将规模化的性能引入开放无线接入网（Open RAN）

一个改进的开放前传接口，将性能提升至开放无线接入网（OpenRAN）。 将大规模性能引入开放无线接入网（Open RAN）一项关于开放前传接口的行业级新协议，使得通信服务提供商（CSPs）首次能够在大规模的商业网络部署中，通过Open RAN实现全面性能。 促进开放性而不妥协性能。以提供最高级别的互操作性和最佳性能的方式应对前传（fronthaul）所面临的挑战，这对爱立信来说是不言而喻的。这一承诺与运营商在部署开放无线接入网（Open RAN**）时对高性能的追求相吻合。 同时提供最高级别的互操作性和最小化额外前传成本的网络。爱立信将推出Cat-A和 新达成的开放前传接口规范Cat-B ULPI*（见下文开放前传接口标准演进），上行链路性能提升，相较于早期标准（此处称为Cat-B*）有着显著的改进。实际上，Cat-B ULPI使得大规模部署开放无线接入网（Open RAN）成为可能，同时不会影响性能，并且在前传链路成本方面达到最优。履行其对开放无线接入网的长期承诺，爱立信将于2024年开始将其无线接入网产品组合迁移至开放前传。Cat-B ULPI的前身，Cat-B， 本文将深入探讨Open RAN前传接口，聚焦于密集网络环境中Open RAN的Cat-B ULPI具体细节，以及爱立信对高性能Open RAN的承诺。Cat-B on Cloud RAN，专用RAN和无线电，优先考虑客户需求，自2024年开始。 与O-RAN联盟内的行业合作伙伴一起，爱立信积极致力于制定一个全新的前传接口规范，该规范旨在解决初始或大规模MIMO*（多输入多输出）的不足之处。 猫-B输入分割、多输出)无线电。在2023年6月，就两种新的Cat-B前传接口规格达成了一项协议。在这两种规格中，新的标准化Cat-B ULPI-A*底层拆分规范是最佳接口，可最佳地支持在如MassiveMIMO等密集环境中部署。 也被称作Cat-B分割，其开发和标准化是为了实现可互操作的开源RAN。遗憾的是，如大量仿真显示的那样，在高度动态的密集网络中，它未能达到预期的性能。前传接口（Fronthaul）是开源RAN性能最关键的接口，爱立信长期以来一直致力于此领域。 **来源：Heavy Reading O-RAN调查2023** 猫-B ULPI-A：新的M-MIMO标准，版本A或A类，指的是7.2倍上行端口接口（ULPI）带有DMRS-EQ。 猫A:当前远程射频单元（RRU）的标准，指的是7-2倍Cat-A无BF-RU分支 *开放前传接口标准演进 猫-B:目前大规模的多输入、多输出（M-MIMO）无线电的行业标准为7-2x Cat-B 猫-B ULPI-B:新标准M-MIMO版本B，或称B类，指的是带有DMRS-NEQ的7.2x ULPI。 猫-B ULPI:新的M-MIMO标准，指的是7-2x Cat-B或Cat-B上的ULPI改进。 目录 04 开放接口——开放RAN的关键要素06 前传接口的作用08 一种新的接口，以实现全互操作性并实现规模化的性能10 爱立信对开放RAN的承诺13 术语表 开放接口 – 开放无线接入网（OpenRAN）的关键要素 01 标准化的开放接口，能够以最有效的方式使不同的供应商和组件协同工作，是构建高性能网络的关键成功因素。前传是Open RAN中最关键的接口之一。因为它连接无线单元和网络，对空中接口性能和整个无线接入网络（RAN）的整体效率至关重要。 开放和基于共识的标准制定一直是电信行业最坚实的基础之一，也是其演变中的成功因素。 函数必须巧妙地在三个单元之间分配，以优化系统的性能。 无线单元和RAN（更具体地说，分布式单元），也称为底层分裂（LLS）。 水平分割（HLS），也称为高级中继接口定义了O-CU和O-DU应处理的功能。