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O-RAN的發(fā)展趨勢、參考架構(gòu)、互操作性測試

2020-06-28 來源：微波射頻網(wǎng) 作者：MWRF小編字號：大中小

移動通信領(lǐng)域的“開放”趨勢越來越明顯，O-RAN絕對是近兩年移動通信行業(yè)最火的名詞之一。O-RAN聯(lián)盟由中國移動、AT＆T、德國電信、NTT DOCOMO和Orange五家運營商于2018年2月發(fā)起成立，由原來的C-RAN聯(lián)盟和xRAN論壇合并而成，其中，C-RAN聯(lián)盟主要由中國企業(yè)組成，xRAN論壇主要由AT＆T、NTT DOCOMO等美日韓和歐洲企業(yè)組成。

僅成立2年多的O-RAN聯(lián)盟發(fā)展飛速，目前由160多家從事無線接入網(wǎng)絡(luò)(RAN)行業(yè)的移動運營商、供應(yīng)商及研究學(xué)術(shù)機構(gòu)組成。O-RAN聯(lián)盟的使命是重塑整個行業(yè)，使其朝著更加智能、開放、虛擬化和完全可互操作的移動網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。

O-RAN發(fā)展趨勢：標(biāo)準(zhǔn)化+開源

ORAN有三大關(guān)鍵原則：第一個原則，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的演進(jìn)方向，一是開放接口，可支持異廠家設(shè)備的互操作；二是通過虛擬化方式構(gòu)建無線接入網(wǎng)，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的智能無線網(wǎng)絡(luò)。第二個原則，積極并充分利用通用平臺，減少對私有平臺的依賴。第三個原則，制定、推進(jìn)接口及相關(guān)API標(biāo)準(zhǔn)化定義，探索開源解決方案。

用通俗的語言解釋一下這三個規(guī)則，O-RAN正在推動以下四個方向：網(wǎng)絡(luò)智能化、接口開放化、硬件通用化和軟件開源化。相當(dāng)于原來是黑盒子的硬件，現(xiàn)在全部轉(zhuǎn)變成為通用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，其中的軟件代碼也變?yōu)殚_源。

這可能就意味著，未來某個現(xiàn)網(wǎng)的單一廠家設(shè)備無論數(shù)量再多，也不是無可替代的；賣家無需打包采購?fù)患覐S商的軟硬件產(chǎn)品，而是充分利用通用平臺、減少對私有平臺的依賴，制定、推進(jìn)接口及相關(guān)API標(biāo)準(zhǔn)化定義，探索開源解決方案，也意味著“標(biāo)準(zhǔn)化”將成為趨勢。

隨著開放通用化硬件，網(wǎng)絡(luò)功能軟硬解耦后硬件將通用化，運營商獨立性將更高，而不再像現(xiàn)在總是被設(shè)備商左右。這一趨勢也給傳統(tǒng)上不提供網(wǎng)絡(luò)硬件的中小企業(yè)帶來全新的機會，鼓勵他們創(chuàng)新發(fā)展，一些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、軟件廠商、IT廠商或?qū)⒊蔀槭袌鲂峦婕?。?chuàng)新技術(shù)越多，選擇越多，意味著部署新網(wǎng)絡(luò)的成本也就有可能降低。

O-RAN的參考架構(gòu)及如何切分RAN

從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來看，O-RAN并非是革命，并非要推翻3GPP, 而是對3GPP標(biāo)準(zhǔn)嘗試性的探索和引導(dǎo)。O-RAN系統(tǒng)架構(gòu)的基本原則，引領(lǐng)行業(yè)走向開放、可互操作的接口、RAN虛擬化、大數(shù)據(jù)和支持人工智能。最大限度地使用通用的、現(xiàn)成的硬件和軟件平臺，最大限度地減少專有硬件。指定開放的API和接口，推動標(biāo)準(zhǔn)化組織酌情采納它們，并在適當(dāng)?shù)牡胤教剿鏖_源。O-RAN的架構(gòu)和接口規(guī)范應(yīng)盡可能與3GPP架構(gòu)和接口規(guī)范一致。

圖3：O-RAN的參考架構(gòu)，說明了如何構(gòu)建與O-RAN兼容的RAN。（來源：NI O-RAN技術(shù)白皮書）

O-RAN提出的概念以及架構(gòu)均基于RAN切分這一概念。就功能而言，RAN有8種切分方式，每種方式分別對不同的協(xié)議層進(jìn)行切分，這樣協(xié)議棧的不同部分就可以在不同的硬件上進(jìn)行處理。圖4總結(jié)了這八種選項。

