3GPP关于5G新空口中CU/DU低层功能切分的讨论过程和进展(4)

第三部分：RAN3#97(2017/8)和RAN3#97bis(2017/10)上L1底层分离讨论内容摘录

1.1 RAN3 #97(2017/8)中关于CU/DU低层切分(PHY内部)讨论内容摘录 (2017/8)

1.1.1  R3-173300-->R3-173302-->R3-173352-->R3-173404--> R3-173437 Skelton TR for CU-DU LLS SI  [NTT DOCOMO, INC. (SI rapporteur)]

对底层切分时的一些概念进行了定义。

• lls-CU：进行低层切分时，gNB CU中实现PHY以上的各层(如MAC、RLC、PDCP、SDAP和RRC)以及部分PHY的高层功能，并对一到多个lls-DU进行控制和操作。

• lls-DU：进行低层切分时，gNB DU中实现部分PHY的底层功能，并部分地被lls-CU所控制。

1.1.2   R3-172946:Further analysis on option 7 (ZTE)  

此提案是认为可以采用TR38.801 V14.0和R3-172580中类似的L1处理流程来进行NR分析。

• DL：NR还采用CP-OFDM勃兴，且下行处理过程与LTE相类似。当然，NR中采用了数字波束赋形，但它可以看作是预编码的特殊情况，且模拟波束赋形可看作是天线的一部分，因此它们对前传带宽没有影响。

• UL：NR采用CP-OFDM和DFT-S-OFDM，而LTE只采用DFT-S-OFDM。然而，上行都可以采用相同的预滤波(pre-filtering)和均衡功能。NR中采用DFT-S-OFDM时，IDFT可以看作一个add-on功能。

下行应主要考虑前传带宽，上行则应同时考虑性能和前传带宽。

UL的3个选项中，选项7-2将pre-filtering功能移到DU中，将MMSE均衡留在CU中。由于pre-filtering明显降低前传上数据流的维度，比如从Rx天线数变为层数，因此相对于7-1下的标准均衡，7-2这种切分方式会导致性能恶化。仿真采用8个UE采用1层在相同的时频资源上进行UL传送，标准均衡方式下，基于DMRS信道估计，采用所有的64个Rx的数据来恢复8用户的数据(途中标注为64RX)；而PreEqu方式下，在DU中采用预滤波矩阵将64RX降低到8RX数据之后，在CU中执行均衡，以恢复8个用户的数据。

仿真表明，低于3Km/h时，标准的MMSE均衡比基于pre-filtering的均衡时的性能略好。当但速度增加到60Km/h时，标准MMSE均衡的性能略有降低，而基于pre-filtering的均衡的性能明显降低，30Km/h也如此。

建议UL物理层切分应保证UE从中速到高速移动时UE的均衡性能不应该降低。为此，建议增加新的切分方式，将标准均衡和IDFT功能分成2个功能块，标准的均衡功能完全位于DU中，而IDFT位于CU中，暂称为选项7-new。

当IDFT位于CU中时，支持符号级的UL CoMP。选项7-new也有助于实现此点。

低于前传的带宽，基于以下参数进行估算：

• 载波带宽：10MHz，64T64R,DL MIMO层数32，UL MIMO层数16。

• 每个UL/DU时隙有12个数据符号和2个DMRS符号。

• 前传带宽不包括MAC信息。

计算结果如下。详细过程请参见原提案。可见7-new所需前传带宽较低。

不同切分方式对CoMP的支持性如下。

 1.1.3   R3-173033：Down selection of Option 6and 7 for CU-DU Lower Layer Split (NEC)

此提案与NR#2中的R3-172400完全相同，由于NR#2会议中Nottreated, 故此重新提交。

请参见之前所撰写的相关文档(“第三部分：RAN #76(2017/6)全会和RAN3-NR#2(2017/6)重启L1底层分离讨论”)。

1.1.4   R3-173148：Further consideration on asymmetric CU-DU low layer split (CMCC)

CMCC早在RAN#93bis阶段就提出了异步切分的7c选项的概念，即下行采用7-2，上行采用7-1。7-2所需前传带宽较小，因为它采用层数来计算，而7-1采用天线数来计算。从这个意义上讲，上行还有进一步优化的空间。

降低上行带宽可以采用2种方法。

• 一方面，在UL的FFT之前采用时域预过滤操作来代替频域预过滤，并将其放在DU中，可以将port相关的信息处理为层数相关的信息后传送到CU，从而降低所需带宽。

• 另一方面，上行SRS相关的操作可以在DU中进行。SRS处理单元之前在CU中，因此port相关的信息需要从DU中的SRS信号(signal)单元传送到CU中的SRS处理(process)单元中，者占用了很大带宽。因此，如果将SRS处理(process)单元移到DU中，则大多数SRS相关的处理工作将在DU中完成，从而降低前传所需的带宽。