3GPP就分割达成一致，其中O-CU处理第3层功能，主要是无线资源控制（RRC）和分组数据汇聚协议（PDCP），而O-DU处理第2层功能，包括无线链路控制（RLC）和中继接入控制（MAC），以及称为高-PHY的第1层功能。由3GPP定义的O-CU和O-DU之间的接口，称为F1接口，已在O-RAN架构中实施。 开放无线接入网架构 标准化是通过3GPP推动的，在最近几年也通过O-RAN联盟来规范一些关键的开源无线接入网（Open RAN）接口。O-RAN联盟是一个全球性行业倡议，旨在定义无线接入网的技术规范和接口。O-RAN联盟的关键成员包括主要通信服务提供商（CSPs）、电信供应商如爱立信，以及云计算服务和基础设施提供商。开源无线接入网接口的标准化是在3GPP奠定的基础上进行的，并且与更广泛网络的演进（包括核心网、传输和服务管理及编排[SMO]）完全兼容。 在O-RAN联盟架构中，基带功能分为三个不同的逻辑单元，分别是O-RAN集中单元（O-CU）、O-RAN分布式单元（O-DU）和O-RAN射频单元（O-RU）。O-CU和O-DU可以在商用现成（COTS）硬件或专用硬件上运行。在COTS硬件上运行的O-CU和O-DU通常被称为云RAN。O-RU最常见的是基于专用硬件（包括应用特定集成电路，ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或数字信号处理器（DSP）。O-RAN前传接口在云RAN和专用RAN中均被使用。专用RAN和云RAN之间的区别如图1所示。 底层分裂（LLS），也称为前传接口，将O-RU和O-DU之间的功能进行分割。LLS是层1内部的分裂，位于O-DU中的高-PHY和O-RU中的低-PHY之间。LLS，尤其是O-DU中的高-PHY和O-RU中的低-PHY之间功能的精确分割，对空中接口所能达到的性能有重大影响。因此，它比RAN堆栈中的任何其他开放接口对整体频谱效率的影响都更大。接下来的章节将重点关注前传接口，以及O-DU和O-RU之间功能分割如何影响RAN的性能和设计。 开放无线接入网（Open RAN）的一个关键特征是多个供应商可以在无线接入网（RAN）领域共存。为了实现这一点，网络不同部分之间的接口必须标准化。这项工作由O-RAN联盟负责执行。它定义了开放无线接入网架构的标准和接口，使得不同供应商和组件能够以最有效的方式协同工作。O-RAN联盟指定的开放接口包括RAN和SMO（A1、O1）之间的接口以及开放前传接口之间的…… 前传接口的重要性 在云RAN中，正如在专用RAN中一样，标准需要详细指定哪些功能应在哪个单元上运行以优化系统。从本质上讲，这意味着将基站工作所必需的功能放置在不同的单元上，即O-CU、O-DU和O-RU，如图2所示。不同的高级 前端接口的作用 02 远程无线电和大规模MIMO无线电需要不同的前传接口。随着无线电单元中天线元素和处理能力的增加，前传接口需要处理复杂性也随之增加。 接口。这反过来又需要增加前传传输容量，在实践中就是在O-RU和O-DU之间增加更多光纤，这将非常昂贵。为了解决这一问题并支持大规模MIMO无线电，O-RAN联盟引入了一种新的分割，称为Cat-B分割，也称为7-2x分割。简而言之，这种分割将射频和低层物理功能放在O-RU中，将高层物理、MAC和RLC功能放在O-DU中。这种分割不仅将低层物理放在无线电单元中，而且还让低层物理处理复杂功能，特别是波束成形。Cat-B分割的目的是 功能在底层分割（LLS）的划分可以采用多种方式。最佳的划分方式取决于多个因素，包括分布式单元（O-DU）与无线电（O-RU）之间的比特率容量需求、前传延迟、无线电复杂度和无线电性能。在定义LLS时需要考虑两个主要情境：远程无线电和大规模MIMO无线电。 这两个无线电类别之间的最佳底层拆分不同。 远程无线电可以提供其设计所要求的性能，其中大部分功能位于O-DU（远端单元）中。最多拥有八个数字天线端口，相应地，O-RU（远端无线电单元）和O-DU之间有八个通道，大多数远程无线电现有的前传容量足以通过前传接口传输数据。