圖4.RAN切分選項（來源：NGNM 2018）

O-RAN建議使用選項7-2。如圖4所示，此選項將物理層(PHY)切分為高低層。如果使用選項7-2，在上行鏈路(UL)，CP去除、快速傅立葉變換(FFT)、數(shù)字波束成形（如果適用）和預(yù)過濾（僅適用于PRACH（物理隨機接入信道））功能在RU中執(zhí)行，而物理層的其余處理均在DU中進(jìn)行。在下行鏈路(DL)，逆FFT(iFFT)、CP添加、預(yù)編碼功能和數(shù)字波束形成（如果適用）在RU中進(jìn)行，而PHY的其余處理均在DU中進(jìn)行。選項8切分方式沿用了2G、3G和4G使用的通用公共無線電接口(CPRI)。而使用7-2切分方式，可減少DU和RU之間的流量。O-RAN指定了一個7-2切分的版本。

在O-RAN的兩個目標(biāo)中，其中一個是建立更開放的生態(tài)系統(tǒng)，這就需要定義一個新的前傳接口。在七個O-RAN工作組中，工作組4 (WG4)就是專門負(fù)責(zé)定義此接口。該工作組稱為開放式前傳接口工作組，其目標(biāo)是“提供真正開放的前傳接口，以實現(xiàn)多廠商DU-RRU互操作。” 圖5顯示了建議的DU-RU接口如何在不同平面上交換信息。雖然這七種不同的流量（再加上額外的管理(M)平面流量）看似非常復(fù)雜，但從更高的層面來看，四個平面（控制、用戶、同步和管理）其實只使用了三種數(shù)據(jù)類型（IQ數(shù)據(jù)、定時和同步數(shù)據(jù)、命令和控制信息）。

圖5.低層前傳數(shù)據(jù)流（來源：O-RAN）

關(guān)于如何切分RAN由于篇幅有限，歡迎通過文末二維碼下載完整的NI O-RAN技術(shù)白皮書，有非常詳細(xì)的關(guān)于如何切分RAN的介紹。

互操作性測試(IOT)

在努力完善前傳接口的同時，WG4還必須考慮如何對接口進(jìn)行測試。如果系統(tǒng)包含不同硬件供應(yīng)商提供的DU和RU，就要求系統(tǒng)集成商和供應(yīng)商要具有適當(dāng)?shù)腄U和RU接口驗證能力。此類測試通常稱為互操作性測試。O-RAN正在研究如何測試與O-RAN兼容的系統(tǒng)。

圖6.O-RAN測試設(shè)置，主動（左）和被動（右）（來源：O-RAN）

圖6所示的O-RAN簡圖顯示了使用O-RAN-CU(O-CU)和UE對O-RAN-DU (O-DU)和O-RAN-RU (O-RU)進(jìn)行測試的系統(tǒng)配置，該配置可以用于實驗室仿真，也可以商用。其中有一個測試點用于測試CU和DU之間的接口，還有一個測試點測試RU RF輸入/輸出，但是待測設(shè)備(DUT)卻是DU和RU的組合。這時如果使用主動激勵，不會對DU和RU之間的前傳接口進(jìn)行測試，該測試僅在被動監(jiān)測時才可能進(jìn)行。O-RAN當(dāng)前正在研究如何測試前傳接口。

前傳接口可以執(zhí)行兩種主動測試：協(xié)議測試和參數(shù)測試。O-RAN已經(jīng)證明，在進(jìn)行測試用例驗證和故障分析時，需要進(jìn)行協(xié)議測試。在開發(fā)過程中，必須擁有能夠?qū)υO(shè)計進(jìn)行驗證的測試工具，這樣才能確保正確連接其他兼容O-RAN的設(shè)備。在設(shè)計完成且DU和RU進(jìn)入驗證和生產(chǎn)階段后，就需要進(jìn)行參數(shù)測試，以確保每個單元均按預(yù)期運行。

圖7.E2E DU-RU測試系統(tǒng)示例

對于RU測試系統(tǒng)，CU和DU之間的E1接口無需進(jìn)行測試。RU測試系統(tǒng)必須能夠模擬CU和DU的功能，并且能夠監(jiān)測前傳接口。根據(jù)所需的測試級別，可以將測試UE或UE仿真器添加到系統(tǒng)，來搭建完整的端到端(E2E)測試系統(tǒng)。NI可提供基于其軟件無線電(SDR)和FPGA硬件的5G NR IP。下面的圖7中展示了一個E2E測試系統(tǒng)示例。

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