5G需求將決定無線網(wǎng)的演進(jìn)方向

在“無線互聯(lián)網(wǎng)”流量持續(xù)快速增長而收入增長放緩、語音收入下降的背景下，運(yùn)營商必須依托5G應(yīng)對不斷增長的流量需求和不斷涌現(xiàn)的新業(yè)務(wù)，同時針對多樣化的垂直行業(yè)帶來的“藍(lán)海市場”拓展盈利能力。因此業(yè)界達(dá)成了共識，定義了5G三大應(yīng)用場景：增強(qiáng)移動寬帶通信（eMBB）、低延遲高可靠通信（uLLRC）和海量物聯(lián)網(wǎng)通信（mMTC）。

為應(yīng)對這些新的需求，業(yè)界已經(jīng)做出了一些嘗試。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）、基于服務(wù)的核心網(wǎng)架構(gòu)（SBA）、網(wǎng)絡(luò)切片等都是為了能夠快速應(yīng)對多樣化需求而做出的通信網(wǎng)形態(tài)改變。這些改變無一不體現(xiàn)了中國移動提出的通信4.0的開放、靈活、低成本、ICDT融合發(fā)展等理念。

5G核心網(wǎng)的變革已經(jīng)悄然發(fā)生，而在無線接入網(wǎng)領(lǐng)域，5G無線接入網(wǎng)具有業(yè)務(wù)多、帶寬大、頻段高等特點(diǎn)，勢必引起單站覆蓋變小、設(shè)備復(fù)雜度增加、建網(wǎng)規(guī)模增大，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)成本巨大、投資回報(bào)風(fēng)險增大。結(jié)合無線網(wǎng)這些具體的特征和需求，無線接入網(wǎng)領(lǐng)域勢必需要引入新的IT、CT、DT融合的研發(fā)和設(shè)計(jì)思路，這與通信產(chǎn)業(yè)的宏觀演進(jìn)趨勢一脈相承。

基于此，中國移動聯(lián)合AT&T等運(yùn)營商整合C-RAN聯(lián)盟和xRAN論壇，主導(dǎo)創(chuàng)建O-RAN產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，提出了“開放”和“智能”兩大核心愿景，這符合通信產(chǎn)業(yè)大的發(fā)展趨勢，也是運(yùn)營商主導(dǎo)的又一次大的網(wǎng)絡(luò)變革，希望利用大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)建設(shè)開放智慧無線網(wǎng)絡(luò)，同步結(jié)合開放標(biāo)準(zhǔn)、白盒硬件和開源軟件來降低無線網(wǎng)絡(luò)成本。

O-RAN的核心特征

O-RAN致力于推動無線接入網(wǎng)3傳統(tǒng)模式向更開放、更智能的方向演進(jìn)，核心特點(diǎn)包括4個方面。

一是接口開放。傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的接口大多是廠家私有實(shí)現(xiàn)的封閉接口，如RAN BBU和RRU之間接口、BBU與OMC之間的接口均不開放。接口開放的目標(biāo)是讓原來不開放的無線網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)化、開放化，通過各類接口開放，繁榮產(chǎn)業(yè)生態(tài)，降低各類模塊單元成本的同時，鼓勵業(yè)務(wù)創(chuàng)新，降低成本。

二是軟件開源。傳統(tǒng)無線設(shè)備由廠家單獨(dú)封閉開發(fā)，周期長、成本高。軟件開源的目標(biāo)是讓無線網(wǎng)絡(luò)通用及基礎(chǔ)軟件開源化，如底層操作系統(tǒng)及協(xié)議棧軟件等的開源，通過更多企業(yè)共同研發(fā)，共享開源代碼，降低研發(fā)成本，加快研發(fā)進(jìn)度?；陂_源軟件，各個產(chǎn)業(yè)合作伙伴聚焦在體現(xiàn)自身能力與價值的核心算法及差異化功能的研發(fā)上，既降低行業(yè)整體研發(fā)成本，又體現(xiàn)每個單位的差異化價值，實(shí)現(xiàn)共贏。

三是硬件白盒。傳統(tǒng)無線設(shè)備的研發(fā)門檻較高，不利于引入更多的中小型創(chuàng)新公司，不利于促進(jìn)產(chǎn)業(yè)競爭和創(chuàng)新。硬件白盒的思路是通過“公版”的開放設(shè)備參考設(shè)計(jì)，形成規(guī)模效應(yīng)，降低全產(chǎn)業(yè)鏈成本，同時降低研發(fā)難度和研發(fā)成本，吸引更多中小企業(yè)進(jìn)入到電信行業(yè)，促進(jìn)競爭，鼓勵創(chuàng)新。