然而，此工作会使DU中的复杂性和维护难度增加。因此，如果评估认为7c带来的影响较大，上行仍建议采用7-2，它能更好地均衡所需带宽以及性能需求。

Figure 1: Functional block diagram after the optimization on Option 7c

1.1.5   R3-173281:Further details on intra-PHY split options (Intel Corporation)

此提案与NR#2中的R3-172287/R3-172288完全相同，由于NR#2会议中Not treated, 故此重新提交。此提案中提出了很多重要的概念，推荐大家仔细阅读。

详细译稿请参见之前所撰写的相关文档(“第三部分：RAN #76(2017/6)全会和RAN3-NR#2(2017/6)重启L1底层分离讨论”)。

重要建议列举如下。

• 建议在PHY流程图中增加波束赋形的内容。

• 对于数字波束赋形，其功能可以看作是下行预编码(precoding)和上行预过滤(pre-filtering)功能的一部分，因此是否需要在图中单独表示。

• 建议在PHY层添加一个PRACH处理功能块。PRACH在L1的处理包括PRACH过滤、相关和峰值检测。

• 在调度过程中需要SRS数据，且下行预编码和上行预过滤产生过程中也都可能会用到SRS，因此添加SRS处理模块也很重要。

• 预过滤的目的是根据信道信息将从天线端口上接收到数据压缩到数据流上，与下行预编码相类似。

• 对预过滤算法进行了详细描述。

预过滤的目的是根据信道信息将从天线端口上接收到数据压缩到数据流上，与下行预编码相类似。

假设预编码矩阵为H*,维度是[Nl * Np]，Np是DU中的接收天线端口数，Nl是层数。H是上行信道矩阵(可能来自DMRS估算或者SRS估算或者其它方式)。

预编码就是将数据与预滤波矩阵进行相乘：

Yprefiltered = H^*Y

其中，Y是FFT/CP去除后的频域信号。

因此，接收数据的维度从Np转到Nl个流。随后可以对预滤波信道进行信道估算工作。

1.1.6   R3-173295: NRL1 processing diagram update (NTT DOCMO)

对R3-172580流程图进行了更新和修改，说明如下。

• 不同频段下，可能只包含预编码、预编码+数字BF，或者预编码+模拟BF等多种类型，因此图中不再区分频段。

• 将协议框和功能框分开表述。

• 上行，Pre-filetering功能和数字BF一样，因此，将pre-filtering功能去除了。

• 不能只考虑数据信道，还需要考虑控制信道、PBCH、下行小区特定的信号、SRS和PRACH等。

• DL/UL控制信道和PBCH，其处理过程与数据信道相类似。对于下行信号(小区专用信号如SS、CSI-RS以及UE专用信号如CSI-RS)，也可以采用相同的框图。对于SRS，虽然其处理流程与数据/控制信道类似，但是可能不需要数字BF，当然这取决于SRS信息的粒度(如TRX数或者空间复用的数目)。对于PRACH，RAN1还在对其设计进行讨论，可能针对不同子载波间隔设定多种PRACH格式，因此PRACH过滤明确标注，以便与FFT/CP去除相区分。

1.1.7   R3-173402:Overall of proposed L1 processing diagram (NTT DOCOMO)

此提案是本次低层切分讨论的核心文稿，对L1上下行切分框图中的不同层的功能进行了描述，并对各种切分选项进行了详细说明。

这是最应该翻译学习的一篇文稿，推荐感兴趣的读者自行阅读原稿，相信对物理层功能和低层切分等内容会有全面深刻的了解和认识。

本提案所基于的L1处理框图和切分选项如下。

1.1.8      R3-173296-->R3-173403-->R3-173430--> R3-173438-->R3-173439: draft LS on NR L1 processing diagram (NTT DOCOMO)

RAN3请RAN1对相关流程图进行review的文稿。

RAN3请RAN1对此流程图从以下几个方面进行反馈：

• RAN1中对NR的哪些功能已经进行过讨论并有了定论(Agreed)？

• 实现中有哪些可能的选项(存在、顺序和功能块之间的依赖性)?

