如何設(shè)計(jì)和驗(yàn)證 5G 系統(tǒng)，第 3 部分

設(shè)計(jì) 5G 系統(tǒng)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，因?yàn)橹С制鋸?qiáng)大功能所需的技術(shù)使它們比其前輩復(fù)雜得多。由于需要與基于早期 4G、3G 和 2G 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)行向后兼容性/互操作性，這進(jìn)一步加劇了這種情況。而且，與舊標(biāo)準(zhǔn)不同，5G 規(guī)范必須支持智能手機(jī)、自動(dòng)駕駛汽車和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用的各種算法和服務(wù)模型。更復(fù)雜的是，這些設(shè)備中的許多設(shè)備在基于云的應(yīng)用程序和 AI/ML 算法中實(shí)現(xiàn)了不同程度的功能。

復(fù)雜性并不是5G 系統(tǒng)帶來的唯一挑戰(zhàn)。系統(tǒng)靈活性為設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)增加了另一個(gè)維度。5G 標(biāo)準(zhǔn)仍在不斷發(fā)展，新版本會(huì)定期發(fā)布，而且看不到盡頭。這迫使開發(fā)無線電頭、基帶站和其他 5G 核心技術(shù)的公司只關(guān)注適用于其產(chǎn)品所需功能的標(biāo)準(zhǔn)元素，而忽略以后可能成為問題的更多全球性問題.

5G 蜂窩變化

流經(jīng) 5G 網(wǎng)絡(luò)的前所未有的流量水平是由智能手機(jī)以外的眾多來源產(chǎn)生的。這些網(wǎng)絡(luò)為智能家居/建筑/城市設(shè)備、智能電網(wǎng)元素、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛車輛以及呈指數(shù)增長(zhǎng)的 AI/ML 應(yīng)用程序列表提供了通往物聯(lián)網(wǎng)的入口。流量以及設(shè)備的數(shù)量和多樣性正在迫使無線接入網(wǎng)絡(luò) (RAN) 轉(zhuǎn)型。

4G RAN 只有一項(xiàng)工作——將智能手機(jī)連接到運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)絡(luò)。它們由一系列互連的基站組成，每個(gè)基站由一個(gè)基帶單元 (BU) 和一個(gè)遠(yuǎn)程無線電頭端 (RH) 以及一個(gè)或多個(gè)天線組成。

具有 RH 的集成 BU 的設(shè)計(jì)是由主導(dǎo)該領(lǐng)域的三個(gè)供應(yīng)商構(gòu)思和嚴(yán)格控制的。這種準(zhǔn)壟斷導(dǎo)致了一個(gè)封閉的標(biāo)準(zhǔn)，限制了更廣泛的競(jìng)爭(zhēng)?；叵肫饋恚?G 標(biāo)準(zhǔn) CPRI 和 OBSAI 被賦予了很大的自由度，大型供應(yīng)商通過將他們自己的關(guān)鍵技術(shù)(例如壓縮方法)的專有“風(fēng)格”引入他們的解決方案中。這確保了整個(gè)端到端解決方案將由一個(gè)供應(yīng)商提供。

5G 改變了上述所有情況。用于開發(fā) 5G 標(biāo)準(zhǔn)的開放流程讓蜂窩運(yùn)營(yíng)商對(duì)他們用于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的功能和特性有更多的發(fā)言權(quán)。它使他們有機(jī)會(huì)參與下一代高度可配置網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)，這些網(wǎng)絡(luò)可以輕松定制以適應(yīng)世界各地地區(qū)和城市的需求。真正開放的全球標(biāo)準(zhǔn)還允許任何硬件/軟件設(shè)計(jì)師或制造商在 5G 產(chǎn)品開發(fā)中發(fā)揮作用，從而鼓勵(lì)創(chuàng)新。

5G 也代表了 RAN 架構(gòu)的根本變化。在 5G 中，RAN 已演變?yōu)榧惺?RAN 或 C-RAN。4G RAN 的緊密集成結(jié)構(gòu)已分解為由四個(gè)組件組成的“前傳網(wǎng)絡(luò)”：

1. 幾個(gè)集中單元(CU)，

2. 每個(gè) CU 有幾個(gè)分布式單元 (DU)，

3. 每個(gè) DU 有幾個(gè)無線電單元 (RU)，以及

4. 多個(gè)MIMO(多輸入多輸出)天線。

C-RAN 的分解允許相互遠(yuǎn)程安裝 CU、DU 和 RU，從而帶來以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

· 分散式單元提供基于云的 RAN，其覆蓋城市周圍的區(qū)域比 4G 網(wǎng)絡(luò)使用的 BU 大得多。

· 分布式單元將 RH 與 BU 分開。雖然 4G 塔通常只有 4 到 6 根天線，但 5G RU 可以驅(qū)動(dòng)多達(dá) 64×64 MIMO 天線，每個(gè)天線都可以支持波束成形并實(shí)現(xiàn)帶寬的大幅增加和顯著降低的延遲。

· 多個(gè)DU協(xié)同工作，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況為RU動(dòng)態(tài)分配資源。

· 在向 5G 過渡的傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，無線 RU 網(wǎng)絡(luò)連接類似于接入點(diǎn)或塔的無線設(shè)備。

C-RAN 網(wǎng)絡(luò)的其他優(yōu)勢(shì)包括靈活地匯集資源、重用基礎(chǔ)設(shè)施、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)和管理以及支持多種技術(shù)的能力。從 OPEX 的角度來看，它們提供了更低的能耗以及更低的資本和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

由于 5G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加異構(gòu)和自組織，它們更容易演進(jìn)以適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)條件和新機(jī)遇。而且，由于 C-RAN 更容易和更快地部署，它避免了重建傳輸網(wǎng)絡(luò)，這是顯著降低其總擁有成本 (TCO) 的另一個(gè)因素。

可以根據(jù)需要在城市和農(nóng)村地區(qū)定制 5G 網(wǎng)絡(luò)，從而為蜂窩運(yùn)營(yíng)商提供許多硬件/軟件配置和用例。這種靈活性源于開放無線電接入網(wǎng)絡(luò) (O-RAN) 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由電信行業(yè)成員的大型聯(lián)盟O-RAN 聯(lián)盟定義。它定義了開放、可互操作的接口、API、RAN 虛擬化和支持大數(shù)據(jù)的 RAN 智能。該標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是利用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中使用的相同物理電纜。O-RAN 聯(lián)盟還參與了 5G 網(wǎng)絡(luò)中使用的其他基于以太網(wǎng)的協(xié)議，包括增強(qiáng)型通用公共無線電接口 (eCPRI) 和以太網(wǎng)無線電 IEEE1914.3 (RoE)。