中國(guó)移動(dòng)研究院|崔春風(fēng) 段然 王桂珍

在“無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)”流量持續(xù)快速增長(zhǎng)而收入增長(zhǎng)放緩、語(yǔ)音收入下降的背景下，運(yùn)營(yíng)商必須依托5G應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的流量需求和不斷涌現(xiàn)的新業(yè)務(wù)，同時(shí)針對(duì)多樣化的垂直行業(yè)帶來(lái)的“藍(lán)海市場(chǎng)”拓展盈利能力。因此業(yè)界達(dá)成了共識(shí)，定義了5G三大應(yīng)用場(chǎng)景：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶通信（eMBB）、低延遲高可靠通信（uRLLC）和海量物聯(lián)網(wǎng)通信（mMTC）。

5G需求決定無(wú)線網(wǎng)演進(jìn)方向

為應(yīng)對(duì)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(duì)多樣化需求而做出的通信網(wǎng)形態(tài)改變。這些改變無(wú)一不體現(xiàn)了中國(guó)移動(dòng)提出的開(kāi)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(wú)線接入網(wǎng)領(lǐng)域，5G無(wú)線接入網(wǎng)具有業(yè)務(wù)多、帶寬大、頻段高等特點(diǎn)，勢(shì)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(xiǎn)增大。結(jié)合無(wú)線網(wǎng)這些具體的特征和需求，無(wú)線接入網(wǎng)領(lǐng)域勢(shì)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(shì)一脈相承。

基于此，中國(guó)移動(dòng)聯(lián)合AT&T等運(yùn)營(yíng)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(kāi)放”和“智能”兩大核心愿景，這符合通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，也是運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的又一次網(wǎng)絡(luò)變革。中國(guó)移動(dòng)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(kāi)放智慧無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，同步結(jié)合開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)、白盒硬件和開(kāi)源軟件來(lái)降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)成本。

O-RAN的核心特征

O-RAN致力于推動(dòng)無(wú)線接入網(wǎng)由傳統(tǒng)模式向更開(kāi)放、更智能的方向演進(jìn)，核心特點(diǎn)包括4個(gè)方面。

一是接口開(kāi)放。傳統(tǒng)無(wú)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(kāi)放。接口開(kāi)放的目標(biāo)是讓原來(lái)不開(kāi)放的無(wú)線網(wǎng)接口標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放化，通過(guò)各類接口開(kāi)放，繁榮產(chǎn)業(yè)生態(tài)。同時(shí)，鼓勵(lì)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，降低成本。

二是軟件開(kāi)源。傳統(tǒng)無(wú)線設(shè)備由設(shè)備廠家單獨(dú)封閉開(kāi)發(fā)，周期長(zhǎng)、成本高。軟件開(kāi)源的目標(biāo)是讓無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通用及基礎(chǔ)軟件開(kāi)源化，如底層操作系統(tǒng)及協(xié)議棧軟件等的開(kāi)源，通過(guò)更多企業(yè)共同研發(fā)，共享開(kāi)源代碼，降低研發(fā)成本，加快研發(fā)進(jìn)度?；陂_(kāi)源軟件，各個(gè)產(chǎn)業(yè)合作伙伴聚焦在體現(xiàn)自身能力與價(jià)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(gè)單位的差異化價(jià)值，實(shí)現(xiàn)共贏。

三是硬件白盒。傳統(tǒng)無(wú)線設(shè)備的研發(fā)門(mén)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(jìng)爭(zhēng)和創(chuàng)新。硬件白盒的思路是通過(guò)“公版”的開(kāi)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)，鼓勵(lì)創(chuàng)新。

四是智慧開(kāi)放運(yùn)營(yíng)。目標(biāo)是通過(guò)引入無(wú)線大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)以及無(wú)線能力開(kāi)放平臺(tái)，賦予無(wú)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(dòng)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(wú)線資源管理及調(diào)度算法復(fù)雜度的同時(shí)提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的性能和降低無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的能耗。

通過(guò)開(kāi)放、開(kāi)源及白盒，可以給中小企業(yè)帶來(lái)全新的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)創(chuàng)新發(fā)展，從而帶動(dòng)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)的智慧化水平，實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)營(yíng)，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(wú)線網(wǎng)CU/DU架構(gòu)和功能虛擬化的基礎(chǔ)之上，引入開(kāi)放接口和開(kāi)放硬件參考設(shè)計(jì)，同時(shí)利用人工智能優(yōu)化無(wú)線控制流程。O-RAN從整體邏輯上劃分了4個(gè)功能組件，如圖1所示。

圖1 O-RAN的邏輯架構(gòu)

無(wú)線網(wǎng)智能控制器非實(shí)時(shí)層

在O-RAN整體架構(gòu)中，引入了無(wú)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(duì)無(wú)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(cè)能力增強(qiáng)資源分配的合理性。而根據(jù)處理時(shí)延的特性，可將RIC劃分為非實(shí)時(shí)無(wú)線智能控制器（Non-RT RIC）和近實(shí)時(shí)無(wú)線智能控制器（near-RT RIC）。Non-RT RIC具有微服務(wù)和策略管理、無(wú)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(guò)A1接口分發(fā)給near-RT RIC進(jìn)行在線推理和執(zhí)行。

A1接口用于完成Non-RT RIC嵌入網(wǎng)管功能中，而near-RT RIC嵌入無(wú)線網(wǎng)元eNB/gNB中。由于人工智能的引入，網(wǎng)管與無(wú)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(wú)線網(wǎng)智能控制器近實(shí)時(shí)層