四是智慧開放運(yùn)營。目標(biāo)是通過引入無線大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)以及無線能力開放平臺，賦予無線網(wǎng)絡(luò)一定的智能，利用大數(shù)據(jù)和AI能力可以靈活高效地支持復(fù)雜多樣的垂直行業(yè)業(yè)務(wù)及切片需求，在復(fù)雜組網(wǎng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效自動化的網(wǎng)絡(luò)管理和頻譜資源的高效利用，在降低現(xiàn)有無線資源管理及調(diào)度算法復(fù)雜度的同時來提升無線網(wǎng)絡(luò)的性能和降低無線網(wǎng)絡(luò)的能耗。

通過開放、開源及白盒，可以給中小企業(yè)帶來全新的機(jī)會，鼓勵創(chuàng)新發(fā)展，從而帶動產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步繁榮與壯大；利用智能技術(shù)，也可以進(jìn)一步提升無線網(wǎng)絡(luò)的智慧化水平，實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)營，支持靈活切片，提升網(wǎng)絡(luò)性能，降低運(yùn)維成本。

O-RAN架構(gòu)與功能組件劃分

O-RAN參考架構(gòu)的設(shè)計(jì)原則建立在無線網(wǎng)CU/DU架構(gòu)和功能虛擬化的基礎(chǔ)之上，引入開放接口和開放硬件參考設(shè)計(jì)，同時利用人工智能優(yōu)化無線控制流程。O-RAN從整體邏輯上劃分了4個功能組件，如圖1所示。

圖1? O-RAN的邏輯架構(gòu)

無線網(wǎng)智能控制器非實(shí)時層（Non-RT RIC）

在O-RAN整體架構(gòu)中，引入了無線網(wǎng)智能控制器組件。這一組件的核心是利用人工智能技術(shù)針對無線資源的使用和分配進(jìn)行推理、判斷和決策，特別是利用預(yù)測能力增強(qiáng)資源分配的合理性。而根據(jù)處理時延的特性，可將RIC劃分為非實(shí)時無線智能控制器和準(zhǔn)實(shí)時無線智能控制器。非實(shí)時的智能控制器具有微服務(wù)和策略管理、無線網(wǎng)絡(luò)分析和AI模型的訓(xùn)練等功能。訓(xùn)練后的AI模型通過A1接口分發(fā)給近實(shí)時無線智能控制器進(jìn)行在線推理和執(zhí)行。

A1接口用于完成非實(shí)時無線智能控制器嵌入于網(wǎng)管功能，而近實(shí)時控制器嵌入于無線網(wǎng)元eNB/gNB中。由于人工智能的引入，網(wǎng)管與無線網(wǎng)元間的管理接口A1超出傳統(tǒng)網(wǎng)管的FCAPS功能擴(kuò)展了基站運(yùn)行策略的下發(fā)以及AI機(jī)器學(xué)習(xí)模型的下發(fā)等新的數(shù)據(jù)信息。

無線網(wǎng)智能控制器近實(shí)時層（near-RT RIC）

O-RAN架構(gòu)中的近實(shí)時無線網(wǎng)絡(luò)智能控制器組件嵌入到CU內(nèi)運(yùn)行，可理解為嵌入人工智能技術(shù)的下一代RRM（RRC層的無線資源管理功能）增強(qiáng)功能實(shí)體。near-RT RIC的功能可以是全部或者部分RRM的功能，完全兼容傳統(tǒng)的RRM功能，例如：基于用戶級的載波負(fù)載均衡判斷、無線承載管理、干擾監(jiān)測以及移動性管理等?？紤]CU內(nèi)的RRM是跨多個DU的控制節(jié)點(diǎn)，在無線資源管理能力上又具有全局性的資源管理特點(diǎn)，結(jié)合人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)后，可以利用人工智能的業(yè)務(wù)或者資源預(yù)測能力提升多站無線資源管理的效率。near-RT RIC同時又是一個開放、頑健、安全、能力可拓展的算法實(shí)時運(yùn)行平臺，接納第三方提供的人工智能執(zhí)行模型或微服務(wù)。這為運(yùn)營商引入第三方定制化的功能邏輯提供了基礎(chǔ)平臺，成為未來無線網(wǎng)具備定制化、滿足各類差異化需求的關(guān)鍵。

