和核心网之间的通信承载。(见图1)。
5G 核心网包含多个用于访问和控制的组件。在 SBA 架构中,组件排列在一组互连的网络功能 (NF) 中,包括NF存储库功能(NRF)、网络切片选择功能(NSSF)、策略控制功能(PCF)、用户平面功能(UPF)、会话管理功能(SMF)、接入和移动管理功能(AMF)和数据网络(DN)。在用户设备 (UE) 端,通过 gNB 节点控制和执行访问,这些节点通过 NG 接口与 AMF 和 UPF 服务通信。
NG接口分为NG-C接口(NG-RAN和5GC之间的控制面接口)和NG-U接口(NG-RAN和5GC之间的用户面接口),承载控制面和用户面协议:控制面控制会话和与网络的连接,包括服务请求和传输资源,用户面实现PDU(Protocol Data Unit)会话。
5G 是基于服务的架构,基于服务的特性比 4G/LTE 更具吸引力,它提供了网络切片、功能虚拟化、基于云的系统以及与 Open-RAN 技术更好的兼容性。此外,UPF 的实现解耦了网关控制和用户平面,AMF将会话管理与连接和移动性管理分开。在 5G 中,用户平面和控制平面是解耦的。
5G 最重要的方面之一是 RAN 元素的解耦和虚拟化,通过O-RAN架构,运营商可以在同一系统中结合不同的供应商,从而提高灵活性并让运营商可以自由地选择技术提供商。
在O-RAN中,基站分为两个:CU和DU(图2)。CU 负责处理非实时协议和服务,而 DU 负责处理物理层协议和实时服务。在链的末端,RRU管理所有 RF 通信和组件,例如调制、编码和避免干扰。在协议栈方面,CU处理高层,DU管理低层,RRU处理物理层。CU 和 DU 之间的开放接口称为高层拆分 (HLS),而 DU 和 RRU 之间的连接由低层拆分 (LLS) 接口组成。所有 O-RAN 应用程序都在 RAN 智能控制器 (RIC) 上运行。RIC 平台提供对 RAN 组件的抽象,集成优化和自动化算法。