5G開放式RAN小基站將如何提高安全性和靈活性，加快新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的部署

作者：張煒博士，比科奇微電子（杭州）有限公司業(yè)務(wù)拓展總監(jiān)

隨著5G時代的到來，網(wǎng)絡(luò)正朝著開放化的方向發(fā)展演化。移動網(wǎng)絡(luò)運營商（MNO）和通信服務(wù)提供商（CSP）正在尋求能減少成本和加快部署的解決方案，以滿足未來幾年苛刻的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和容量目標(biāo)。這使得蜂窩設(shè)備供應(yīng)商在提供4G、5G、雙模、宏基站以及室內(nèi)外小基站等設(shè)備時在成本和性能的平衡上面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，設(shè)備供應(yīng)商轉(zhuǎn)向芯片廠商，尋求具有實現(xiàn)靈活度、低成本、低功耗，并可以支持例如開放式接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口的芯片解決方案。

5G RAN和分布式網(wǎng)絡(luò)

在過去的3-4年里，開放式無線接入網(wǎng)絡(luò)因能為蜂窩網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)鏈提供多樣化的解決方案，允許新廠商與日趨集中的現(xiàn)有頭部廠家展開競爭，從而成為行業(yè)組織和政府部門廣泛討論的一個熱門話題。運營商的成本壓力、對網(wǎng)絡(luò)安全的需求以及對設(shè)備供應(yīng)商多元化的期望促使設(shè)備商去尋求既能滿足嚴(yán)格要求又能獲得最佳實踐的方案。

除了3GPP定義的核心網(wǎng)絡(luò)和RAN設(shè)備之間的接口，以及小基站論壇（Small Cell Forum，SCF）定義的MAC和PHY之間的FAPI接口外，O-RAN聯(lián)盟等運營商領(lǐng)導(dǎo)的組織也一直在為分布式網(wǎng)絡(luò)的開放式前傳接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)和集成工作。這種RAN的拆分架構(gòu)包括中央單元（CU）、分布式單元（DU）和無線單元（RU），使得來自多個供應(yīng)商的RAN設(shè)備能夠互聯(lián)互通，通過引入行業(yè)競爭來降低成本。這種架構(gòu)還提供了額外的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力以滿足運營商提高容量和覆蓋范圍的需求。

分布式網(wǎng)絡(luò)（Disaggregated networks）是在LTE（4G）時代提出的一個概念，它使用云化的RAN來作為網(wǎng)絡(luò)的一種拆分方式，并且現(xiàn)在變得逐漸盛行起來，其中一些RAN處理可以卸載到現(xiàn)成的商用（Commercial off-the-shelf，COTS）服務(wù)器或基于X86處理器的服務(wù)器上，然后通過標(biāo)準(zhǔn)化接口連接到低成本的無線單元。在超低成本的無線單元和基帶單元（BBU）之間會使用CPRI接口；但是CPRI接口存在較多私有內(nèi)容，需要對這部分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化以實現(xiàn)設(shè)備供應(yīng)商的多樣化。

采用前傳或回傳基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)的另一個因素是，在這種架構(gòu)下企業(yè)專網(wǎng)發(fā)展和全新的部署網(wǎng)絡(luò)都可受益于核心網(wǎng)絡(luò)、基帶和無線設(shè)備之間的光纖投資。這樣可以在DU和RU之間實現(xiàn)高傳輸帶寬和低延遲的前傳連接，允許在DU中進(jìn)行更多的RAN處理，并使RU變得更簡單。對于前傳基礎(chǔ)設(shè)施是“非理想”的銅纜情況，較好的部署方式是使用完全集成的RAN，或是賦予無線單元更多的處理能力的拆分形式為split 2或split 6的架構(gòu)。

在不同的應(yīng)用場景中，與RAN架構(gòu)和規(guī)范一起發(fā)揮作用的還有各種部署用例，包括：

•  提供廣域網(wǎng)絡(luò)覆蓋的大型室外基站：往往采用具有多達(dá)64根天線的大規(guī)模多路輸入多路輸出（mMIMO）模式，以提供高能效的定向波束。

•  低頻段的室外微蜂窩基站：提供最高可達(dá)4T4R或8T8R的覆蓋能力，并對能效有較高要求的解決方案。

•  室內(nèi)企業(yè)級應(yīng)用的無線單元：發(fā)射功率會因為需要以太網(wǎng)供電（PoE），以及安裝在墻壁或天花板使用時僅能用散熱器來散熱而受到嚴(yán)格限制。

