5G中的SDR和SDN是什么？ _5G

随着 5G 时代的到来，无线通信将迎来新的变化，5G 的三大典型应用场景包括海量机器类通信 (mMTC)、超可靠低延迟通信 (URLLC) 和增强型移动宽带 (eMBB) 。此外，5G 还将提供跨多技术网络的融合网络通信，以及与卫星、蜂窝网络、云、数据中心和家庭网关联合的开放通信系统。
5G网络架构
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）。

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图 1：5G 网络的三个组成部分

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。

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图 2：O-RAN

软件无线电 (SDR)

软件定义无线电（SDR）是由模拟无线电前端 (RFE)、基于 FPGA 的数字单元和混合信号接口组成的无线电系统。RFE 负责接收和发送 RF 信号的模拟部分，由 DAC/ADC 接口离散化。RFE 是电路的重要组成部分，它定义了信号范围、通道数和带宽。市场上性能最高的 RFE 可实现 3 GHz 的瞬时带宽，使用多达 16 个独立通道。

SDR 的核心是一个配置有 DSP 功能的 FPGA：调制/解调、上/下变频和数据分组。FPGA 是完全可重构的数字逻辑矩阵，因此同一系统可以支持多种处理算法、最先进的协议、甚至在不改变硬件的情况下实现人工智能。SDR 提供低延迟、灵活性、高互操作性和大规模 MIMO 功能（对于波束赋形和空间复用非常有用）。

在 5G 架构中，RRU 和BBU都可以包含一个或多个 SDR 单元。例如，在 gNB 5G BBU 中，通过eCPRI光纤实现与RRU的连接。在这些情况下，SDR 必须同时包含 eCPRI 和千兆以太网 (GBE) 端口，以及处理 MIMO 天线的能力。另一方面，RRU SDR 需要符合应用的频率范围，它可以属于 FR1 或 FR2 类别（FR1 (Frequency Range 1)的频段范围为600 ~ 6000mhz, FR2 (Frequency Range 2)的频段范围为24.25 ~ 52.6 GHz）。与 FR1 相比，FR2 频段适用于更短距离/更高带宽的应用。必须选择并配置 RRU SDR ，使其工作在所需的频谱范围内。