下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
大家都知道，无线网络建设一直是运营商网络综合成本（TCO）的最主要部分，大致占比在60%～70%。大部分运营商刚经历4G网络的巨大投资，又要面对5G网络的投资建设压力，5 G网络“带宽大、频段高”等特点，势必造成单站设备成本高、建网规模大，投资巨大，3倍于4G的基站数量，3～5倍于4G的基站能耗，3倍于4G基站价格，这就需要引入新技术、新方案，通过方案革新降低建设难度、减少无线网络的资金投入。
2018年2月，在西班牙巴塞罗那举行的世界移动通信大会上，中国移动、美国AT&T、德国电信、日本NTT docomo以及法国电信五家电信运营企业宣布联合成立O-RAN联盟并发布成立O-RAN联盟的宣言。2018年6月27日，O-RAN联盟在上海正式成立，成立大会明确了联盟的目标、任务和原则，包括实现开放接口和API能力，引入虚拟化、人工智能等新技术，实现基于大数据的智能无线网络，积极研究开源、白盒化解决方案等。O-RAN联盟旨在将下一代无线通信网络的开放性提升到新的水平，从而吸引了业界主流厂商（包括传统通信设备商、芯片厂商、服务器厂商、云供应商）的加入。到目前为止，O-RAN联盟已经有22家运营商、108家上下游产业链公司加入。
O-RAN是在德国注册的非营利独立法人社团。O-RAN联盟组织架构如图3-1所示，最高决策机构为董事会，O-RAN的章程规定，董事会由各运营商CTO级别的领导组成。此外，董事会内部设立执行委员会（Executive Committee，EC），由5家发起单位（AT&T、中国移动、德国电信、NTT docomo和法国电信）组成，该执行委员会负责商讨O-RAN联盟的各类重要事务，同时向董事会提供建议、安排董事会会议等。在执行委员会下设立技术管理委员会（Technical Steering Committee，TSC），负责O-RAN的各项技术相关的讨论和研究，如O-RAN技术架构、用例和需求等。
图3-1 O-RAN联盟组织架构
O-RAN联盟的核心工作目标和内容包括以下4点。
（1）网络智能化。实现无线接入网从配置管理到空口资源的智能管控，包括运维网管智能化、网元智能化、网络资源编排智能化在内的几个方面，通过引入人工智能/大数据等方法，获得复杂组网环境下高效自动化的设备管理和频谱资源应用能力。
（2）接口开放化。在3GPP、IEEE等组织制订的接口规范的基础上，扩展与完善无线网络功能软硬件接口（如前传、中传以及无线智能控制器的相关接口等）的细节定义，实现基于异厂商设备互操作的混合部署，特别是要支持DU和RU之间前传接口的开放，最终促进行业内的分工协作和产业繁荣。
（3）硬件白盒化。在软硬件解耦的基础上，引入通用器件和平台，并开放硬件的参考设计，利用通用器件的规模效应降低基站硬件的综合成本。通用器件不仅包括通用处理器，也包括RU射频器件等。
（4）软件开源化。基站软件开源是指无线协议栈、物理层协议处理软件的开源，以及支持无线软硬件解耦的NFV平台和开源管理软件的增强，共享基础软件研发成果，降低行业的整体研发成本，让各个产业合作伙伴聚焦在核心软件及差异化能力的研发上，提升行业整体价值。
其中，硬件白盒化是最为重要的工作内容之一，也是无线网“开放性”概念的一个重要组成部分。运营商期望通过硬件的白盒化进一步降低综合成本，并构建智能无线网络的基础。
O-RAN联盟的成立，在业界“一石激起千层浪”。随着越来越多合作伙伴的加入，也将极大地加速O-RAN联盟的相关研发和标准制定工作。
O-RAN联盟所提出的开放、开源、白盒和智能等理念，有望使原来研发封闭、网络成本较高的无线网络产业更加开放，运营更加智慧高效，并向合作伙伴开放更多的无线能力，从而使未来5G网络成本更低、体验更佳、业务更丰富。但与此同时，O-RAN全新的网络架构也给产业和运营商带来了新的挑战，也面临很多质疑。比如标准化挑战，开放的程度越高，要求的标准化程度就越高、越细；产业生态挑战；网络转型难的挑战等。
