O-RAN简介

O-RAN的概念和架构均基于RAN切分这一概念。就功能而言，RAN切分方式有八种，每种方式都是对处理内容进行切分，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2总结了这8种选项。

^{图2： RAN切分选项（来源：NGNM 2018）。}

如图2所示，O-RAN使用选项7-2，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（如有）和预过滤（仅适用于物理随机接入信道[PRACH]）功能在RU中执行，而PHY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。图3解释了7-2切分方式，以及协议栈的其他部分如何在CU和DU之间实现切分。7.2×切分既可以将该技术快速推向市场，又可以控制部署成本，在两者之间实现了最佳平衡。这种方式可以减少关于切分细节的混淆，同时进一步减少流量，并改善质量。一些5G系统使用演进的CPRI，也就是eCPRI作为DU-RU接口。eCPRI可针对供应商对PHY进行高低层切分。因此，通过支持多种切分，可优化流量或灵活性，从而适应由于独特天线物理环境形成的不同部署环境。通过这种方式，就能够针对不同运营商的特定连接进行成本优化。

^{图3： 选项7.2的CU、DU和RU协议层切分。}

对于新的5G RAN架构，3GPP已定义了全新的F1接口并对其进行了标准化，用于CU和DU之间的通信。CU和DU之间的物理切分称为高层切分(HLS)。DU和RU之间的低层接口则称为低层切分(LLS)，虽然3GPP尚未对其进行定义。CU和DU的关系，以及二者与RU的关系有多种配置方式。图4显示了各种RAN配置。请注意，F1接口具有容迟特性，而DU-RU接口需要低延迟传输。鉴于在创建低延迟接口时会面临诸多挑战，在本文的后半部分，我们详细介绍了中央RAN的低层切分应用场景。

^{图4： RAN功能单元位置灵活性（来源：NGMN 2018）。}

DU和RU之间的接口也称为前传(FH)接口。前传接口是要求最严苛的系统接口之一，对延迟非常敏感。如果DU和RU由同一制造商提供，则大多数系统可将CPRI或eCPRI（仅限5G）用作前传接口。尽管设计CPRI的初衷是用作开放接口，但实际上，为了配合自身的硬件，每个供应商的实现方式都略有不同，因此实现多供应商互操作绝非易事，甚至根本不切实际。虽然不鼓励采用开放式白盒硬件架构，但DU和RU之间的紧密同步却可以更轻松地实现。如果DU和RU由同一供应商提供，二者在发送时间和接收时间方面是匹配的（唯一的变化就是DU和RU之间的距离）。

​在O-RAN的两个目标中，其中一个是创建更开放的生态系统，这就需要定义一个新的前传接口。在7个O-RAN工作组中，工作组4 (WG4)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，以实现多供应商DURRU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7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，但宏观来看，4个平面（控制、用户、同步和管理）其实只使用了3种数据类型（I/Q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）。
注：此处未显示M平面的数据流量。}

由于CPRI基于选项8切分方式，因此在I/Q数据传输、打包和解压缩的方式上，前传接口与CPRI截然不同。选项8可以在RF层上切分网络，因此I/Q样本未经过任何PHY处理(FFT/iFFT)。随着4G后期和5G早期阶段网络的演变，大规模多输入多输出(MIMO)中使用的天线越来越多，采样率（每个天线多个样本）也不断提高，为了减少流经接口的数据流量，eCPRI便应运而生。由于系统数据量超出了物理连接的承受范围，而如果要实现能够容纳该数据量的连接，成本又过于高昂，

​因此，为了减少通过该接口的数据量，eCPRI将PHY的一部分数据移到RU上处理并添加了压缩算法。但是，具体要将PHY的哪些部分移动到RU中，并没有任何特定的切分标准，各个供应商的做法都有所不同。对于某些供应商而言，这种情况可能是一项竞争优势，并且这种方法可能有助于运营商降低链路成本。由于部分低层PHY功能在RU中执行，因此DU必须告知RU如何执行这些功能。该指令还在eCPRI和O-RAN的FH接口之间创建了不同的命令和控制接口，但是供应商各自不同的切分方式将导致服务提供商继续依赖于供应商。 O-RAN的开放式前传接口通过使用7.2×切分，对需要移动到RU中的PHY部分建立相应的标准，以便集成不同供应商提供的硬件。

