5G到來(lái)前，聊聊O-RAN

姚剛

從去年開(kāi)始，“5G即將來(lái)臨”的呼聲越來(lái)越大，這個(gè)原本只是移動(dòng)通信領(lǐng)域的概念，已經(jīng)變成了全民關(guān)注的話題。而作為5G技術(shù)體系的重要基礎(chǔ)技術(shù)支撐之一，O-RAN也頻頻成為業(yè)界的熱點(diǎn)。不過(guò)對(duì)于移動(dòng)通信行業(yè)之外的人來(lái)說(shuō)，O-RAN就略顯陌生了。

O-RAN全稱Open-RadioAccessNetwork，中文意思為開(kāi)放式無(wú)線接入網(wǎng)。它是目前業(yè)界較為公認(rèn)，能夠?qū)崿F(xiàn)5G普及化的無(wú)線接入解決方案之一，本質(zhì)概念就是用軟件實(shí)現(xiàn)5G乃至未來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入的關(guān)鍵部分。雖然O-RAN概念誕生才不過(guò)兩年多時(shí)間，但是它對(duì)推動(dòng)5G技術(shù)有著重要的作用。

什么是RAN

在介紹O-RAN之前，我們先來(lái)了解移動(dòng)通信系統(tǒng)的構(gòu)成，它一般由以下幾部分構(gòu)成：

RAN可以被理解為一個(gè)大家更為熟悉的概念——基站，它在移動(dòng)通信系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)無(wú)線信號(hào)的接入。在整個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本當(dāng)中，它要占據(jù)60%以上，因此對(duì)它的改進(jìn)，是當(dāng)前5G技術(shù)推進(jìn)的焦點(diǎn)。

RAN由基帶單元（BBU）、射頻遠(yuǎn)端單元（RRU）、天饋系統(tǒng)三部分組成。

RAN的發(fā)展

在最早期的RAN中，BBU、RRU再加上配套供電設(shè)備等，都是被設(shè)備商通過(guò)專用軟硬件集成在一起。這種集成設(shè)備被稱為“黑盒”，其意思為這是一個(gè)封閉的，對(duì)外不可見(jiàn)的系統(tǒng)。它能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能，但除了制造者之外，別人不知道它的內(nèi)部工作原理和實(shí)現(xiàn)方式。

設(shè)備商制造“黑盒”的目的，是為了保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，構(gòu)建競(jìng)爭(zhēng)壁壘，同時(shí)也為了提升產(chǎn)品的穩(wěn)定性。但是，隨著移動(dòng)通信應(yīng)用的普及，“黑盒”RAN設(shè)備不可拆分，而且不同品牌型號(hào)設(shè)備無(wú)法互相兼容的缺點(diǎn)，讓RAN建設(shè)以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本過(guò)高。運(yùn)營(yíng)商們開(kāi)始推動(dòng)RAN設(shè)備的硬件“白盒”化。與“黑盒”相反，“白盒”通過(guò)用一些通用硬件代替專用設(shè)備，讓設(shè)備可拆分，內(nèi)部可視。

除了硬件的“白盒”化外，RAN還進(jìn)行了以下改進(jìn)，以求進(jìn)一步降低成本，增加靈活性。

值得一提的是，早在2009年，中國(guó)移動(dòng)曾經(jīng)就牽頭推出了C-RAN，并與其他一些運(yùn)營(yíng)商共同組建了C-RAN聯(lián)盟。到了2018年，C-RAN聯(lián)盟與美國(guó)運(yùn)營(yíng)商AT&T牽頭成立xRAN論壇合并，成立了O-RAN聯(lián)盟。中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、美國(guó)AT&T、德國(guó)電信、日本NTTDOCOMO、韓國(guó)SKT和KT等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的運(yùn)營(yíng)商都是聯(lián)盟成員。