一是宏站白盒化难度很高。主要是因为大规模天线阵列处理复杂度对设计要求极高，软硬件耦合度也很高，短期内难以推出高性能白盒宏基站方案产品。因此，O-RAN白盒将从小基站切入。
二是开源与白盒既是挑战也是机遇。IT与CT的融合趋势已被广泛认可，开源与白盒已在IT领域中广泛应用，并在业务网、核心网中展开商用。但传统无线网络的设备由于处理复杂度、功耗、体积、承重、散热等因素，都是采用硬件黑盒及软件闭源的方式实现的。面向5G，如何将开源与白盒的优势引入无线网络，需要业界逐步探索。同时，开源和白盒给众多中小型创新企业提供了新的市场机遇。
三是运营商需要大力加强自主研发、集成和运营的能力。O-RAN新模式有望为运营商带来更智慧的网络，也需要运营商有更强的研发与集成能力，能自主研发部分核心控制和管理模块，提升网络自主掌控和运营能力，并具备多厂家产品集成能力。
目前，美国三大设备商Altiostar、Mavenir、Parallel Wireless和中国的赛特斯、佰才邦、新华三等公司正致力于O-RAN设备的软硬件开发集成及测试。另外，O-RAN成功与否，很大程度上取决于能否找到好的测试和集成能力。为此，2019年11月9日，中国三大运营商携手成立O-RAN网络测试与集成中心（OTIC），为基于O-RAN架构研发的设备提供了有效的验证平台，加速异厂商基站设备互通集成进程，促进满足标准的产品尽快落地商用。
Open RAN（O-RAN）参考架构的设计原则建立在无线网CU/DU架构和功能虚拟化的基础之上，引入开放接口和开放硬件参考设计，同时利用人工智能优化无线控制流程。O-RAN从整体逻辑上划分为4个功能组件，如图3-2所示。
图3-2 O-RAN功能架构
在O-RAN整体架构中，引入了无线网智能控制器组件。这一组件的核心是利用人工智能技术针对无线资源的使用和分配进行推理、判断和决策，特别是利用预测能力增强资源分配的合理性。而根据处理时延的特性，可将RIC划分为非实时无线网智能控制器和准实时无线网智能控制器。非实时无线网智能控制器具有微服务和策略管理、无线网络分析和AI模型的训练等功能。训练后的AI模型通过A1接口分发给近实时无线网智能控制器进行在线推理和执行。
A1接口用于完成非实时无线网智能控制器嵌入网管功能，而近实时控制器嵌入无线网元eNB/gNB中。由于人工智能的引入，网管与无线网元间的管理接口A1超出传统网管的功能，扩展了基站运行策略的下发执行以及AI机器学习模型的下发等新的数据及管理信令信息，A1接口网络管理命令时延属于非实时的，控制环时延＞1s。
O-RAN架构中的近实时无线网智能控制器组件嵌入到CU内运行，可理解为嵌入人工智能技术的下一代RRM（RRC层的无线资源管理功能）增强功能实体。near-RT RIC的功能可以是全部或者部分RRM的功能，完全兼容传统的RRM功能，例如：基于用户级的载波负载均衡判断、无线承载管理、干扰监测以及移动性管理等。考虑CU内的RRM是跨多个DU的控制节点，在无线资源管理能力上又具有全局性的资源管理特点，结合人工智能/机器学习技术后，可以利用人工智能的业务或者资源预测能力提升多站无线资源管理的效率。near-RT RIC同时又是一个开放、健壮、安全、能力可拓展的算法实时运行平台，接纳第三方提供的人工智能执行模型或微服务。这为运营商引入第三方定制化的功能逻辑提供了基础平台，成为未来无线网具备定制化、满足各类差异化需求的关键。
E2接口是介于Near-RT RIC与CU/DU协议栈软件之间的标准接口。类比于传统设备的RRM与RRC之间的接口，near-RT RIC不仅通过E2接口收集无线网各功能实体的测量信息，也通过这一接口下发控制命令字给基站，最终实现对基站行为的控制。E2接口控制命令时延属于近实时，实时性要求处于实时和非实时之间，闭环控制时延值≥10ms（但小于1s）。在开放的软件架构下，通过E2接口的标准化，可实现near-RT RIC功能软件独立于传统基站软件版本的迭代演进能力，缩短软件功能的上市时间。
