ORAN专题系列5：5GORAN一体式小基站硬件白盒化的参考架构

摘要： O-RAN逻辑网元，O-RAN的协议切分，O-RAN一体式小基站，O-CU的硬件白盒化架构，O-DU+O-RO的硬件白盒化架构。

前文提到，O-RAN的硬件白盒化需要经历5个阶段，本文章重点落在第三个阶段。

第1个阶段：基于通用的计算机硬件

第2个阶段：基于通用硬件的通用接口的专用子卡

第3个阶段：专用硬件开放和标准化内部的硬件架构(当前阶段)

第4个阶段：专用硬件, 通用的子部件

第5个阶段：专用硬件成为通用硬件

本文将展现O-RAN推荐的5G一体式室内小基站白盒化硬件的参考架构。

一、5G基本逻辑架构

1. 5G O-RAN逻辑网元

2. 5G O-RAN的逻辑网元对RAN协议的切分

二、白盒化基站的总体架构分类

一般来说，基站硬件架构可以根据不同的标准进行分类。

O-RAN根据DU与RU物理部署的关系来进行划分的，将基站架构分为集成/一体式架构和分离/分体和架构两大类。

DU和RU分布在不同的物理硬件中，称为分体式。

DU和RU在同一个专用的物理硬件中，称为一体式。

CU、DU和RU在同一个专用的物理硬件中，称为All in one。

本文重点关注一体式的白盒架构。

三、集成/一体式架构

1.  RAN系统逻辑架构图

目前O-CU通常可以直接运行在通用的软硬件云平台之上。

O-DU（分布式单元）和O-RU（无线单元）在一个物理实体中, 称为GNB-DU。

GNB-DU与O-CU通过标准的F1接口进行通信。

2. RAN系统物理部署图：

在实际物理部署中，一个O-CU通常需要连接多个GNB-DU。

这就需要在O-CU与 GNB-DU中间构建一个二层交换机或三层的路由器。

在此部署中，交换机和路由器只进行数据的传输，不影响F1接口的数据格式。

3. O-CU的白盒化

O-CU的白盒化，相对比较简单，可以用任何基于通用处理器（GPP）的平台实现。

（1）O-CU主要功能模块：

• 数字处理单元：处理RAN PDPC层、RRC层协议。
• 加速卡：提了提升CU的计算性能，该平台需要具有个可选数据处理或加密的加速器块。加速开采用PCIe接口，便于作为子卡，插入到通用的服务器上。

（2）主要的对外接口：

O-CU的对外接口是通用的以太网接口，速率1G/10G/50G/100G

• F1以太网接口：用于连接DU+RU.
• Backhaul以太网接口：用于连接5G核心网。

4. 交换机和路由器的白盒化

在这里的部署中，该设备已经是市面上通用的交换机和路由器。

5. DU+RU一体化硬件的白盒化

（1）DU+RU 白盒化硬件架构和外部接口

RF处理单元：RU的高频无线电磁波模拟信号处理，并进行数字信号与模拟信号的转换。

数字处理单元：RU的数字信号处理、DU的数字信号处理，包括PHY层、MAC层+LLC层。

时钟单元：提供O-DU+O-RU的同步时钟，包括频率、相位同步、帧同步，同步时钟源如GPS或1588。

以太网模块：提供对外的以太网接口，用于与O-CU通信。

（2） DU+RU的白盒化硬件架构的内部功能与内部接口

虽然是一体化的，虽然DU-RU都在同一个专用硬件上实现，但内部硬件模块的功能划分还是标准的，模块之间的内部接口也将是标准的、开放的。

当然，各个功能模块本身的内部的实现方法，各个厂家就各显神通了，O-RAN不做规定。

RU RF处理单元:

• ANT: 天线，用于把模拟的电磁波发送到空气中。
• PA：主要功能是功率放大，一般用在发射机的最后一级，把无线高频模拟载波信号的功率放大，功率越大，发送的距离越远。
• LNA: 低噪声放大器，主要用于接收电路设计中。因为接收电路接收到的信号幅度比较低，通过放大器的时候，信号和噪声一起被放大的话非常不利于后续处理，LNA放大器能够抑制噪声,放到接收信号。
• Transceiver ADC/DAC: 数模转换器，用于把模拟信号转换成数字信号。

RU 数字处理单元

• CFR: 是用来降低峰均功率比。
• DPD: 是为了解决峰均功率比过大所导致的非线性的。

在4G/5G系统中，是通过许多相互正交的载波来传输信号，每个载波之间由于相互正交，从频率角度来看，载波之间是相互重叠的，从而提高频谱利用率。但是多个载波所带来的问题是，这种通信方式相对于其它通信方式就是具有较高的峰均功率比（PAR：Peak to Average Rate）。

以马路上的人数 ，来诠释这个专业的词汇。

马路上的人数，在上班高峰期人数与一整天的平均人数是不相同的。如果完全按照上班高峰期设计，对马路的带宽要求就比较高，需要把马路修得足够的宽，那成本就比较高。如果按照平均人数设计马路，上班高峰肯定就会出问题。

CFR和DPD就是在这两者中取得某种平衡的技术。

DU 数字处理单元：

1. PHY: 物理层协议。
2. MAC: 媒介访问控制层协议。
3. RLC: 无线链路控制层协议。

结束语

O-RAN的硬件白盒化，并没有那么神秘，不过是现有基站的硬件设计的总结和抽象而已，找出功能上的共性、然后加以标准化并开放接口。

待续：5G O-RAN 分体式室内小基站白盒化硬件的参考架构。