O-RAN聯盟全力加速硬件白盒化是重要一環

中國移動研究院|段然 崔春風

O-RAN聯盟的成立，在業界“一石激起千層浪”。如何在通用性、能效比、綜合成本三者間達到平衡，是白盒基站參考設計研發的核心關鍵問題。

2018年2月27日，在西班牙巴塞羅那舉行的世界移動通信大會上，中國移動、美國AT&T、德國電信、日本NTT docomo以及法國Orange等五家電信運營企業宣布聯合成立O-RAN聯盟，旨在將下一代無線通信網絡的開放性提升到新的水平。目前已經有全球15家主流運營商加入，并吸引了業界主流廠商（包括傳統通信設備商、芯片廠商、服務器廠商、云供應商）的加入。

O-R AN聯盟是C-R AN聯盟及xRAN論壇的融合，并在其工作成果及目標上進行擴展，致力于推動無線接入網向更開放、更智能的方向演進，由傳統模式向開放智能的方向演進，充分體現了中國移動提出的通信4.0的理念，即IT、CT與DT的融合發展。本文將在簡要介紹O-RAN聯盟的基礎上，進一步展開闡述白盒基站理念，以及對白盒基站部署和應用策略的思考，希望能夠起到拋磚引玉的作用，開啟讀者更深層次的思考。

向“開放”與“智能”演進的無線網絡

無線網絡建設一直是運營商網絡綜合成本（TCO）的最主要部分，大致占比在60%～70%。大部分運營商剛經歷4G網絡的巨大投資，就將面對5G網絡的投資建設壓力；5G網絡“帶寬大、頻段高”等特點，勢必造成單站設備成本高、建網規模大，這就需要引入新技術、新方案，通過方案革新降低建設難度、減少無線網絡的TCO投入。

同時，5G網絡又是運營商必須投資的網絡，其為運營商拓展垂直行業提供良好的技術基礎，在“無線互聯網”流量收入增長放緩、語音收入下降的背景下，垂直行業是運營商必須進入的“藍海市場”，拓展運營商的盈利能力將是5G網絡的首要任務。垂直行業的新業務意味著更多樣的業務類型、更復雜的網絡管理，需要更高效的資源管理方案以及更靈活的網絡架構以便于開展業務創新。

在這一大背景下，由運營商主導的O-R A N產業聯盟應運而生，提出了“開放”和“智能”兩大核心愿景。O-RAN聯盟的核心工作目標和內容包括以下四點。

一是網絡智能化。實現無線接入網從配置管理到空口資源的智能管控，包括運維網管智能化、網元智能化、網絡資源編排智能化在內的幾個方面，通過引入人工智能、大數據等方法，獲得復雜組網環境下高效自動化的設備管理和頻譜資源應用能力。

二是接口開放化。在3GPP、IEEE等的基礎上，擴展與完善無線網絡功能軟硬件接口（如前傳、中傳以及無線智能控制器的相關接口等）的細節定義，實現基于異廠商互操作的混合部署，最終促進行業內的分工協作和產業繁榮。

三是硬件白盒化。在軟硬件解耦的基礎上，引入通用器件和平臺，并開放硬件的參考設計，利用通用器件的規模效應降低基站硬件的綜合成本。通用器件不僅包括通用處理器，也包括RRU射頻器件等。

四是軟件開源化。基站軟件開源是指無線協議棧、物理層協議處理軟件的開源，以及支持無線軟硬件解耦的NFV平臺和開源管理軟件的增強，共享基礎軟件研發成果，降低行業的整體研發成本，讓各個產業合作伙伴聚焦在核心軟件及差異化能力的研發，提升行業整體價值。

在這其中，硬件白盒化是最為重要的工作內容之一，也是無線網“開放性”概念的一個重要組成部分。運營商期望通過硬件的白盒化進一步降低綜合成本，并構建智能無線網絡的基礎。

共享帶來共贏，通用降低成本

“白盒化”在交換機、服務器領域已被人熟知，如FaceBook主導的OCP、AT&T主導的CORD項目都吸引了業界不少的目光。2017年11月，在TIP組織下成立的OpenRAN工作組，更是將在無線接入網領域構建開放生態作為項目目標，其核心目標是研發基于通用處理平臺和解耦軟件的RAN技術。這類嘗試都有著不同的側重點。傳統意義中，“白盒化”意味著服務提供商通過與芯片供應商的密切合作，按需完成完整的定制化硬件設計，從而跳過硬件品牌供應商而由代工廠直接生產所需硬件產品（典型項目：OCP）。而OpenRAN項目是從構造產業生態，從實現的角度，基于通用處理硬件平臺去拉動多廠商分工集成的生態，通過細化分工促進生態繁榮，最終實現降低成本的目的。