多制式的CU协议栈软件功能不仅包括4G、5G协议栈，也包括其他协议处理功能。协议栈软件功能层需要接收并执行near-RT RIC生成的控制命令字（如针对某个UE的切换命令）。而CU所部署的云平台提供了CU协议栈软件以及near-RT RIC功能组件的运行环境，具有安全隔离、统一加速器资源封装等能力。CU协议栈软件辅以统一的云平台能力，是无线网智能化的基础。
F1/E1/X2/Xn接口是与CU协议栈相关的3GPP标准接口，需要进一步增强实现异厂商间的互通能力。
O-DU和O-RU包括实时的层2功能、基带信号处理、无线射频处理等功能，这部分功能主要由通用IT硬件芯片及通用服务器实现。针对这部分的研究聚焦在白盒参考设计、统一硬件的器件选型等方面。
在前传接口方面，DU与RU间的前传（Front Haul，FH）接口方案需要被进一步规范化和开放化，包括控制平面（Control Plane）、用户平面（User Plane）、同步平面（Synchronization Plane）和管理平面（Management Plane）4个平面的消息传输。也包括DU与RU间功能的重构、前传扩展单元的设计以及接口流程的标准化等方面，最终确保异厂商间的互通。另外DU和RU之间的前传控制接口时延要求是最高的、属于实时性的，通常时延小于10ms。
这里要特别说明的是前传管理平面（Fronthaul M-plane）接口，在5G系统规范中，是指分布式单元DU与无线单元RU之间的内部管理接口。3GPP虽然对DU和RU之间数据传输的CPRI接口和eCPRI接口即C/U平面协议进行了规范，但并没有对前传管理平面协议进行规范，这个接口的协议规范留个给了各个设备厂家自行定义，并没有开放。前传管理平面功能主要包括“启动”安装、软件管理、配置管理、性能管理、故障管理、文件管理。
在Open RAN（O-RAN）规范中，又专门定义了O1接口来管理O-RU单元。为了实现与现有产品的后向兼容性，O-RAN希望设备厂家开发各自的基于eCPRI接口的前传管理平面规范，通过O-DU直接管理O-RU。这样一来，O-RU就有两组不同的管理接口：O1 O-RU接口与eCPRI Fronthaul M-plane接口，并且不同厂家的前传接口管理平面规范也不一样。通过两组接口对O-RU进行管理的称为混合模式，而通过单一的O1接口管理O-RU的称为扁平模式。
当然，O-RAN不意味着必须采用x86架构，O-RAN也会选择ARM架构。
O-RAN联盟截至2018年12月共设置了9个工作组（Working Group，WG），围绕着O-RAN的整体架构开展相关研究，制定相关Open RAN规范，同时试图补充3GPP在5G标准化中的缺口（即3GPP非标准化的部分），将来还可能扩展工作组的数量。下面是各个工作组具体的工作职责范围。
● WG1：负责应用需求定义、场景分析、O-RAN整体架构的制定和协调各个工作组的相关工作。
● WG2：负责无线网智能控制器非实时功能设计，以及A1接口标准的研究工作。
● WG3：负责无线网智能控制器近实时功能设计，以及E2接口标准的研究工作。
● WG4：负责前传接口（eCPRI/NGFI）的标准化制定。
● WG5：负责围绕CU的相关3GPP协议接口的标准化增强，实现异厂商互通。
● WG6：负责无线云平台的增强研究，增强MANO和NFVI的能力扩展研究，并促进开源社区的相关实现。
● WG7：负责白盒硬件的参考设计研发，统一硬件选型的规格。
● WG8：负责探索成立O-RAN开源社区，推进CU/DU协议栈软件和无线网智能控制器的开源实现，降低行业的研发成本。
● WG9：负责前传、中传、回传技术及规范研究。
从O-RAN核心技术特征来看，其主要目的就是要将无线系统基站设备切分为各个标准子系统组件或模块，分层独立研发，支持基于硬件加速器（比如采用FPGA硬件来完成实时性很强的编/解码任务）、通用硬件平台和RU射频子系统的硬件独立解耦采购。考虑到无线网络复杂度和实时性要求，O-RAN将采取阶段式推进方式，总体预期将会有两个阶段：
第一个阶段是在2020年前实现接口标准化、白盒小站商用、非实时智能管控商用和集中控制部分协议栈软件开源；第二个阶段是在2020年后逐步实现智能控制器和智能网管商用、探索宏站白盒化方案及应用、完成基站开源协议栈软件完整版本。