無線通信行業(yè)為何需要O-RAN？O-RAN正在改變5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

開放式無線電接入網(wǎng)絡(luò)（O-RAN）支持RAN的轉(zhuǎn)換和虛擬化，以實現(xiàn)5G。它給網(wǎng)絡(luò)運營商帶來了巨大的機遇，同時也給測試工程師帶來了新的挑戰(zhàn)。在無線工程師的心中，有很多關(guān)于O-RAN的問題。本文將解釋無線通信行業(yè)為何需要O-RAN，其工作方式以及面臨的挑戰(zhàn)。

什么是O-RAN？

首先，讓我們定義O-RAN。它本身不是一項技術(shù)，而是由五家全球運營商于2018年2月組成的運營商領(lǐng)導的聯(lián)盟，希望從物理專用硬件過渡到基于虛擬云的軟件實現(xiàn)。通過指定分立的組件和標準化的接口，該聯(lián)盟可以托管在白盒硬件上，并為運營商與眾多供應(yīng)商合作打開了大門。

他們可以直接與RF合同制造商，專門從事圖形處理單元（GPU）和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的公司甚至虛擬云基礎(chǔ)架構(gòu)提供商合作。借助O-RAN，運營商可以混合和匹配組件，并與專家合作以創(chuàng)建獨特的解決方案。

圖1該組織由九個小組組成，每個小組專注于系統(tǒng)的特定區(qū)域。資料來源：O-RAN聯(lián)盟

O-RAN聯(lián)盟提供RAN組件之間的規(guī)范，參考體系結(jié)構(gòu)和接口，這些組件包括無線電單元（O-RU），分布式單元（O-DU）和集中式單元（O-CU）。在過去兩年中，會員人數(shù)大大增加。該聯(lián)盟現(xiàn)在包括24個移動網(wǎng)絡(luò)運營商和148個其他參與者，從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商（NEM）和芯片組制造商到制造堆棧和無線電元件的公司。您可以在組織的網(wǎng)站上查看成員列表。

5G需要O-RAN

既然我們已經(jīng)定義了O-RAN，那么讓我們更深入地研究行業(yè)為何需要它。答案很簡單：5G將帶來更多數(shù)據(jù)，這將對RAN基礎(chǔ)架構(gòu)的前傳部分提出重大要求。

在4G LTE中，集中式基帶單元（BBU）通過公共公共無線電接口（CPRI）連接到遠程無線電頭（RRH）。由于總帶寬需求和很少的天線，BBU和RRH之間的數(shù)據(jù)速率足夠了。但是，在5G中，需要往返傳輸更多的數(shù)據(jù)。使用大規(guī)模多輸入/多輸出（MIMO）來提高吞吐量意味著更高的帶寬和更多的天線端口。

已經(jīng)出現(xiàn)了兩種解決方案來應(yīng)對5G的前途挑戰(zhàn)：高級別拆分（HLS）和低級別拆分（LLS）。O-RAN涉及HLS和LLS，并且接口是標準化的。運營商可以為CU，DU或RU使用不同的供應(yīng)商。這些組件具有更高的互操作性，并且協(xié)議明確定義。

圖2此圖形表示顯示了RAN基礎(chǔ)架構(gòu)向O-RAN的演進。資料來源：是德科技

盡管如此，5G仍將在前途帶動帶寬爆炸。LTE信道通常僅具有10或20MHz的帶寬。BBU和RRH之間的CPRI表示線速范圍為600到10 Mbps，具體取決于帶寬和MIMO通道的數(shù)量。單個10 MHz帶寬通道可轉(zhuǎn)換為614 Mbps的線速，八個10 MHz通道意味著約5 Gbps，而10個20 MHz通道則略高于10 Gbps。CPRI可以輕松滿足這些要求，這就是為什么該接口在LTE網(wǎng)絡(luò)中的BBU和RRH之間很重要的原因。

5G的情況截然不同。在許多情況下，帶寬增加到100 MHz或更高，并且天線的數(shù)量增加到8個，這意味著RU和BU之間的線速在28 Gbps范圍內(nèi)。更大的帶寬（例如500 MHz）意味著超過140 Gbps。在這樣的帶寬下，大規(guī)模MIMO將線路速率提高到2 Tbps，這在CPRI上根本站不住腳。功能劃分解決了這一挑戰(zhàn)。

