Was ist die Schnittstelle zwischen CU und DU?

Im Kontext von 5G wird die Schnittstelle zwischen der Central Unit (CU) und der Distributed Unit (DU) als F1-Schnittstelle bezeichnet. Die F1-Schnittstelle spielt eine entscheidende Rolle bei der Kommunikation und Koordination zwischen diesen beiden Schlüsselkomponenten des 5G Radio Access Network (RAN). CU und DU bilden zusammen den gNodeB (gNB), der für die Funkkommunikation mit User Equipment (UE) und die Verwaltung von Funkressourcen verantwortlich ist. Hier ist eine detaillierte Erklärung der F1-Schnittstelle zwischen CU und DU:

1. CU- und DU-Übersicht:
   • Die Central Unit (CU) und die Distributed Unit (DU) sind Komponenten des gNodeB in der 5G-Netzwerkarchitektur.
   • Die CU ist für übergeordnete Funktionen wie Funkressourcenmanagement, Planung und Verbindungsmobilitätsabwicklung verantwortlich.
   • Der DU hingegen ist für Funktionen auf niedrigerer Ebene verantwortlich, einschließlich Funkübertragung und -empfang, Wellenformverarbeitung und Strahlformung.
2. F1-Schnittstellenfunktionalität:
   • Die F1-Schnittstelle erleichtert die Kommunikation und Koordination zwischen CU und DU, um einen effizienten und synchronisierten Betrieb des gNodeB sicherzustellen.
3. Geteilte Architektur:
   • Die CU-DU-Architektur in 5G folgt einem geteilten Architekturmodell, bei dem die Funktionen der höheren Schichten in der CU zentralisiert sind, während die Funktionen der unteren Schichten auf mehrere DUs verteilt sind. Diese Aufteilung ermöglicht Skalierbarkeit, Flexibilität und effiziente Ressourcennutzung.
4. Aufteilung zwischen Steuerebene und Benutzerebene:
   • Die F1-Schnittstelle unterstützt die Trennung der Steuerebenen- und Benutzerebenenfunktionen zwischen CU und DU. Die Kontrollebene übernimmt Signalisierungs- und Verwaltungsfunktionen, während die Benutzerebene sich um die eigentliche Benutzerdatenübertragung kümmert.
5. Protokollstapel:
   • Die F1-Schnittstelle verwendet einen Protokollstapel für die Kommunikation zwischen CU und DU. Der Protokollstapel umfasst verschiedene Protokolle für die Signalisierung auf der Steuerebene, die Datenübertragung auf der Benutzerebene und die Synchronisierung.
6. CU-DU-Protokollstapelschichten:
   • Der Protokollstapel für die F1-Schnittstelle umfasst Schichten wie:
     • PHY (Physical Layer): Verwaltet die physische Übertragung von Signalen über die Luftschnittstelle.
     • MAC (Medium Access Control): Steuert den Zugriff auf die gemeinsam genutzten Funkressourcen und übernimmt die Planung.
     • RLC (Radio Link Control): Verwaltet die Segmentierung und Neuzusammensetzung von Datenpaketen.
     • PDCP (Packet Data Convergence Protocol): Verwaltet die Komprimierung und Dekomprimierung von Datenpaketen.
     • RRC (Radio Resource Control): Verwaltet Funkressourcen und steuert die Signalisierung.
7. Funktionen der F1-Schnittstelle:
   • Synchronisation: Die F1-Schnittstelle unterstützt Synchronisationsmechanismen, um sicherzustellen, dass CU und DU hinsichtlich Timing und Frequenz aufeinander abgestimmt sind. Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Integrität der Kommunikationsverbindung.
   • Koordination: Die F1-Schnittstelle ermöglicht es der CU und dem DU, verschiedene Funktionen wie Übergaben, Strahlformung und Funkressourcenmanagement zu koordinieren, um optimale Leistung und Dienstqualität bereitzustellen.
   • Dynamische Ressourcenzuweisung: Die F1-Schnittstelle ermöglicht die dynamische Zuweisung von Funkressourcen basierend auf den Anforderungen und Bedingungen des Netzwerks und gewährleistet so eine effiziente Nutzung der verfügbaren Ressourcen.
   • Mobilitätsmanagement: Die F1-Schnittstelle erleichtert Mobilitätsmanagementfunktionen und ermöglicht es dem gNodeB, UE-Bewegungen über Zellen hinweg abzuwickeln und Übergaben nahtlos zu verwalten.
8. Interoperabilität und Herstellerneutralität:
   • Die Standardisierung der F1-Schnittstelle fördert die Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Anbieter. Dies ermöglicht Netzwerkbetreibern die Bereitstellung von Lösungen mehrerer Anbieter und fördert so ein vielfältigeres und wettbewerbsfähigeres Ökosystem.
9. Skalierbarkeit und Flexibilität:
   • Das Design der F1-Schnittstelle ermöglicht Skalierbarkeit, da die Anzahl der DUs erhöht werden kann, um den Anforderungen eines wachsenden Netzwerks gerecht zu werden. Es bietet außerdem Flexibilität hinsichtlich der Bereitstellungsoptionen und der Ressourcenzuweisung.
10. F1-C und F1-U Split:
    • Die F1-Schnittstelle unterstützt außerdem eine Aufteilung zwischen den Funktionen F1-C (Kontrollebene) und F1-U (Benutzerebene). Diese Aufteilung erhöht die Flexibilität und ermöglicht eine optimierte Ressourcenzuweisung basierend auf den spezifischen Anforderungen der Steuerung und des Benutzerebenenverkehrs.

Zusammenfassend ist die F1-Schnittstelle zwischen der Central Unit (CU) und der Distributed Unit (DU) in 5G ein entscheidendes Element, das die Kommunikation, Koordination und den effizienten Betrieb des gNodeB ermöglicht. Es unterstützt die Split-Architektur, trennt Steuerungs- und Benutzerebenenfunktionen, nutzt einen Protokollstapel und erleichtert die Synchronisierung, Koordination und dynamische Ressourcenzuweisung zwischen den CU- und DU-Komponenten.