我國當前5G O-RAN小基站的落地情況與發(fā)展方向分析

O-RAN產(chǎn)業(yè)界最近動作不斷，2019年11月9日，中國移動、中國電信、中國聯(lián)通攜手成立開放無線網(wǎng)絡（O-RAN）測試與集成中心（OTIC）。2019年11月中旬，沃達豐宣布了一項覆蓋歐洲14個國家、超過10萬個站點和4億人口的OpenRAN招標計劃。而在2019年12月初，O-RAN聯(lián)盟聯(lián)合Linux基金會又發(fā)布了O-RAN開源社區(qū)的第一個版本Amber。

這一系列動作無疑加速了O-RAN產(chǎn)業(yè)商用落地的進程。為探究這些動作對O-RAN小基站產(chǎn)業(yè)的影響，首先需要剖析小基站在4G時代推廣受困的原因，進而探討5G新需求下的小基站特點，再根據(jù)O-RAN的推進策略分析其對小基站帶來的影響，最后總結當前5G O-RAN小基站的落地挑戰(zhàn)和后續(xù)研發(fā)方向。

4G到5G，小基站迎來發(fā)展高峰

回顧4G時代小基站的發(fā)展和應用歷史，可以總結出4G小基站并未大規(guī)模應用的幾個主要因素。

首先，4G小基站沒有把握好商用需求的節(jié)奏，能力規(guī)劃單一、缺少靈活性，限制了小基站的應用場景。在4G網(wǎng)絡建設初期，網(wǎng)絡建設以宏基站為主，室內(nèi)覆蓋多采用DAS或者宏基站穿透覆蓋的方法，有源拉遠式小基站或一體化小基站僅作為補盲站小批量應用。而在4G建設的中后期，網(wǎng)絡容量需求上升，4G小基站（擴展型皮基站）受限于單小區(qū)容量的限制和單頻點的設計限制，不能很好地滿足容量覆蓋的需求。

其次，小基站缺少統(tǒng)一管理能力，運維能力跟不上。由于4G小基站廠商數(shù)量多，設備能力良莠不齊，缺少統(tǒng)一管理配置能力，造成不同廠商的協(xié)同配置存在困難，增加了運維監(jiān)管的難度。例如，不同廠商間小區(qū)切換參數(shù)配置不合理，造成切換成功率等KPI指標惡化。

最后，小基站過低的價格競爭降低了整體競爭力，壓縮廠商研發(fā)投入，也在一定程度上降低了設備的可靠性。

雖然傳統(tǒng)4G小基站存在一定的問題，但通過現(xiàn)網(wǎng)多省的調研，依然存在大量的中等價值場景（覆蓋面積中等、人流密集度不大，如咖啡廳、健身房、餐廳、地下車庫等）有著非常明確的小基站覆蓋需求。尤其是5G重點拓展廣闊的垂直行業(yè)市場及龐大的家庭市場，對小基站提出了廣泛的需求。通過總結過往經(jīng)驗，5G小基站規(guī)劃既需要考慮低成本目標，又需要兼顧設備空口能力靈活性、可靠性，與邊緣應用的結合以及網(wǎng)絡管理能力的提升。

5G網(wǎng)絡建設的核心在于服務大眾、融入百業(yè)，支持國民經(jīng)濟高速發(fā)展對于信息通信系統(tǒng)的需求，相較于4G在多個方面的技術需求都不盡相同。首先，5G網(wǎng)絡需要滿足垂直行業(yè)的需求，對空口能力的要求不同，連接可靠性、延遲需求、連接密度、上下行帶寬需求都需要基站設備有針對性地空口能力定制研發(fā)；其次，5G小基站設備需要考慮端到端的NFV云化設計需求，以支持UPF下沉和MEC業(yè)務共部署的場景；最后，在公網(wǎng)覆蓋方面，5G小基站不僅要支持中等價值室內(nèi)覆蓋場景，也需要進一步拓展支持家庭級覆蓋場景，與家庭寬帶及智慧家庭融合發(fā)展，其安全性高、無縫移動、業(yè)務感知有保障等諸多優(yōu)勢將會促成5G家庭室內(nèi)覆蓋需求進一步上升。這些差異化需求對5G小基站既是機遇，也是挑戰(zhàn)。

O-RAN助力5G小基站繁榮

O-RAN開放架構的核心本質是將無線主設備切割成標準的軟硬件模塊，通過獨立研發(fā)和規(guī)模效應實現(xiàn)每一個子系統(tǒng)的低成本生產(chǎn)及靈活選擇，最后通過集成商統(tǒng)一集成各個子系統(tǒng)，并面向運營商提供交付、運維、支撐等服務，最終構建安全、可靠的無線網(wǎng)絡。

