开放式无线接入网络（O-RAN）支持 RAN 用于 5G 的转换和虚拟化。它给网络运营商带来了巨大的机遇，同时也给测试工程师带来了新的挑战。在无线工程师的心中，有很多关于 O-RAN 的问题。本文将解释无线通信行业为何需要 O-RAN，其工作方式以及面临的挑战。

什么是 O-RAN？

首先，让我们说明一下 O-RAN 的定义。它本身不是一项技术，而是由五家全球运营商于 2018 年 2 月成立的，由运营商领导的联盟，希望从物理专用硬件过渡到基于虚拟云的软件实现。通过指定分立的组件和标准化的接口，该联盟可以托管在白盒硬件上，并为运营商与众多供应商合作打开了大门。

他们可以直接与 RF 合同制造商，专门从事图形处理单元（GPU）和现场可编程门阵列（FPGA）的公司，甚至是虚拟云基础架构提供商合作。借助 O-RAN，运营商可以混合和匹配组件，并与专家合作以创建独特的解决方案。

图 1该组织由九个小组组成，每个小组专注于系统的特定区域。资料来源：O-RAN 联盟

O-RAN 联盟提供 RAN 组件之间的规范，参考体系结构和接口，这些组件包括无线电单元（O-RU），分布式单元（O-DU）和集中式单元（O-CU）。在过去两年中，成员数量大大增加。该联盟现在包括 24 个移动网络运营商和 148 个其他参与者，从网络设备制造商（NEM）和芯片组制造商到制造堆栈和无线电元件的公司。您可以在组织的网站上查看成员列表。

5G 需要 O-RAN

既然我们已经定义了 O-RAN，那么让我们更深入地研究行业为何需要它。答案很简单：5G 将带来更多数据，这将对 RAN 基础架构的前传部分提出重大要求。

在 4G LTE 中，集中式基带单元（BBU）通过公共公共无线电接口（CPRI）连接到远程无线电头（RRH）。由于总带宽需求和很少的天线，BBU 和 RRH 之间的数据速率足够。但是，在 5G 中，需要往返传输更多的数据。使用大规模多输入 / 多输出（MIMO）来提高吞吐量意味着更高的带宽和更多的天线端口。

已经出现了两种解决方案来应对 5G 的前途挑战：高级拆分（HLS）和低级拆分（LLS）。O-RAN 涉及 HLS 和 LLS，并且接口是标准化的。运营商可以为 CU，DU 或 RU 使用不同的供应商。这些组件具有更高的互操作性，并且协议明确定义。

图 2 此图形表示显示了 RAN 基础架构向 O-RAN 的演进。资料来源：是德科技

尽管如此，5G 仍将在前途推动带宽爆炸。LTE 信道通常仅具有 10 或 20MHz 的带宽。BBU 和 RRH 之间的 CPRI 表示线速范围为 600 到 10 Mbps，具体取决于带宽和 MIMO 通道数。单个 10 MHz 带宽通道可转换为 614 Mbps 的线速，八个 10 MHz 通道意味着约 5 Gbps，而 10 个 20 MHz 通道则略高于 10 Gbps。CPRI 可以轻松满足这些要求，这就是为什么该接口在 LTE 网络中的 BBU 和 RRH 之间很重要的原因。

5G 的情况截然不同。在许多情况下，带宽增加到 100 MHz 或更高，并且天线的数量增加到 8 个，这转化为 RU 和 BU 之间 28 Gbps 范围内的线速。更大的带宽（例如 500 MHz）意味着超过 140 Gbps。在这样的带宽下，大规模 MIMO 将线路速率提高到 2 Tbps，这在 CPRI 上根本站不住脚。功能划分解决了这一挑战。

功能拆分的工作方式

功能拆分如何在实践中解决此问题？通常，基于在两个之间来回传输分组的极低等待时间要求，RU 与 DU 之间的距离约为 10 km。增强的 CPRI（eCPRI）接口通过将所有物理层功能移至 RU 来降低带宽需求。

图 3 此图显示了 5G RAN 功能拆分的工作方式。资料来源：是德科技

但是，RU 的复杂性急剧增加。选项 8 是拆分选项，它通过将所有物理层（PHY）功能放入 DU 中而仅将天线保持在边缘，从而提供了一种替代方法。这就像具有通过 CPRI 接口进行连接的 LTE 架构一样。

如前所述，带宽要求随着 5G 的增加而显着增加。即使在 DU 和 RU 之间需要 200 或 300 Gb 传输的正常情况下也是无法实现的。这就是选项 7.2 的用处。此拆分选项可提供 DU 和 RU 之间的最佳拆分。PHY 分为低 PHY 和高 PHY。低 PHY 保留在 RU 中，高 PHY 保留在 DU 中。结果，对于具有某些 MIMO 功能的 100 MHz 带宽，前传接口所需的带宽约为 20 Gb。

从 DU 移至 CU 通常意味着上层拆分或 HLS（选项 2）。处理器密集型功能移至 CU，而堆栈的其余部分（如媒体访问控制（MAC）和无线电链路控制（RLC）） ）层与高 PHY 一起留在 DU 中。您可以使用 DU 和 CU 之间的接口在控制级别进行拆分。DU 和 CU 之间的数据要求约为 100 Gb，并且毫秒级范围内的延迟要求略高。CU 和 DU 之间的距离要求约为 80 km。

其他实施挑战

让我们不要忘记回程接口，在非独立（NSA）部署的情况下，CU 到 4G 网络的连接点，在独立（SA）实施中的 5G 核心网络。该接口的距离要求更高（约 200 km），而延迟要求则不那么严格（40 ms）。

从测试的角度来看，这一切意味着什么？简而言之，这意味着随着 O-RAN 从规范过渡到实施和部署，互操作性将是一项重大挑战。这些组件不仅需要互操作，而且还符合规范。性能也将是控制 O-DU 和 O-RU 之间的带宽量的重点重点领域。

当前，许多工程师正在为被测设备（DUT）奋斗。很少有人熟练使用 RF 和以太网，并且他们对规范的解释有所不同，从而导致了不同的实现。

从事 O-RU 的工程师正在处理时序问题，并且经常绕过 M 平面。他们还面临 O-RU 和 O-DU 之间的时钟和同步挑战。那些关注 O-DU 的人面临处理瓶颈和与 O-RU 端类似的时序问题，还需要确保 O-DU 可以托管在虚拟和物理设备上。

同时，O-CU 挑战围绕可伸缩性展开，例如每个 CU 可以支持多少个 DU 或 UE，以及吞吐量如何。此外，中央单元的控制平面和用户平面（Cu-UP 和 Cu-CP）的分离要求在 E1 接口上进行协调。

这些挑战可以被视为可以随着时间的推移而解决的初期问题，但它们可能会带来严重的后果。如果某些协议选项丢失或 M 平面参数不满足，即使它们是可选的，DU 也不会继续进行。DU 也设计为与特定的 RU 功能配合使用。DU 通常支持特定的 RU 类别，波束成形模型和压缩率，如果不匹配，它将停止运行。

为了使整个系统正常工作，DU 和 RU 之间必须有很多方面的统一。好消息是，工程师可以使用解决方案来克服这些挑战，并且还会出现更多的解决方案。O-RAN 很复杂，但是仍然存在。