《AI時代系列(5)：掌握AI + 6G無線行動通訊網路 —— 超高速、零延遲、智慧城市全攻略 🌐》
25/100 📌 第 3 周：蜂巢式行動網路演進-小區＋頻率重用，提效又不斷線。
25. NG-RAN 🌐
gNodeB 分 CU/DU，靈活的 5G 架構！
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🎯 單元導讀
進入 5G 時代，無線接取網路（RAN）也進化為 NG-RAN（Next Generation RAN）。
4G LTE 的 eNodeB 雖然一體化簡化了架構，但在 5G 需要 超高速率、超低延遲、超大連接 的新需求下，一體化模式已顯不足。
因此，5G 的 gNodeB（gNB） 被拆分為 CU（Central Unit，中控單元） 與 DU（Distributed Unit，分布式單元），搭配 RU（Radio Unit），形成靈活可調的分層架構。
👉 一句話：NG-RAN = gNodeB 拆分為 CU/DU/RU，讓 5G 接取網更靈活、更高效。
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🧠 一、NG-RAN 的核心組成
1️⃣ gNodeB（gNB）
• 5G 的基站，對應 4G 的 eNodeB。
• 可採用 一體化模式（CU+DU 在同一設備）或 分離模式。
2️⃣ CU（Central Unit）
• 集中控制單元。
• 功能：
o 高層協定（如 PDCP）。
o 移動性管理、QoS 控制。
o 更適合集中式部署（如雲端）。
3️⃣ DU（Distributed Unit）
• 分布單元，靠近無線前端。
• 功能：
o 下層協定（如 RLC/MAC/部分PHY）。
o 時延敏感功能。
o 部署在靠近基站的位置，降低延遲。
4️⃣ RU（Radio Unit）
• 最靠近天線的單元。
• 功能：
o 射頻收發。
o 數位/類比轉換。
o 與 DU 透過 前傳接口（如 eCPRI） 連接。
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🧠 二、NG-RAN 的特色
• 分層架構：CU/DU/RU 分拆部署，靈活因應不同場景。
• 低延遲：將時延敏感功能下沉至 DU/RU。
• 雲化/虛擬化：CU 可部署在雲端，支援 vRAN / O-RAN。
• 適應多樣化需求：滿足 eMBB（高速）、URLLC（低延遲）、mMTC（大連接）。
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💻 三、ASCII 示意圖
5G NG-RAN 架構
📱 UE (手機)
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📡 RU (Radio Unit) ← 無線收發
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🖥 DU (Distributed Unit) ← 低延遲控制
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v
🖥 CU (Central Unit) ← 高層控制、雲端部署
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v
🏢 5GC (核心網)
在 5G 中，原本 LTE eNodeB 的一體化架構被拆分為 RU、DU、CU 三層：📱UE(手機) 透過 📡RU（Radio Unit，無線收發） 與網路連接，🖥DU（Distributed Unit） 下沉到邊緣，就近處理 MAC/RLC 等低層協定以確保低延遲，再由 🖥CU（Central Unit） 集中在資料中心或雲端，負責高層控制與協調多個 DU，最後接入 🏢5GC（核心網） 提供語音、資料、切片、MEC 等服務。這種分層架構同時兼顧低延遲、高彈性與易於擴展，是 5G NG-RAN 的核心特色。
👉 說明：RU 靠近天線，DU 負責時延敏感功能，CU 負責高層協調，三者組合讓 5G RAN 更靈活與高效。
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🧩 四、模擬題
1️⃣ 專業題
請解釋為什麼 5G 要將 gNodeB 拆分為 CU/DU/RU，而不是像 LTE eNodeB 一樣一體化？
• 靈活性：5G 要支援 URLLC、mMTC、eMBB 等多樣化場景，需要不同的部署模式。一體化 eNodeB 很難同時兼顧大帶寬與低延遲。
• 功能解耦：將 gNodeB 拆為 CU（Centralized Unit）、DU（Distributed Unit）、RU（Radio Unit），把控制/管理層、分組處理層與射頻層分開，可以各自升級、擴容。
• 集中化優勢：CU 可以集中在資料中心，統一控制與協調多個 DU，降低 OPEX、便於軟體定義網路與雲原生管理。
• 分布式優勢：DU/RU 下沉到靠近用戶端（邊緣），減少無線/協定處理延遲，滿足 URLLC 需求。
• 開放與多供應商：接口（F1、E1、Open Fronthaul）標準化後，可多廠商互通，降低成本、提升靈活度。
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2️⃣ 應用題
若要規劃一個 5G 智慧工廠，你會如何部署 CU、DU、RU 以確保低延遲與高可靠？
• CU 集中化：將 CU 放在工廠園區的「邊緣數據中心/控制室」，集中控制多個 DU，方便統一管理、資源調度與與企業內部網路整合。
• DU 下沉：在工廠內不同生產車間或高密度設備區設置多個 DU，就近處理 MAC/RLC 等低層協定，縮短延遲，確保 AGV、機械手臂等工業控制的毫秒級反應。
• RU 靠近終端：把 RU（射頻單元）安裝在工廠各樓層、產線上方或關鍵節點，確保無線覆蓋均勻且穩定。
• 回程網路：使用專線光纖或 TSN（時間敏感網路）連接 DU 與 CU，確保端到端可靠與低抖動。
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3️⃣ 情境題
假設電信要在高鐵沿線部署 5G 網路，你會如何利用 分布式 DU 來確保切換（handover）不中斷？
• DU 分布式部署：在沿線車站或線路旁的邊緣機房設置多個 DU，就近處理無線資源，降低切換時延。
• CU 集中控制：CU 放在區域核心機房，統一管理整段鐵路的多個 DU，提前為高速移動用戶預備鄰區資訊與資源。
• 快速 handover：利用 F1-C/F1-U 接口快速傳輸測量報告和上下文，讓 DU 間上下文無縫轉移。
• 重疊覆蓋與預測切換：調整 RU 的功率與天線傾角，擴大重疊區域，配合列車速度預測切換，降低掉話率。
• 回傳低延遲：確保 DU 與 CU 間使用光纖或高速回傳鏈路，減少 handover 控制訊息延遲。
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✅ 五、小結與啟示
• NG-RAN = 5G 的無線接取核心。
• gNodeB 拆分為 CU/DU/RU，靈活應對不同應用需求。
• 特色：低延遲、可雲化、支援多場景（eMBB/URLLC/mMTC）。
• 意義：NG-RAN 架構為 5G 大規模應用與未來 6G 的 AI 原生網路奠定基礎。
👉 一句話總結：NG-RAN 靠 CU/DU/RU 的分層設計，讓 5G 基站更聰明、更靈活，能支撐智慧時代的各種挑戰。