O-RAN架構(gòu)中的近實(shí)時(shí)無(wú)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(wú)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(jí)的載波負(fù)載均衡判斷、無(wú)線承載管理、干擾監(jiān)測(cè)以及移動(dòng)性管理等?？紤]CU內(nèi)的RRM是跨多個(gè)DU的控制節(jié)點(diǎn)，在無(wú)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(cè)能力提升多站無(wú)線資源管理的效率。near-RT RIC同時(shí)又是一個(gè)開(kāi)放、頑健、安全、能力可拓展的算法實(shí)時(shí)運(yùn)行平臺(tái)，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(yíng)商引入第三方定制化的功能邏輯提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，成為未來(lái)無(wú)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(guò)E2接口收集無(wú)線網(wǎng)各功能實(shí)體的測(cè)量信息，也通過(guò)這一接口下發(fā)控制命令字給基站，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)基站行為的控制。在開(kāi)放的軟件架構(gòu)下，通過(guò)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(shí)間。

多制式CU協(xié)議棧軟件和云平臺(tái)

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(duì)某個(gè)UE的切換命令）。而CU所部署的云平臺(tái)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(tái)能力，是無(wú)線網(wǎng)智能化的基礎(chǔ)。

F1/W1/E1/X2/Xn接口是圍繞CU協(xié)議棧相關(guān)的3GPP標(biāo)準(zhǔn)接口，需要進(jìn)一步增強(qiáng)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(shí)的層2功能、基帶信號(hào)處理、無(wú)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(duì)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(gè)工作組

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

工作組1負(fù)責(zé)應(yīng)用需求定義、場(chǎng)景分析、O-RAN整體架構(gòu)的制定和協(xié)調(diào)各個(gè)工作組的相關(guān)工作；工作組2負(fù)責(zé)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)智能控制器非實(shí)時(shí)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)智能控制器近實(shí)時(shí)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(wú)線云平臺(tái)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(kāi)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(kāi)源社區(qū)，推進(jìn)CU/DU協(xié)議棧軟件和無(wú)線網(wǎng)智能控制器的開(kāi)源實(shí)現(xiàn)，降低行業(yè)的研發(fā)成本。

考慮到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度和實(shí)時(shí)性要求，O-RAN將采取階段式推進(jìn)方式，總體預(yù)期將會(huì)有兩個(gè)階段。第一個(gè)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(shí)智能管控商用和集中控制部分協(xié)議棧軟件開(kāi)源；第二個(gè)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(kāi)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(guó)移動(dòng)聯(lián)合美國(guó)AT&T、德國(guó)電信、日本NTT docomo、法國(guó)Orange等4家國(guó)際運(yùn)營(yíng)商在世界移動(dòng)通信大會(huì)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(guó)注冊(cè)的非營(yíng)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(huì)，根據(jù)O-RAN章程規(guī)定，董事會(huì)由各運(yùn)營(yíng)商CTO級(jí)別的領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)任，如AT&T的董事會(huì)成員即為其CTO Andrew Fuetsch。此外，董事會(huì)內(nèi)部設(shè)立執(zhí)行委員會(huì)（Executive Committee，EC），由5家發(fā)起單位（AT&T、中國(guó)移動(dòng)、德國(guó)電信、NTT docomo和法國(guó)電信）組成，該執(zhí)行委員會(huì)負(fù)責(zé)商討O-RAN聯(lián)盟的各類重要事務(wù)，同時(shí)向董事會(huì)提供建議、安排董事會(huì)會(huì)議等。在執(zhí)行委員會(huì)下設(shè)立技術(shù)管理委員會(huì)（Technical Steering Committee，TSC），負(fù)責(zé)O-RAN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。

自O(shè)-RAN聯(lián)盟正式成立以來(lái)，O-RAN的影響力迅速擴(kuò)大，得到眾多設(shè)備商和運(yùn)營(yíng)商的認(rèn)可，截至2018年12月，章程里規(guī)定的由運(yùn)營(yíng)商構(gòu)成的15個(gè)董事會(huì)席位已經(jīng)全部確定，包括中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、NTT docomo、韓國(guó)電信、SK電信、新加坡電信、Reliance、Bharti Airtel、德國(guó)電信、法國(guó)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(cè)完成以及IPR的確定，O-RAN聯(lián)盟開(kāi)始接納會(huì)員申請(qǐng)。當(dāng)前，共有約81家公司表示感興趣，其中既包括愛(ài)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)。除運(yùn)營(yíng)商外，37家公司已經(jīng)提交申請(qǐng)表，26家公司正式被批準(zhǔn)成為O-RAN成員。

圖2 O-RAN聯(lián)盟工作組

通信產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇

O-RAN聯(lián)盟所提出的開(kāi)放、開(kāi)源、白盒和智能等理念，有望使原來(lái)研發(fā)封閉、網(wǎng)絡(luò)成本最高的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)更加開(kāi)放，運(yùn)營(yíng)更加智慧高效，并向合作伙伴開(kāi)放更多的無(wú)線能力，從而使未來(lái)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(shí)，O-RAN全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也給產(chǎn)業(yè)和運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)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(duì)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(kāi)源與白盒既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。IT與CT的融合趨勢(shì)已被廣泛認(rèn)可，開(kāi)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(kāi)商用。但傳統(tǒng)無(wú)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(kāi)源與白盒的優(yōu)勢(shì)如何引入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要業(yè)界逐步探索。同時(shí)開(kāi)源和白盒給眾多中小型創(chuàng)新企業(yè)提供了新的市場(chǎng)機(jī)遇。

三是運(yùn)營(yíng)商需要大力加強(qiáng)自主研發(fā)、集成和運(yùn)營(yíng)能力。O-RAN新模式有望為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更智慧的網(wǎng)絡(luò)，也需要運(yùn)營(yíng)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(yíng)能力，并具備多廠家產(chǎn)品集成能力。