而不同于以往這類嘗試，O-RAN聯盟提倡的“無線白盒硬件”是從另外一個角度去解決硬件成本問題。包括兩方面：一是制定無線專用設備的參考設計標準，并在行業內實現研發成果共享；二是引入通用處理平臺，應用于通信的信號處理。這兩個策略的核心是相同的，通過在設備廠商間共享硬件設計，降低研發的成本投入，并實現器件選型的近似統一。而核心芯片總使用量的規模效應，將攤薄上游芯片和器件的設計和研發成本，最終降低設備廠商器件采購的成本，從而從源頭降低通信行業設備的硬件成本。除降低行業研發和器件采購的成本外，還將帶來以下幾方面的影響。

硬件通用化將極大地降低行業的準入門檻

一些不具備電信級硬件設備研發能力的廠商僅投入軟件研發，即可進入通信設備的研發領域。目前通信行業中已經出現了專職于通信軟件研發的企業，如Mavenir、Altiostar、Parallel Wireless、賽特斯等，這一趨勢正在逐漸形成。

增大了在不同場景下技術方案的差異性

任何一個方案都有其應用場景，只要限制其應用場景，就可以揚長避短，白盒基站更是如此。5G時代，在宏站設計追求無線通信性能最優的同時，預期中的海量微站和擴展型室分皮站站型的大量應用，將會帶來無線網絡建設與運維成本的巨大壓力，因此低成本的無線白盒基站首先將聚焦在這一類場景。眾所周知，小站部署具有覆蓋半徑短、場景簡單和成本敏感的特點，一定程度上降低了對于通信設備的性能指標要求，硬件同質化帶來的通信性能指標的趨同性也就不是主要矛盾了。

MEC與白盒基站的融合設計

目前業界正在悄然達成一個共識，MEC邊緣業務有可能首先為5G帶來營收增益。甚至有專家表示，如果沒有MEC等邊緣計算解決方案，5G將無法實現所有性能目標，這充分顯示了MEC在未來5G時代的重要性。而另一方面，由于無線白盒基站倡導在基帶側引入了通用處理平臺，這一電信設備的IT化將帶來更靈活的軟件部署和升級能力，通過引入虛擬機或者容器技術，更可以實現通信協議軟件與上層應用軟件的共平臺部署，從而實現MEC與無線設備的共平臺設計。又考慮到白盒基站的一個重要應用場景是為高價值的政企客戶提供通信覆蓋服務，這將帶來無限的應用想象空間和商業契機。基于這一假設，未來無線設備供應商，勢必將研發重心從通信軟件轉向業務軟件，差異化軟件能力將成為核心競爭力。

為國內芯片及器件提供了新的機會

在通信領域，一直以來核心芯片設計和研發能力都掌握在國外企業手中，這跟通信芯片復雜度高，國內企業缺乏經驗積累有直接關系。O-RAN提倡的器件通用化和設計共享理念，將給國內通信芯片產業提供新的機會。其一，基帶處理方面，加速器芯片的設計和實現難度小于基帶信號處理SoC芯片。異構的硬件加速處理器的引入是為了解決通用平臺處理效率不高的問題，僅負責部分高密度運算功能的卸載。由于其功能相對單一、設計復雜度不高，非常適合處于芯片研發起步階段的國內企業的研發實現。其二，射頻處理部分，通過規模效應推動國內射頻半導體產業加大投入，結合國內廠商的功放，濾波器等優勢方案形成參考設計。同時加速高集成度射頻芯片例如tranceiver的成熟，破除國外芯片的壟斷。其三，參考設計的共享發布客觀上確保了選型芯片的整體銷售量，是對芯片研發投入的一個很好的保護。

挑戰與展望

O-RAN聯盟的成立，在業界“一石激起千層浪”。隨著越來越多的合作伙伴加入，也將極大地加速O-RAN聯盟的相關研發和標準制定工作，我們期望更多的合作伙伴加入到我們的硬件參考設計的研發工作中，整合產業力量實現研發成果的共享，最終降低產業的整體成本。需要解決的核心技術問題還有很多。其中，如何在通用性、能效比、綜合成本三者間達到平衡，是白盒基站參考設計研發的核心關鍵問題。

未來，中國移動將不遺余力地推進O-RAN的相關工作，計劃將在2019年聯合產業合作伙伴共同開展5G白盒室分擴展型皮站的現網驗證工作，驗證無線性能、可靠性、綜合成本等指標，進一步促進白盒設備技術方案的成熟。