除了O-RAN聯(lián)盟之外，還有其他組織也在推動(dòng)O-RAN技術(shù)的發(fā)展，其中影響力較大的有TIP（全稱TelecomInfrastructureProject，電信基礎(chǔ)設(shè)施）項(xiàng)目。TIP是2016年Facebook、Google、諾基亞聯(lián)合部分電信運(yùn)營(yíng)商發(fā)起的電信基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)源項(xiàng)目，共同研發(fā)開(kāi)放的、開(kāi)源的、共享的電信網(wǎng)絡(luò)，其中就包括名為“OpenRAN”的無(wú)線接入技術(shù)項(xiàng)目組。

這兩個(gè)組織的目標(biāo)一致——實(shí)現(xiàn)O-RAN技術(shù)的成熟商業(yè)化運(yùn)用。它們的技術(shù)路線與產(chǎn)業(yè)生態(tài)也類(lèi)似，只不過(guò)側(cè)重點(diǎn)略有不同：TIP的OpenRAN側(cè)重于設(shè)備研發(fā)端;而O-RAN聯(lián)盟側(cè)重于工作架構(gòu)和業(yè)務(wù)需求，屬于應(yīng)用端。這兩個(gè)組織在2019年已經(jīng)達(dá)成了伙伴關(guān)系，以確保它們?cè)陂_(kāi)發(fā)5GRAN解決方案時(shí)，通過(guò)共享資源，保持研究方向一致又避免重復(fù)性研究，以此降低研發(fā)成本。

RAN的未來(lái)

和所有顛覆式創(chuàng)新技術(shù)一樣，O-RAN仍然存在大量缺陷，其中最突出的有三大問(wèn)題：

性能不足

在硬件層面，O-RAN技術(shù)用通用芯片代替原有的專用芯片。原有的專用芯片因?yàn)椴捎玫纳疃榷ㄖ栖浖栽谛盘?hào)傳輸速率、避免延遲以及防抖動(dòng)各方面處理性能更強(qiáng)，而且能耗更低。相比起來(lái)，通用芯片方案雖然靈活，但是性能低、效率低，功耗高。這樣一來(lái)，O-RAN設(shè)備首先要解決基本性能達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。

可靠性不夠

為了滿足基本性能指標(biāo)，O-RAN的解決方案不得不增加設(shè)備冗余。同時(shí)因?yàn)樵试S不同廠商硬件軟件互聯(lián)互通，會(huì)導(dǎo)致兼容性問(wèn)題，這樣一來(lái)，系統(tǒng)整體可靠性面臨更大的挑戰(zhàn)。

運(yùn)營(yíng)維護(hù)復(fù)雜

采用O-RAN技術(shù)會(huì)增加設(shè)備供應(yīng)商的數(shù)量，這就讓移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在后期維護(hù)和運(yùn)營(yíng)中，面臨不同的廠家之間協(xié)作與責(zé)任劃分的問(wèn)題。大量協(xié)調(diào)工作將影響設(shè)備安裝工期，增加成本。

當(dāng)然，上面三個(gè)問(wèn)題并非無(wú)解。

首先，隨著通信軟硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步，通用芯片的性能會(huì)進(jìn)一步提升。不同設(shè)備的兼容穩(wěn)定性也會(huì)隨著標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的推進(jìn)以及設(shè)備廠商的優(yōu)勝劣汰而越來(lái)越成熟，時(shí)間總是會(huì)站在新興技術(shù)一邊。

其次，多個(gè)廠商協(xié)作導(dǎo)致的兼容性以及運(yùn)營(yíng)維護(hù)復(fù)雜的問(wèn)題，可以通過(guò)廠家的協(xié)作磨合以及政府、行業(yè)協(xié)會(huì)制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則來(lái)解決。其實(shí)早在1G、2G移動(dòng)通信年代，中國(guó)無(wú)線通信運(yùn)營(yíng)商就面臨過(guò)運(yùn)維復(fù)雜性問(wèn)題：當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)的無(wú)線通信網(wǎng)七國(guó)八制，集成全球各個(gè)主要廠家的設(shè)備。不過(guò)經(jīng)歷了磨合的陣痛之后，這些問(wèn)題最后都得到了解決。