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O-RAN的发展趋势、参考架构、互操作性测试

2020-06-28 来源：微波射频网作者：MWRF小编字号：大中小

移动通信领域的“开放”趋势越来越明显，O-RAN绝对是近两年移动通信行业最火的名词之一。O-RAN联盟由中国移动、AT＆T、德国电信、NTT DOCOMO和Orange五家运营商于2018年2月发起成立，由原来的C-RAN联盟和xRAN论坛合并而成，其中，C-RAN联盟主要由中国企业组成，xRAN论坛主要由AT＆T、NTT DOCOMO等美日韩和欧洲企业组成。

仅成立2年多的O-RAN联盟发展飞速，目前由160多家从事无线接入网络(RAN)行业的移动运营商、供应商及研究学术机构组成。O-RAN联盟的使命是重塑整个行业，使其朝着更加智能、开放、虚拟化和完全可互操作的移动网络方向发展。

O-RAN发展趋势：标准化+开源

ORAN有三大关键原则：第一个原则，引导产业的演进方向，一是开放接口，可支持异厂家设备的互操作；二是通过虚拟化方式构建无线接入网，实现基于大数据的智能无线网络。第二个原则，积极并充分利用通用平台，减少对私有平台的依赖。第三个原则，制定、推进接口及相关API标准化定义，探索开源解决方案。

用通俗的语言解释一下这三个规则，O-RAN正在推动以下四个方向：网络智能化、接口开放化、硬件通用化和软件开源化。相当于原来是黑盒子的硬件，现在全部转变成为通用标准化产品，其中的软件代码也变为开源。

这可能就意味着，未来某个现网的单一厂家设备无论数量再多，也不是无可替代的；卖家无需打包采购同一家厂商的软硬件产品，而是充分利用通用平台、减少对私有平台的依赖，制定、推进接口及相关API标准化定义，探索开源解决方案，也意味着“标准化”将成为趋势。

随着开放通用化硬件，网络功能软硬解耦后硬件将通用化，运营商独立性将更高，而不再像现在总是被设备商左右。这一趋势也给传统上不提供网络硬件的中小企业带来全新的机会，鼓励他们创新发展，一些互联网企业、软件厂商、IT厂商或将成为市场新玩家。创新技术越多，选择越多，意味着部署新网络的成本也就有可能降低。

O-RAN的参考架构及如何切分RAN

从技术标准来看，O-RAN并非是革命，并非要推翻3GPP, 而是对3GPP标准尝试性的探索和引导。O-RAN系统架构的基本原则，引领行业走向开放、可互操作的接口、RAN虚拟化、大数据和支持人工智能。最大限度地使用通用的、现成的硬件和软件平台，最大限度地减少专有硬件。指定开放的API和接口，推动标准化组织酌情采纳它们，并在适当的地方探索开源。O-RAN的架构和接口规范应尽可能与3GPP架构和接口规范一致。

图3：O-RAN的参考架构，说明了如何构建与O-RAN兼容的RAN。（来源：NI O-RAN技术白皮书）

O-RAN提出的概念以及架构均基于RAN切分这一概念。就功能而言，RAN有8种切分方式，每种方式分别对不同的协议层进行切分，这样协议栈的不同部分就可以在不同的硬件上进行处理。图4总结了这八种选项。

图4.RAN切分选项（来源：NGNM 2018）

O-RAN建议使用选项7-2。如图4所示，此选项将物理层(PHY)切分为高低层。如果使用选项7-2，在上行链路(UL)，CP去除、快速傅立叶变换(FFT)、数字波束成形（如果适用）和预过滤（仅适用于PRACH（物理随机接入信道））功能在RU中执行，而物理层的其余处理均在DU中进行。在下行链路(DL)，逆FFT(iFFT)、CP添加、预编码功能和数字波束形成（如果适用）在RU中进行，而PHY的其余处理均在DU中进行。选项8切分方式沿用了2G、3G和4G使用的通用公共无线电接口(CPRI)。而使用7-2切分方式，可减少DU和RU之间的流量。O-RAN指定了一个7-2切分的版本。

在O-RAN的两个目标中，其中一个是建立更开放的生态系统，这就需要定义一个新的前传接口。在七个O-RAN工作组中，工作组4 (WG4)就是专门负责定义此接口。该工作组称为开放式前传接口工作组，其目标是“提供真正开放的前传接口，以实现多厂商DU-RRU互操作。” 图5显示了建议的DU-RU接口如何在不同平面上交换信息。虽然这七种不同的流量（再加上额外的管理(M)平面流量）看似非常复杂，但从更高的层面来看，四个平面（控制、用户、同步和管理）其实只使用了三种数据类型（IQ数据、定时和同步数据、命令和控制信息）。

图5.低层前传数据流（来源：O-RAN）

关于如何切分RAN由于篇幅有限，欢迎通过文末二维码下载完整的NI O-RAN技术白皮书，有非常详细的关于如何切分RAN的介绍。

互操作性测试(IOT)

在努力完善前传接口的同时，WG4还必须考虑如何对接口进行测试。如果系统包含不同硬件供应商提供的DU和RU，就要求系统集成商和供应商要具有适当的DU和RU接口验证能力。此类测试通常称为互操作性测试。O-RAN正在研究如何测试与O-RAN兼容的系统。

图6.O-RAN测试设置，主动（左）和被动（右）（来源：O-RAN）

图6所示的O-RAN简图显示了使用O-RAN-CU(O-CU)和UE对O-RAN-DU (O-DU)和O-RAN-RU (O-RU)进行测试的系统配置，该配置可以用于实验室仿真，也可以商用。其中有一个测试点用于测试CU和DU之间的接口，还有一个测试点测试RU RF输入/输出，但是待测设备(DUT)却是DU和RU的组合。这时如果使用主动激励，不会对DU和RU之间的前传接口进行测试，该测试仅在被动监测时才可能进行。O-RAN当前正在研究如何测试前传接口。

前传接口可以执行两种主动测试：协议测试和参数测试。O-RAN已经证明，在进行测试用例验证和故障分析时，需要进行协议测试。在开发过程中，必须拥有能够对设计进行验证的测试工具，这样才能确保正确连接其他兼容O-RAN的设备。在设计完成且DU和RU进入验证和生产阶段后，就需要进行参数测试，以确保每个单元均按预期运行。

图7.E2E DU-RU测试系统示例

对于RU测试系统，CU和DU之间的E1接口无需进行测试。RU测试系统必须能够模拟CU和DU的功能，并且能够监测前传接口。根据所需的测试级别，可以将测试UE或UE仿真器添加到系统，来搭建完整的端到端(E2E)测试系统。NI可提供基于其软件无线电(SDR)和FPGA硬件的5G NR IP。下面的图7中展示了一个E2E测试系统示例。

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