•  中立網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商的無線單元：采用多載波解決方案，帶寬需要比100MHz FR1寬2-3倍。

•  服務(wù)于多樣化頻譜的解決方案：由于全球5G NR的頻譜多樣性比LTE更顯著，因此對信道頻段、帶寬和載波聚合有非常多的挑戰(zhàn)，這導(dǎo)致眾多客戶特制的射頻前端設(shè)計和靈活的基帶解決方案，并且客戶尋求芯片廠商提供支持這類解決方案的芯片設(shè)計。

•  低時遲應(yīng)用：諸如視頻點播等需要邊緣服務(wù)器來實現(xiàn)最高的性能和效率。

•  雙模5G/LTE無線單元、非獨立接入（Non-Standalone Access，NSA）和支持頻譜重耕的應(yīng)用：要求在同一個無線單元內(nèi)同時支持5G和LTE，或能通過軟件升級進(jìn)行靈活切換，以最大限度降低運營商的物料清單（BOM）成本。

5G帶來挑戰(zhàn)，開放性的RAN提供解決方案

全新的5G網(wǎng)絡(luò)給設(shè)備商帶來了無數(shù)挑戰(zhàn)：一，由于環(huán)境保護(hù)政策的限制和用電成本的經(jīng)濟(jì)性考慮，運營商必須確保所部署的5G基礎(chǔ)設(shè)施是低功耗的、能滿足可持續(xù)性目標(biāo)的解決方案，這對5G的實施和成功部署至關(guān)重要。此外，無線單元需要在沒有主動散熱的情況下運行，并且在許多情況下需要在PoE供電功率限制范圍內(nèi)運行。二，由3GPP、O-RAN聯(lián)盟和SCF定義的下一代開放接口，例如O-RAN聯(lián)盟的開放前傳，正在進(jìn)一步優(yōu)化和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)過程中。現(xiàn)有成熟且經(jīng)過優(yōu)化的系統(tǒng)級芯片（SoC）即使包括了eCPRI等接口，也需要具備擴(kuò)展性支持實現(xiàn)進(jìn)一步演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)。三，運營商、私有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商和中立第三方網(wǎng)絡(luò)提供商等不同類型客戶的需求，需要靈活的RAN來滿足多樣化的頻譜要求和載波帶寬，但現(xiàn)有的第一代解決方案不太理想，根源在于此類方案通常基于昂貴且耗電的服務(wù)器、加速卡和現(xiàn)場可編程邏輯門陣列（FPGA）實現(xiàn)。

雖然Open RAN等5G標(biāo)準(zhǔn)不是萬能的解決方案，但它們可以（也確實）解決了其中一些挑戰(zhàn)，并為5G設(shè)備商和運營商提供了一條更快、更具成本效益的設(shè)備/服務(wù)的上市路徑。運營商正在以更低的物料（BOM）成本為目標(biāo)，希望通過優(yōu)化的芯片解決方案來實現(xiàn)批量部署。在Open RAN等生態(tài)系統(tǒng)中，設(shè)備商的多元化將促進(jìn)競爭，從而降低成本。諸如比科奇等芯片供應(yīng)商已經(jīng)形成了高性能基帶SoC產(chǎn)品和以降低系統(tǒng)功耗的產(chǎn)品路線圖。硬化的基帶/RFIC中的數(shù)字預(yù)失真（Digital Pre-Distortion，DPD）算法有助于提高射頻功率效率。設(shè)備商、運營商以及諸如O-RAN聯(lián)盟和電信基礎(chǔ)設(shè)施項目（TIP）等組織都設(shè)立了開放性RAN實驗室，正在不斷測試開放性RAN接口的互操作性。

結(jié)論

未來的網(wǎng)絡(luò)必須以開放、靈活、優(yōu)化和可互操作的芯片為基礎(chǔ)，并由業(yè)內(nèi)一流設(shè)備商來組成的多樣化生態(tài)系統(tǒng)。為了競爭，作為挑戰(zhàn)者的開放性RAN設(shè)備商需要獲得支持Open RAN等5G標(biāo)準(zhǔn)的芯片，并且他們可以在公開市場上購買到這些芯片，以便與傳統(tǒng)供應(yīng)商競爭。PC802是業(yè)界首款專為5G NR/LTE小基站的分布式和一體化RAN架構(gòu)而設(shè)計的PHY SoC；憑借PC802 SoC，比科奇通過賦能設(shè)備制造商中的新加入者和挑戰(zhàn)者企業(yè)，使其能夠在開放性RAN設(shè)備市場上競爭，也為Open RAN等新的5G標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。