在远程无线电场景中，与M-MIMO无线电相比，这些无线电可以更简单，除了数字前端（DFE）外，仅有一组有限的L1处理功能，而O-DU执行大部分的L1处理。为这些类型的无线电开发的规范被称为Cat-A分频，并且对于远程无线电部署来说效果良好。 远程无线电这些设备通常用于交通需求较低的地区，例如农村地区。它们通过最多八个数字天线端口与天线连接。从前传接口的角度来看，这些天线和收发器相对简单，并且与Massive MIMO收发器相比，O-RU中的处理能力需求较低。大规模MIMO无线电另一方面，它们被用于对容量要求较高的地点。它们支持超过八个数字天线端口。大规模MIMO无线电设备更为复杂，并且在O-RU中需要更多的处理能力来处理与更多数字天线端口相关更为复杂的波束成形计算。 在O-RU的处理能力和前传接口容量之间取得平衡，并创建清晰的职责分离以简化多厂商部署。遗憾的是，在这种分割中做出的设计和妥协导致在用户吞吐量性能和优化前传容量之间产生权衡，尤其是在高干扰、负载和用户设备（UE）移动性环境下进行大规模MIMO部署的上行链路。 对于大规模MIMO无线电，情况则完全不同。数字天线的数量更多——如今通常高达64个——意味着更大的计算需求，尤其是对于波束成形。这种计算可以在O-RU或O-DU中进行。但像Cat-A一样，在O-DU中运行将需要大量数据通过前传链路进行通信。 两个在O-RU中波束成形的主要挑战：信道信息丢失：将波束成形功能放置在O-RU中有助于减少传输到O-DU的流数量，但会导致信道信息丢失。延迟：波束成形在O-RU（无线单元）中基于O-DU（无线单元）中计算的前一信道信息，产生一定的延迟 生成传输到O-DU的流数量减少。这解决了前传中的比特率问题，但伴随着一些固有的缺点。流的减少导致空间和频域中的信道信息损失，降低了跟踪信道和抑制干扰的能力。该解决方案的另一个主要挑战是，O-RU中的波束成形基于在O-DU中计算的前一个信道信息，以及高空间变异性；这导致大约10-20ms的延迟，进而导致在干扰方面降低鲁棒性，而在UE移动时最佳性能。 如何分割工作 将大规模MIMO无线电移动到UE不再存在或尝试取消不再受干扰的频率干扰的物理位置。大规模MIMO网络中的性能问题意味着运营商无法在上行性能至关重要的环境中提供最佳性能，例如在体育场、繁忙的市中心街道、高楼林立的地方等。 让我们来看看Cat-B分区的技术工作原理，因为它将帮助我们更好地理解性能问题出现的地方，以及新解决方案应包括哪些内容以确保实现正确性能。图3a展示了Cat-B标准中功能分区的简化视图。Cat-B分区限制了功能 将相关功能放置于O-RU中，其中大部分放置在O-DU中，特别是上行链路信道估计、波束赋形权重计算和均衡器。这些功能都与在O-RU中运行的波束赋形功能密切相关。这意味着仍然需要在前传接口上传输大量数据。为了减轻前传中大量数据和比特率带来的挑战，如图3b所示，该标准在O-RU中引入了波束赋形功能，允许选择数字流。波束赋形功能的目的在于减少需要通过前传接口传输的数据量。而不是通过接口发送所有数字天线端口的数据，波束赋形功能创建了一组最相关的波束， 在Cat-B分频的不同可能实施方式中，但同时处理高干扰、高移动性和高空间变异性——这是Massive MIMO无线电通常部署的环境的精确特征——被证明是不可能的。当您拥有一个Massive MIMO系统——在密集城市区域可以部署的最复杂系统——您希望确保您能够以最佳方式使用您的频谱。上行链路性能不应有任何限制。这就是为什么最初商定的Cat-B标准不足以满足需求。必须对此采取措施。 为了理解这为什么会导致性能问题，想象一下在部署了大量MIMO电台的市区位置，有很多高速移动的用户设备（UE），以及时变的基站间干扰。在这种情况下，无线环境不断变化，UE在环境中移动，由这种分离所引入的任何延迟都会降低波束形成的准确性，达到不足以确保最佳性能的程度。本质上，这可能会冒险指波