读论文-基于非地面网络（NTN）的无线接入网（RAN）架构和功能拆分研究
2024年4月20日【全文总结】
本文研究了在使用LEO卫星时的RAN架构进行网络功能分割的可行性，主要关注延迟和带宽。文章讨论了不同的功能分割选项，并评估了它们在卫星通信中的性能。结果表明，在某些场景下，功能分割可以提高系统性能，但也需要考虑计算资源和延迟等因素。
【要点】
- 文章研究了在RAN架构中使用LEO卫星进行功能分割的可行性，主要关注延迟和带宽。
- 文章讨论了不同的功能分割选项，包括将部分功能放在卫星上，以减少地面基站的负担。
- 评估了这些功能分割选项在卫星通信中的性能，考虑了计算资源和延迟等因素。
- 结果表明，在某些场景下，功能分割可以提高系统性能，但也可能增加延迟和计算复杂度。
- 文章还讨论了未来研究方向，包括进一步优化功能分割策略，以及探索新的卫星通信技术。
【关键词】
#RAN架构 #LEO卫星 #功能分割
【详细内容】
这篇文章的研究方向是探索无线接入网络（RAN）架构的演变以及其与低地球轨道（LEO）卫星的集成，以应对不断增长的移动流量需求。文章主要关注RAN功能分割（FS）在LEO卫星和地面站之间的可行性，包括前传链路延迟、仰角和带宽等方面的考虑，并评估在不同场景下条件切换（CHO）过程的性能。
随着移动通信技术的不断发展，RAN架构也在不断演进。然而，数据包或请求必须经过协议栈处理，其中执行信号处理等几个功能，称为BB功能。三个标准化实体被定义为BB功能的子集，即无线电单元(RU)、分布式单元(DU)和中央单元(CU)。如下图所示：
- CU 负责高层功能，包括 PDCP 和无线资源控制 (RRC)，处理与数据传输、资源分配和控制信号相关的任务。
- DU 负责下层功能，即无线链路控制 (RLC)、介质访问控制 (MAC) 和一些物理层功能，具体取决于功能拆分 (FS) 选项。
- RU 负责射频（RF）操作，根据功能拆分可能包括一些物理层的功能。
图中也标识出了可能的功能分割点，如FS1指RRC与PDCP之间的功能分割点。同时对不同的功能分割点在前传延时/距离和处理延时方面的一些要求，如下表所示：
根据前面的分析，文中对LEO 星座的RAN架构的场景进行了划分，设计了三种功能分割场景，如下图：
三种分割场景分别是：
- 场景A：单卫星服务双小区。在一个由数百颗卫星组成的星座中，每颗卫星负责服务大量的小区，这种场景是最常见的。在这种情况下，一个卫星会同时服务于两个小区，通过地面站（GS）进行连接。
- 场景B：双卫星服务双小区，但连接到同一地面站。在这种场景中，两个小区由不同的卫星处理，但这两个卫星都连接到同一个地面站。这种情况通常出现在两个卫星覆盖区域的交界处。
- 场景C：双卫星服务双小区，且每个小区有自己的地面站。在这种场景中，每个小区都有自己的地面站，并且两个地面站之间有一个共享的接入和移动性功能（AMF）。这种情况相对较少，但可能发生在同一地面站覆盖的两个区域的交界处，例如两个国家的边界处。需要注意的是，无论采用哪种分割方式，每个小区都会有一个完整的gNB，其最高层要么在卫星上，要么在地面站上，但绝不会在共同的网络节点上。
而后，文章对三种场景的性能进行了评估。
本文分析了不同功能分割的可行性，并指出严格的前传延迟对RAN功能分割的可行性构成了限制。同时，LEO卫星仰角对可行性具有更大的影响。为了缓解这个问题，本文探索了一些解决方案，如放松或禁用某些功能（如HARQ和CSI报告），以适应LTE规范到传统的NR NTN，从而使底层功能分割可行。然而，底层功能分割受到严格的分离距离约束，并在移动切换过程中经历延长的延迟，这可能对用户数据传输中断和控制交通量产生显著影响。另一方面，较高层的分割，特别是涉及在卫星上安装完整gNB的分割，具有更宽松的带宽和延迟约束，能够覆盖更远的区域，但增加了CPU和有效载荷的复杂性。
原文链接
读过这篇文献后做了一些思考和总结，邀你一起阅读 《2404.09186 Feasibility Study of Function Splits in RAN Architectures with LEO Satellites》 (请在浏览器中打开此链接)
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