【日常干货】探讨3GPP关于5G新空口中CU/DU低层功能切分问题

3GPP关于5G新空口中CU/DU低层功能切分的讨论过程和进展(3)

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.    RAN #75全会(2017/3)对低层切分的决议

2017/3的RAN#75全会结论如下(详见TR38.801 v2.0.0)。

RAN架构的低层分割的研究工作没有完成，需要延后进行。

需要进一步对低层分割方案、可行性、切分方式选择等进行评估，并且进入规范阶段之前，需要基于NR进行技术优势的对比分析。

研究阶段(SI)的讨论结果表明，选项6和7更受赞成。

2.    搁置期：RAN3 #95bis(2017/4)/ RAN3#96(2017/5)

RAN3 #95bis(2017/4)搁置，未讨论。

RAN 3#96(2017/5)搁置，未讨论。

3.    RAN #76全会(2017/6)启动低层切分讨论工作

RAN #76上，L1底层切分工作重新启动讨论。

3.1     RP-171176/RP-171487Status report of Study on CU-DUlower layer split for New Radio; rapporteur: NTT DOCOMO, INC.

Docomo作为RAN3底层切分工作的报告起草人，在RAN #76会上提交了RP-171176(后修正为RP-171487)，对L1低层切分的现状和与其进行了说明。

RAN #75上的RP-170818对SI阶段的L1低层切分有基本结论，目前总体进展为0%，预期2017年12月的RAN #78会议上100%完工。

其目标是：

基于NR确定CU和DU的功能及其分布方式。

明确评估要素，并对各选项进行评估，选出合适的CU/DU低层切分方式，便于进一步研究讨论。

对CU-DU低层切分接口标准化的可行性进行分析，并形成最终结论。

4.    RAN3 NR#2 (2017/6)建议重启CU/DU底层切分的讨论

RAN3 NR#2会议上提议，依据RAN#75当初的结论，建议在RAN3#97-bis启动低层切分的讨论。

4.1 R3-172579  Work plan for CU-DU LLS SI，Docomo

Docomo作为SI的报告起草人，提交了此底层切分(LLS)的工作计划。

总体工作计划为：

上述工作计划分析说明如下：

RAN3要想进行低层切分方面的研究工作，首先得有一个NR L1处理流程作基准。

提议RAN3首先在6月份的NR Adhoc会议上针对数据信道设计一个L1的处理流程图，然后在8月份的RAN3#97会议上再考虑其它信令和信道(如SS、RS、SRS、PRACH、PDCCH和PUCCH等)。

同样，RAN3也在6月份的NR Adhoc会议上首先对不同选项下数据信道相关的CU和DU功能和分布进行定义，然后8月份再考虑其他信令和信道。

提议RAN3在7月份和8月份与RAN1联系，询问它们对L1流程的看法和反馈。

RAN3首先内部进行讨论，然后再联络RAN1的考虑是因为12月份的完成时间很紧张，而RAN1在这方面的工作量不大。

首先考虑数据信道的原因是它对前传带宽和性能的影响较大，另外，由于R14 SI阶段对数据信道已经进行过一些讨论，所以后续讨论工作相对容易些。

需要注意的是，虽然RAN#76同意RAN1在SI方面的工作直到8月份会议后才开始，但是RAN3早点提交联络函(LS)给RAN1，也有助于它们尽早开始考虑核讨论。

同时，提议RAN3在6月份的NR Adhoc会议上开始讨论相关的性能评估准则，并从RAN3 #97开始，采用此准则对不同选项进行分析和评估，直到RAN3 #98为止，以便对切分选项进行选择。

最后，RAN3还需要讨论CU和DU底层切分时前传接口的可行性，建议从10月份的RAN3 #97bis开始。

4.2   R3-172287  Further details on option 7  (Intel)

Intel认为，TR38.801中对物理层的3种切分方式太过笼统，细节方面有缺失。结合TR38.801和TR38.802以及其他一些讨论文稿，L1的基本功能块可以采用下图来描述。

NR讨论阶段，引入了模拟波束赋形的概念，而波束赋形正是NR与LTE不同的地方。因此，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，需要和RAN1进行讨论和明确，但目前理解为需要进一步研究(FFS)。

上行方向上，PRACH子载波间隔与数据符号是不同的，因此需要在相关(correlation)之前对PRACH进行过滤(filter)。所以，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。

因此，新的L1流程图如下：

同时，针对TR38.801的描述，有以下几个观察点：

选项7-1中PRACH过滤描述不清楚。

选项7-2中预过滤功能定义不清楚。

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。

提议如下：

提议以TR38.801低层切分内容为基准进行讨论。

提议在L1模型中增加SRS和模拟波束赋形相关内容。

提议对PRACH过滤进行以下定义：PRACH滤除包括3个功能块，即天线数据合并或选择、CP去除、decimation滤波器+较小的FFT或者大的FFT+PRACH子载波选择。