E2接口是介于near-RT RIC與CU/DU協(xié)議棧軟件之間的標(biāo)準(zhǔn)接口。類比于傳統(tǒng)設(shè)備的RRM與RRC之間的接口，near-RT RIC不僅通過E2接口收集無線網(wǎng)各功能實(shí)體的測量信息，也通過這一接口下發(fā)控制命令字給基站，最終實(shí)現(xiàn)對基站行為的控制。在開放的軟件架構(gòu)下，通過E2接口的標(biāo)準(zhǔn)化，可實(shí)現(xiàn)near-RT RIC功能軟件獨(dú)立于傳統(tǒng)基站軟件版本的迭代演進(jìn)能力，縮短軟件功能的上市時間。

多制式CU協(xié)議棧軟件和云平臺

多制式的CU協(xié)議棧軟件功能不僅包括4G、5G協(xié)議棧，也包括其他協(xié)議處理功能。協(xié)議棧軟件功能層需要接收并執(zhí)行near-RT RIC生成的控制命令字（如針對某個UE的切換命令）。而CU所部署的云平臺提供了CU協(xié)議棧軟件以及near-RT RIC功能組件的運(yùn)行環(huán)境，具有安全隔離、統(tǒng)一加速器資源封裝等能力。CU協(xié)議棧軟件輔以統(tǒng)一的云平臺能力，是無線網(wǎng)智能化的基礎(chǔ)。

F1/W1/E1/X2/Xn接口是圍繞著CU協(xié)議棧相關(guān)的3GPP標(biāo)準(zhǔn)接口，需要進(jìn)一步被增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)異廠商間的互通能力。

DU和RRU功能實(shí)體

DU和RRU包括實(shí)時的層2功能、基帶信號處理、無線射頻處理等功能，這部分功能主要由專有的CT硬件實(shí)現(xiàn)。針對這部分的研究聚焦在白盒參考設(shè)計(jì)、統(tǒng)一硬件的器件選型等方面。

在前傳接口方面，DU與RRU間的前傳接口方案需要被進(jìn)一步規(guī)范化，包括DU與RRU間功能的重構(gòu)、前傳擴(kuò)展單元的設(shè)計(jì)以及接口流程的標(biāo)準(zhǔn)化等方面，最終確保異廠商間的互通。

O-RAN聯(lián)盟設(shè)立8個工作組

O-RAN聯(lián)盟截至2018年12月初步設(shè)置了8個工作組，圍繞著O-RAN的整體架構(gòu)開展相關(guān)研究。

工作組1負(fù)責(zé)應(yīng)用需求定義、場景分析、O-RAN整體架構(gòu)的制定和協(xié)調(diào)各個工作組的相關(guān)工作；工作組2負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)智能控制器非實(shí)時功能設(shè)計(jì)以及A1接口標(biāo)準(zhǔn)的研究工作；工作組3負(fù)責(zé)無線網(wǎng)絡(luò)智能控制器近實(shí)時功能設(shè)計(jì)以及E2接口標(biāo)準(zhǔn)的研究工作；工作組4負(fù)責(zé)前傳接口（eCPRI/NGFI）的標(biāo)準(zhǔn)化制定；工作組5負(fù)責(zé)圍繞CU的相關(guān)3GPP協(xié)議接口的標(biāo)準(zhǔn)化增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)異廠商互通；工作組6負(fù)責(zé)無線云平臺的增強(qiáng)研究，增強(qiáng)MANO和NFVI的能力擴(kuò)展研究，并促進(jìn)開源社區(qū)的相關(guān)實(shí)現(xiàn)；工作組7負(fù)責(zé)白盒硬件的參考設(shè)計(jì)研發(fā)，統(tǒng)一硬件選型的規(guī)格；工作組8負(fù)責(zé)探索成立O-RAN開源社區(qū)，推進(jìn)CU/DU協(xié)議棧軟件和無線網(wǎng)智能控制器的開源實(shí)現(xiàn)，降低行業(yè)的研發(fā)成本。

考慮到無線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度和實(shí)時性要求，O-RAN將采取階段式推進(jìn)方式，總體預(yù)期將會有兩個階段。第一個階段是在2020年前實(shí)現(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)化、白盒小站商用、非實(shí)時智能管控商用和集中控制部分協(xié)議棧軟件開源。第二個階段是在2020年后逐步實(shí)現(xiàn)智能控制器和智能網(wǎng)管商用、探索宏站白盒化方案及應(yīng)用、完成基站開源協(xié)議棧軟件完整版本。