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。

^{图6： O-RAN测试设置，主动（左）和被动（右）（来源：O-RAN）。}

前传接口有两种主动测试：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。

​RU是O-RAN基站的关键组成部分。它提供低PHY层，将UE连接至RAN。另一方面，它通过O-RAN前传接口实现与DU的连接。RU是一个可扩展组件，许多RU能够连接到单个DU，并且特定的RU具有多个天线，可同时连接多个UE。这种配置意味着它也是基站中数量最多、测试点最多的组件；因此，快速测试对于提高运行效率至关重要。NI对此类注意事项谙熟于心，并已开发出能够满足这些要求的验证和生产测试解决方案。

O-RAN RU验证

​NI通过与思博伦合作，共同创建了用于全面验证O-RAN RU的解决方案。借助可控制UE、RF信道仿真器、RU (DUT)、DU、CU和核心(EPC/5GC)的全自动单一GUI，NI与思博伦的合作可为用户提供端到端的功能和性能测试以及全面的RU验证功能，所有这些都集成在一个互联互通的测试平台中。

^{图7： 思博伦和NI的RU验证结构框图。}

主要特性：

1. 全自动单一GUI，可控制UE、RF通道仿真器、RU (DUT)、DU、CU和内核(EPC/5GC)
2. DU、CU、核心和UE的实时网络仿真
3. 为数据性能(KPI)和空口消息绘制实时数据图
4. O-RAN联盟TIFG端到端测试规范Section 4和Section 5功能和性能测试
5. 高级O-RU灵敏度性能测试，用于对O-RU性能和近远动态范围测试进行对标
6. 高度集成的硬件，基于PXI平台，实现可扩展的高性能仪器仪表

O-RAN RU生产测试

NI的O-RAN RU生产测试解决方案可在RU制造过程中提供快速高效的测试。该解决方案可在同一测试和自动化接口下控制RF和数字DUT，通过NI仪器仪表实现出色定时和同步，具有实时前传链路以及高吞吐量DU仿真，可提供高效、快速且具有成本效益的RU生产测试。

该解决方案由NI与合作伙伴共同推出，可降低整体测试成本，并缩短产品上市时间。

^{图8： O-RAN RU生产测试结构框图。}

主要特性：

1. ​高吞吐量DU仿真记录和回放
2. 集成式DUT控制
3. 用于生产测试的O-RAN和传统RAN测试用例
4. 借助PXI VST适应不断发展的无线标准
5. 具有所列测量的四层RU，可加快测试速度
6. 具有成本效益的测试平台，占用空间小

O-RAN制定了三个愿景：

• 打造更加智能的RAN网络，通过网元虚拟化，最大程度提高效率
• 推动硬件白盒化，实现多供应商网络解决方案
• 实现网络组件接口标准化

O-RAN实施这些关键举措的目的是推动网络发展，从而更好地适应未来需求，并整合5G有望实现的新功能和应用场景，例如高可靠低延时通信。由于DU-RU通信要求低延迟传输，使得前传接口的定义尤其具有挑战性。O-RAN WG4在此方面不断取得进展，而且多家公司已开始构建与O-RAN兼容的RU，用于连接到其他与O-RAN兼容的硬件。随着这项新技术的上市，无论是在设计和验证阶段还是生产测试过程中，验证和测试DU-RU接口的能力都至关重要。通过提供物联网测试硬件和软件，以及全面的RU验证和生产测试解决方案，NI可帮助用户更快地将符合O-RAN标准的新RU推向市场。O-RAN何时广泛应用于5G网络尚不清楚；然而，到目前为止，该联盟正在积极实施新接口，并正在寻找使用多供应商硬件解决方案构建新网络的方法，从而优化并推动蜂窝网络基础结构的发展。