提议采用上述的预滤波(Pre-filtering)描述。

4.3   R3-172288  TP for further details on option 7 (Intel)

RAN3-172287中讨论结论在TR38.801中的修改建议，内容请参考R3-172288。

4.4   R3-172580  NR L1 processing block diagram (NTT Docomo)

R14 NR SI阶段，L1低层切分是基于LTE来讨论的，即采用下图进行选项6和7的讨论和分析工作。

进一步研究底层切分时，需要采用NR的L1来进行。对于NR，其区别于LTE的最主要一点就是波束赋形，因此需要在L1模型中增加波束赋形相关功能模块。

RAN1曾经讨论过模拟/数字/混合波束赋形，因此RAN3研究中也需要涵盖这些内容。下图为可能的NR L1处理流程图，其中变化部分采用高亮来标定。

由于波束赋形方式与频段有关，因此上图中左右分别表示6GHz以下频段和28GHz频段。6GHz以下采用数字波束赋形(上左)，28GHz则采用模拟波束赋形(上右)。

对于数字波束赋形，引入预编码和数字波束赋形的2级分布式赋形的目的是便于硬件实现。比如，采用2步赋形，可以同时采用不同的赋形算法，如基于码本的预编码和基于互易性的数字BF。

需要考虑的另一点是数字BF的位置。图中，数字BF位于RE(去)影射和IFFT/FFT功能模块之间，以便提供扩展性和灵活性。例如，流数不会影响数字BF输出的流数，且支持不同的MIMO算法(MU-MIMO或SU-MIMO)时，不会影响到数字BF功能。(the number of streams does not affect to the number of streamsoutput by Digital BF and various MIMO schemes (e.g., MU-MIMO SU-MIMO) can besupported without impact on the Digital BF function. )

虽然这个图需要由RAN1进行确认，但是RAN3需要以此为基准进行讨论，并将此图发送给RAN1，等待RAN1的反馈。

如果上图予以通过，则可以考虑另外的选项。在RE影射之后增加数字BF功能后，在RE(去)影射和数字BF之间存在一个可能的切分点。在此进行切分，前传宽度仍依赖于流数(而不是TRX数)，而下行预编码和上行信道估算/预滤波功能位于CU中。这样，预编码输入的流数和输出的流数相同，此切分点上的波束的流数就只是MIMO层流的数目(the number of streams to be input and output ofPrecoding is same, the number beam streams at this split point will just be thenumber of MIMO layer streams.)，因此，它可看作是7-2的变形，因此命名为7-2a。

4.5   R3-172582  Draft LS on NR L1 processing diagram   (NTT Docomo)

RAN3已经重新启动了CU-DU底层功能分离的分析工作，这是R14 NR SI的延续。基于R14的讨论结果，RAN3目前在考虑选项6(MAC-PHY)和选项7(物理层内部)。由于R14是基于LTE L1进行的，因此RAN3需要将此选项影射到NR L1。

在RAN3#NRAH2会议上，RAN3讨论认为，可以采用如下的NR L1处理流程图作为研究基准。RAN3希望RAN1检查此图并提供反馈，看RAN3假设的基准图是否与RAN1讨论相一致。

4.6   R3-172583  Evaluation criteria for lower layer split 

提案参与者是：NTTDOCOMO INC., Deutsche Telekom, KT Corp., SK Telecom。

建议从以下几方面对低层切分进行评估：

前传带宽：所需带宽(Gbps)是否随着层/流/天线/话务而变化。

性能：多小区/频率协调、上行先进接收机。

前传接口复杂性：复杂性以及多厂家互操作性。

DU的影响：DU复杂度、未来的验证性(proofness)。

4.7   R3-172585  Evaluation criteria for LLS             (NTT Docomo)

对R3-172583的图表描述。

4.8   R3-172400  CU-DU Lower Layer Split: down selection fromOption 6 and 7 (NEC)

NEC参照之前的CMCC和Docomo的提案，采用NR参数进行了前传带宽计算。

-R3-161813,Transport requirement for CU&DU functional splits options, CMCC.

- R3-162102,CU-DU split: Refinement for Annex A (Transport network and RAN internalfunctional split), NTT DOCOMO.

所采用的NR基本参数为：

采用与LTE相类比的方式进行计算，计算结果摘录如下：

4.9   R3-172402  Evaluation criteria for CU-DU low layer split  (CMCC)

CMCC提议从以下几个方面进行性能评估。