功能拆分的工作方式

功能拆分如何在實踐中解決此問題？通常，基于在兩個之間來回傳輸分組的極低等待時間要求，RU與DU之間的距離約為10 km。增強的CPRI（eCPRI）接口通過將所有物理層功能移至RU來降低帶寬需求。

圖3此圖顯示了5G RAN功能拆分的工作方式。資料來源：是德科技

但是，RU的復雜性急劇增加。選項8是拆分選項，它通過將所有物理層（PHY）功能放入DU中而僅將天線保持在邊緣，從而提供了一種替代方法。這就像具有通過CPRI接口進行連接的LTE架構(gòu)一樣。

如前所述，帶寬要求隨著5G的增加而顯著增加。即使在DU和RU之間需要200或300 Gb傳輸?shù)恼Ｇ闆r下也是無法實現(xiàn)的。這就是Option 7.2的用處。此拆分選項可在DU和RU之間提供最佳的拆分。PHY分為低PHY和高PHY。低PHY留在RU中，高PHY留在DU中。結(jié)果，對于具有某些MIMO功能的100 MHz帶寬，前傳接口上所需的帶寬約為20 Gb。

從DU移至CU通常意味著上層拆分或HLS（選項2）。處理器密集型功能移至CU，而堆棧的其余部分（如媒體訪問控制（MAC）和無線電鏈路控制（RLC）） ）層以及高PHY保留在DU中。您可以使用DU和CU之間的接口在控制級別進行拆分。DU和CU之間的數(shù)據(jù)要求約為100 Gb，并且毫秒級范圍內(nèi)的延遲要求略高。CU和DU之間的距離要求約為80 km。

其他實施挑戰(zhàn)

讓我們不要忘記回程接口，在非獨立（NSA）部署的情況下，CU到4G網(wǎng)絡(luò)的連接點，在獨立（SA）實施中的5G核心網(wǎng)絡(luò)。該接口的距離要求更高（約200 km），而等待時間則不那么嚴格（40 ms）。

從測試的角度來看，這一切意味著什么？簡而言之，這意味著隨著O-RAN從規(guī)范過渡到實施和部署，互操作性將是一個巨大的挑戰(zhàn)。這些組件不僅需要互操作，而且還符合規(guī)范。性能也將是控制O-DU和O-RU之間的帶寬量的重點重點領(lǐng)域。

當前，許多工程師都在為被測設(shè)備（DUT）苦苦掙扎。熟練掌握RF和以太網(wǎng)的人很少，他們對規(guī)范的解釋也有所不同，從而導致了不同的實現(xiàn)方式。

從事O-RU的工程師正在處理時序問題，并且經(jīng)常繞過M平面。他們還面臨O-RU和O-DU之間的時鐘和同步挑戰(zhàn)。那些關(guān)注O-DU的人面臨處理瓶頸和與O-RU端類似的時序問題，還需要確保O-DU可以托管在虛擬和物理設(shè)備上。

同時，O-CU挑戰(zhàn)圍繞可擴展性展開，例如每個CU可以支持多少個DU或UE，以及吞吐量如何。此外，中央單元的控制平面和用戶平面（Cu-UP和Cu-CP）的分離要求在E1接口上進行協(xié)調(diào)。

雖然這些挑戰(zhàn)可以被視為可以解決的早期磨牙問題，但它們可能會帶來嚴重的后果。如果某些協(xié)議選項丟失或M平面參數(shù)不滿足，即使它們是可選的，DU也不會繼續(xù)進行。DU還設(shè)計為與特定的RU功能配合使用。DU通常支持特定的RU類別，波束成形模型和壓縮率，如果不匹配，DU將停止運行。

為了使整個系統(tǒng)正常工作，DU和RU之間必須有很多方面的協(xié)調(diào)。好消息是工程師可以使用解決方案來克服這些挑戰(zhàn)，并且還會出現(xiàn)更多的解決方案。O-RAN很復雜，但是仍然存在。

通過收聽演示O-RAN：前進的道路或訪問是德科技的O-RAN解決方案頁面，了解有關(guān)O-RAN挑戰(zhàn)和解決方案的更多信息。

Jessy Cavazos是是德科技行業(yè)解決方案營銷團隊的成員。

編輯：hfy