O-RAN開放架構首先會應用到小基站場景，相較于宏基站，小基站設備的復雜度低，對無線空口能力的要求也相對簡單，這降低了小基站架構開放的難度。O-RAN聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)布了多項技術規(guī)范，通過對5G小基站應用場景的分析，優(yōu)選引用前傳接口規(guī)范和硬件加速器接口API規(guī)范，推動實現(xiàn)RRU/BBU間前傳解耦、BBU側的軟硬件解耦，并引入了統(tǒng)一的網(wǎng)管OMC軟件。這將會從5個方面影響小基站的規(guī)模應用。

第一，降低小基站設備的綜合成本。小基站統(tǒng)一硬件平臺后的大批量生產(chǎn)直接降低了硬件采購成本，將促進垂直行業(yè)及家庭的大規(guī)模應用，相較于傳統(tǒng)專網(wǎng)設備的高價格，這將降低行業(yè)整體成本。

第二，硬件可靠性大幅上升。O-RAN聯(lián)盟在制訂開放接口標準的同時，也啟動了OTIC開放測試與集成中心等測試組織，通過制定并執(zhí)行高標準要求的測試規(guī)范，尤其對硬件子系統(tǒng)在接口一致性、硬件功能/性能、可靠性等方面進行嚴格的測試，可保障硬件的整體能力，從硬件基礎上保障了系統(tǒng)集成后的整體指標。

第三，軟件功能靈活多樣。在硬件追求統(tǒng)一的基礎上，軟硬件解耦給了上層協(xié)議棧軟件更加靈活的配置選擇，給邊緣應用提供了靈活可擴展的統(tǒng)一平臺，可以針對不同應用場景對于空口能力的差異化要求，定制化研發(fā)無線資源調度算法和物理層處理算法，實現(xiàn)按需提供差異化空口服務，提供靈活多樣的邊緣應用，為2B業(yè)務/家庭業(yè)務等創(chuàng)造基礎網(wǎng)絡條件。

第四，統(tǒng)一OMC管理能力。統(tǒng)一OMC管理能力可避免小基站廠商間設備配置差異造成的無線協(xié)同困難，其核心是增強運營商對配置管理的掌控，而統(tǒng)一南向接口后，通過運營商自研OMC或統(tǒng)一采購OMC軟件，實現(xiàn)統(tǒng)一網(wǎng)絡配置和監(jiān)管，可大幅降低O-RAN小基站的入網(wǎng)難度。

第五，增強產(chǎn)業(yè)整體競爭力。分割為多個子系統(tǒng)后的O-RAN小基站設備將會形成術業(yè)專攻的局面，在硬件方面，將會凸顯硬件器件的研發(fā)能力和供應鏈管理能力，打破以往局限在少數(shù)廠商手中的芯片設計研發(fā)壟斷；在軟件方面，軟件供應商將會專注于算法研發(fā)和優(yōu)化。

而傳統(tǒng)集成商將會轉型，其將聚焦在整體解決方案的選型搭配以及現(xiàn)網(wǎng)交付、支撐等綜合能力上，特別是在成本控制上。由于O-RAN開放架構是從硬件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)通過增強供應鏈管理降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本，因此留給系統(tǒng)集成商的利潤空間不降反增，有力地保護了小基站集成商的研發(fā)投入。在面向垂直行業(yè)的碎片化需求時，新興的跨界集成商利用自身已有的行業(yè)能力，轉型成為新型集成商，快速切入垂直行業(yè)領域，促成繁榮的5G產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

O-RAN開放架構帶來的5方面技術優(yōu)勢，既解決了4G時代小基站推廣落地的困難，也滿足了5G應用場景的新增需求，在靈活性和低成本方面具有較大優(yōu)勢。

但目前O-RAN產(chǎn)業(yè)的推進仍存在問題和挑戰(zhàn)。首先，開放計算平臺單一，目前可以選擇的成熟開放架構計算平臺只有x86，以ARM或其它CPU為核心的計算平臺還存在計算能力短板，且成熟度不足以支持基站的設計和研發(fā)。其次，加速器芯片選型單一，產(chǎn)業(yè)大多選擇FPGA為基礎加速器芯片，從功耗和綜合成本上，相較于ASIC和SoC還有比較大的差距。再次，小基站覆蓋場景單一，目前整體方案均以傳統(tǒng)室分為主要場景，而街道站型、室外熱點覆蓋、垂直行業(yè)及家庭覆蓋場景等都需要在后續(xù)的O-RAN產(chǎn)業(yè)推進中進一步考慮。最后，小基站軟硬件功能切分的方案單一，大多數(shù)產(chǎn)業(yè)公司均以FlexRAN的參考設計為原型設計小基站系統(tǒng)，遵從最簡功能卸載思路，但在功耗和靈活性的平衡上，還需要隨著O-RAN的推廣應用不斷修正。

通過O-RAN產(chǎn)業(yè)界的不懈努力，相信可以克服挑戰(zhàn)，迎來小基站產(chǎn)業(yè)的繁榮與多樣化，助力實現(xiàn)“5G改變社會”的美好愿景。
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