O-RAN聯(lián)盟現(xiàn)狀

2018年2月27日，中國移動聯(lián)合美國AT&T、德國電信、日本NTT docomo、法國Orange等4家國際運(yùn)營商在世界移動通信大會上共同發(fā)布成立O-RAN聯(lián)盟的宣言。2018年6月27日，O-RAN聯(lián)盟在上海正式成立。

O-RAN是在德國注冊的非營利獨(dú)立法人社團(tuán)。O-RAN組織架構(gòu)如圖2所示，最高決策機(jī)構(gòu)為董事會，根據(jù)O-RAN章程規(guī)定，董事會由各運(yùn)營商CTO級別的領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)任，如AT&T的董事會成員即為其CTO Andrew Fuetsch。此外，董事會內(nèi)部設(shè)立執(zhí)行委員會（Executive Committee，EC），由5家發(fā)起單位（AT&T、中國移動、德國電信、NTT docomo和法國電信）構(gòu)成，該執(zhí)行委員會負(fù)責(zé)商討O-RAN聯(lián)盟的各類重要事務(wù)，同時向董事會提供建議、安排董事會會議等。在執(zhí)行委員會下設(shè)立技術(shù)管理委員會（Technical Steering Committee，TSC），負(fù)責(zé)O-RAN的各項(xiàng)技術(shù)相關(guān)的討論和研究，如O-RAN技術(shù)架構(gòu)、用例和需求等。

圖2? O-RAN聯(lián)盟工作組

自O(shè)-RAN聯(lián)盟正式成立以來，O-RAN的影響力迅速擴(kuò)大，得到眾多設(shè)備商和運(yùn)營商的認(rèn)可，截至2018年12月，章程里規(guī)定的由運(yùn)營商構(gòu)成的15個董事會席位已經(jīng)全部確定，包括中國移動、中國電信、NTT docomo、韓國電信、SK電信、新加坡電信、Reliance、BharTI Airtel、德國電信、法國電信、意大利電信、西班牙電信、AT&T、Verizon和Telstra。

此外，隨著O-RAN聯(lián)盟的注冊完成以及IPR的確定，O-RAN聯(lián)盟開始接納會員申請。當(dāng)前，共有約81家公司表示興趣，其中既包括愛立信、諾基亞、中興、大唐、高通、英特爾等著名廠商，也包括很多中小型、創(chuàng)新型企業(yè)單位。除運(yùn)營商外，37家公司已經(jīng)提交申請表，26家公司正式被批準(zhǔn)成為O-RAN成員。

通信產(chǎn)業(yè)的影響與機(jī)遇

O-RAN聯(lián)盟所提出的開放、開源、白盒和智能等理念，有望使原來研發(fā)封閉、網(wǎng)絡(luò)成本最高的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)更加開放，運(yùn)營更加智慧高效，并向合作伙伴開放更多的無線能力，從而使未來5G網(wǎng)絡(luò)成本更低、體驗(yàn)更佳、業(yè)務(wù)更豐富。但與此同時，O-RAN全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也給產(chǎn)業(yè)和運(yùn)營商帶來了新的挑戰(zhàn)。

一是宏站白盒化難度很高。主要是因?yàn)榇笠?guī)模天線陣處理復(fù)雜度對設(shè)計(jì)要求極高，軟硬件耦合度也很高，短期內(nèi)難以推出高性能白盒宏基站方案產(chǎn)品。因此，O-RAN白盒將從小基站切入。

二是開源與白盒既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。IT與CT的融合趨勢已被廣泛認(rèn)可，開源與白盒已在IT領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，并在業(yè)務(wù)網(wǎng)、核心網(wǎng)中展開商用。但傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備由于處理復(fù)雜度、功耗、體積、承重、散熱等因素，都是采用硬件黑盒及軟件閉源的方式實(shí)現(xiàn)。面向5G，將開源與白盒的優(yōu)勢如何引入無線網(wǎng)絡(luò)需要業(yè)界逐步探索。同時開源和白盒給眾多中小型創(chuàng)新企業(yè)提供了新的市場機(jī)遇。

三是運(yùn)營商需要大力加強(qiáng)自主研發(fā)、集成和運(yùn)營能力。O-RAN新模式有望為運(yùn)營商帶來更智慧的網(wǎng)絡(luò)，也需要運(yùn)營商有更強(qiáng)的研發(fā)與集成能力，能自主研發(fā)部分核心控制和管理模塊，提升網(wǎng)絡(luò)自主掌控和運(yùn)營能力，并具備多廠家產(chǎn)品集成能力。