《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 🌐》
35/100 📌 第 4 周：無線接取網 RAN - 基地台＋無線鏈路，連接用戶與核心網。
35. NG-RAN 🌐
gNodeB 分 CU/DU，靈活的 5G 架構！
________________________________________
🎯 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。
________________________________________
🧠 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。
________________________________________
🧠 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）。
________________________________________
💻 三、ASCII 示意圖
5G NG-RAN 架構
📱 UE (手機)
|
v
📡 RU (Radio Unit) ← 無線收發
|
v
🖥 DU (Distributed Unit) ← 低延遲控制
|
v
🖥 CU (Central Unit) ← 高層控制、雲端部署
|
v
🏢 5GC (核心網)
這張示意圖展示的是 5G 網路中基地台的分層架構，也稱為 gNB 的功能拆分。使用者設備（UE）透過無線收發單元（RU）進行訊號傳輸，RU 負責射頻處理與天線端收發，再將訊號傳送給分佈式單元（DU），由 DU 執行即時性高的控制與資料排程，以降低延遲。接著，中央單元（CU）負責高層協議與網路控制，通常部署於雲端資料中心，集中管理多個 DU。最後，所有資料與控制流量進入 5G 核心網（5GC），完成網際網路或語音等服務的連接，形成高效、雲端化、低延遲的 5G 網路架構。
👉 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。
________________________________________
🧩 四、模擬題
1️⃣ 專業題：為什麼 5G 要將 gNodeB 拆分為 CU / DU / RU？
5G 將 gNodeB 拆分為 CU（Central Unit）、DU（Distributed Unit）、RU（Radio Unit），是為了達到 靈活部署、雲端化管理與低延遲通訊 的目標。
在 LTE 時代，eNodeB 為一體化設計，所有控制與無線處理功能集中於單一節點，導致系統擴充性與維運效率受限。
5G 採用功能模組化後：
• RU 負責射頻與基頻前端（Layer 1，下層 PHY），可放在天線端，縮短訊號傳輸距離。
• DU 處理實時性任務（MAC/RLC 層），部署於邊緣（Edge），確保毫秒級低延遲。
• CU 處理高層控制（PDCP/RRC），可集中於資料中心或雲端，便於統一管理與 AI 優化。
👉 結論：
拆分設計能提升網路靈活性、降低運維成本、支援多 DU 協作與雲原生（Cloud-native）架構，是 5G 相較 4G 的關鍵演進。
________________________________________
2️⃣ 應用題：5G 智慧工廠的 CU / DU / RU 部署方式
在智慧工廠場景中，5G 需同時滿足 低延遲控制（<1ms） 與 高可靠傳輸（>99.999%）。
典型部署策略如下：
• RU（Radio Unit）：安裝於廠區內各生產線、機械臂或 AGV（自動導引車）附近，確保無線覆蓋無死角。
• DU（Distributed Unit）：部署於廠區內的邊緣伺服器（MEC），負責即時資料排程與控制邏輯，減少傳輸延遲。
• CU（Central Unit）：集中於企業私有雲或資料中心，負責整體網路管理、切片調度與 AI 分析。
👉 優點：
此部署方式能實現「現場即時控制 + 雲端智慧調度」，達到智慧製造的高效、安全與穩定連線。
________________________________________
3️⃣ 情境題：高鐵沿線如何利用分布式 DU 確保 handover 不中斷？
在高鐵時速超過 300 km/h 的情況下，用戶切換（handover）頻繁，是 5G 網路的重大挑戰。
為確保不中斷通訊，可採以下策略：
1. 分布式 DU 部署：在沿線每隔數公里設置 DU，讓每個 DU 管理多個 RU，形成區域性小區群。
2. CU 集中控制：CU 集中於雲端，統一協調各 DU 的 handover，縮短信令交換延遲。
3. Xn 介面快速切換：DU 間透過高速光纖與低延遲骨幹網連接，使用 Xn-based handover，減少核心網參與。
4. 預測式切換：利用 AI/ML 根據列車位置預測下個 DU 的接入時機，提前完成連線準備。
👉 結果：
此架構可讓高鐵乘客在車上無縫使用影音與通訊服務，達到「高速移動不中斷、低延遲穩定連線」的 5G 體驗。
________________________________________
✅ 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。