• 前传带宽对层数和天线端口数的依赖性如何？

• 明确框图的准确性，并提供修改和澄清建议(如果有的话)。

1.1.9   R3-173298: TPon L1 processing diagram (NTT DOCOMO)

对R3-173295的文字建议。

1.1.10    R3-173094:Evaluation criteria of low-level CU-DU RAN functional split (China Telecom)

建议从传输网需求、性能以及O&M等方面对LLS进行评估。

1.1.11    R3-173137:Evaluation criteria for CU-DU low layer split (CMCC)

建议从以下等多个方面对LLS进行评估。

−      传输需求

−      Collaborative性能增益

−      Pooling增益& 接口复杂性

−      O&M(操作和维护性)

1.1.12    R3-173297/173299:Evaluation criteria for lower layer split (NTT DOCOMO)

建议从前传带宽、性能、前传接口复杂性以及DU影响等方面进行评估。

评估对比结果如下：

1.2       RAN3#97bis(2017/10)中关于CU/DU低层切分(PHY内部)讨论内容摘录

1.2.1  R3-173821:Complexity evaluation for LLS Options 6 and 7  (NEC)

LLS进行分析对比。进行复杂性对比时，需要明确是定性分析还是定量分析，是要分析接口复杂性还是DU复杂性。

考虑到接口上信令的交互会影响接口复杂性，因此可以基于信令信息来分析。结果表明，从选项6到7-1，接口复杂性会降低。

DU复杂性可以根据DU中所实现的功能所需处理能力和缓存大小等来进行量化分析(如层影射、预编码和BF等)，其复杂性与接口复杂性的变化趋势一致，也是从6到7-1逐渐降低。

总体上建议对接口复杂性和DU复杂性进行定性分析，而非量化分析。

 1.2.2   R3-173878：TP on L1 processing diagram(NTT DOCOMO)

此提案是希望TR38.816中增加的文字内容的描述。

请参照R3-173402学习，并推荐深入研究。

1.2.3   R3-173980：Scope of Low Layer SplitArchitectures      (Ericsson)

描述CU和DU之间的逻辑功能和管理方式等。

1.2.4   R3-174096：Rensponse to R3-173980    (NTT DOCOMO)

与现用网络的互操作性和共存性的分析。

目前假定现用系统(E-UTRA和CPRI)与低层间没有紧耦合和共存关系，而只与上层(如PDCP)之间采用双连接(DC)方式实现紧耦合和共存。因此，不确定RAN3是否要考虑这个问题。

1.2.5   R3-174161-->R3-174220：Scope of Lower Layer Split Architectures 38.816 v0.0.1 (Ericsson)

LLS应当对普通的网络特性进行支持，如UE特性、部署等。以下为独立部署或者混合部署下的一个应用场景：

• 不同LLS可以适用于UE的UL和DL通信。

• 不同的LLD可以在不同载波和频段上进行通信。

• E-UTRA和NR可以共享同一个载波并对UE提供服务。

• 不同的LLS可以采用不同RF进行通信。

应当研究和分析LLS中不同实体间的接口如何进行设计和实施。应当分析不同LLS架构下控制和数据如何进行协调。应当研究不同LLS下不同传输上话务调度如何进行，不同LLS下LTE和NR如何进行载波共享。

1.2.6   R3-173881：Evaluation on the required fronthaul bandwidth (NTT DOCOMO)

对LLS前传带宽进行计算和对比。

所使用的参数如下：

       下行估算结果如下：

上行估算结果如下：

1.2.7   R3-174089：eCPRI and the Study onCU-DU lower layer split for NR (NTT DOCOMO) (not pursued)

由于8月份eCPRI V1.0规范颁布了(本公众号此前有过详细介绍)，而3GPP底层讨论与eCPRI密不可分，因此本提案分析了eCPRI规范与LLC的关系。因此对于了解eCPRI协议与3GPP LLS关系有很大帮助。

总体结论是RAN3的底层切分工作中应当结合eCPRI来进行。详细建议如下：

• eCPRI规范中物理层的功能内容与RAN3提供给RAN1的NR L1处理链基本一致。

• 虽然eCPRI规范集中在屋里层内一些特定的切分方式上，但是其它切分方式并没有被排除。

• eCPRI规范对eCPRI接口定义了3种信息流，即用户面、C&M即控制和维护面、同步面，并对用户面进行了协议层。

• eCPRI对用户面规定了2种传输选项，即用户面基于Ethernet和基于IP。

• eCPRI对用户面定义了'eCPRI消息'，包括“IQ数据”消息类别和“比特序列”消息类别，还有针对实时控制数据的“实时控制数据”消息类别。

• eCPRI规范中，消息类别的域的描述由高层提供，但是细节留给设备商去实现。

• eCPRI规范没有对C&M面限制/规定太多的东西。

• eCPRI规范提供了一个框架(framework)，NR的CU-DU底层切分中不应当忽略eCPRI规范，应当研究如何在eCPRI规范之上提供更多的价值。

• 同时，eCPRI对实施细节没有太多描述，而是由设备商来实现。这种实施的灵活性利于产品的快速引进和部署，并便于采用不同的CU-DU切分方式。当然这种灵活性也意味着在互操作方面有更多的工作要做。

• 因此，RAN3应当对eCPRI规范没有定义的部分进行研究，降低CU-DU切分架构下的互操作的难度。

• 用户面(如用户面和实时控制数据)'eCPRI消息'中的更多的细节描述，以及C&M面的细节描述应当是RAN3研究工作的一部分。