開放式無線接入網(wǎng)絡(luò)（ORAN）技術(shù)的市場(chǎng)規(guī)模及其在實(shí)施5G服務(wù)中的作用呈現(xiàn)出快速增長的潛力,。各大移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（MNO）都在尋求更低的成本,、更高的靈活性以及避免供應(yīng)商鎖定的能力,。這些優(yōu)勢(shì)可通過采用多家供應(yīng)商的可互操作技術(shù)來實(shí)現(xiàn),。運(yùn)營商也可以從實(shí)時(shí)性能中受益,。

　　ORAN代表著無線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）演進(jìn)的最新進(jìn)展,，RAN始于1979年1G的推出,。2G于1991年推出，3G于2001年推出,。4G長期演進(jìn)（LTE）服務(wù)于2009年首次面世,，并引入了分組交換。在其部署過程中,，開始使用多輸入多輸出（MIMO）天線陣列,，運(yùn)行在供應(yīng)商專有軟件之上的集中式（或云）cRAN使得基帶單元（BBU）能夠劃分為分布式單元（DU）與集中式單元（CU），兩者之間為中傳,。

　　5G新無線電（NR）于2018年推出,，并引入了虛擬化RAN（vRAN）作為實(shí)施的一種手段，BBU（或CU和DU）功能在運(yùn)行于服務(wù)器上的軟件中實(shí)現(xiàn),。例如,，負(fù)載平衡、資源管理,、路由器和防火墻現(xiàn)在都可以在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）下運(yùn)行,。但是，無線電單元（RU）,、CU和DU的軟件是專有的,。ORAN旨在通過讓運(yùn)營商訪問基于開源軟件的vRAN來植入5G1，從而消除障礙,。

　　圖1說明了O-RAN聯(lián)盟（由超過300家移動(dòng)運(yùn)營商,、供應(yīng)商、研究機(jī)構(gòu)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)組成的社區(qū)）的目標(biāo),，即擁有開放的RU,、CU和DU（每個(gè)首字母縮寫前都帶有O-）并通過公共無線電接口（CPRI）進(jìn)行前傳,。

　　圖1：在O-RAN下,，我們可以有效地在商用服務(wù)器硬件上運(yùn)行模塊化基站軟件協(xié)議棧。MNO可以搭配混用來自不同供應(yīng)商的O-RU,、O-DU和O-CU

　　5G支持的實(shí)時(shí)傳輸速度最高可達(dá)20 Gbps,，而4G在靜態(tài)點(diǎn)之間的傳輸速度為1 Gbps，在一個(gè)或兩個(gè)移動(dòng)點(diǎn)之間的傳輸速度僅為100 Mbps,。此外,，5G的延遲降低到只有1 ms。

　　ORAN的另一個(gè)關(guān)鍵組成部分是RAN智能控制器（RIC）,，它既可以是近實(shí)時(shí)的也可以是非實(shí)時(shí)的,，兩種選項(xiàng)都負(fù)責(zé)控制和優(yōu)化ORAN元素。圖2顯示了O-RAN軟件社區(qū)（SC）,，它遵循由O-RAN聯(lián)盟定義的架構(gòu),。

　　圖2：O-RAN SC架構(gòu)及其近實(shí)時(shí)RAN智能控制器

　　同步

　　ORAN實(shí)現(xiàn)的主要挑戰(zhàn)之一是確保各種ORAN元素之間保持同步，尤其是因?yàn)樾枰獓?yán)格提高同步性能，即要求授時(shí)精度達(dá)到僅±130 ns,。

　　RU交換機(jī)與DU保持同步對(duì)于ORAN有效運(yùn)行至關(guān)重要,。同步可以避免數(shù)據(jù)包丟失，最大程度地減少網(wǎng)絡(luò)中斷,，并有助于保持盡可能低的功耗,。此外，同步還可幫助MNO履行其頻率許可所有權(quán)責(zé)任,。

　　5G與前幾代的另一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別在于從頻分雙工（FDD）切換到時(shí)分雙工（TDD）——這樣可以同時(shí)使用兩個(gè)接近的頻率分別進(jìn)行上行傳輸和下行傳輸,。TDD在同一頻率上使用不同的時(shí)隙傳輸上行信號(hào)和下行信號(hào)，從而更好地利用RAN RF頻譜提供增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶（eMBB）,，例如可以根據(jù)需要調(diào)整上行時(shí)間與下行時(shí)間的比例,。

　　此外，TDD還提高了與MIMO波束賦形和C波段頻譜（3.7 GHz至3.98 GHz）的兼容性,，運(yùn)營商將使用這些頻譜在大大小小的市政區(qū)域部署5G,。為了避免發(fā)生小區(qū)內(nèi)干擾和小區(qū)間干擾，上行傳輸與下行傳輸之間有一段保護(hù)周期,。即便如此,，為了保證運(yùn)行效率（降低錯(cuò)誤率）和補(bǔ)償任何頻率或相位偏移2，仍然需要緊密同步,。

　　精確授時(shí)

　　所有新無線電部署都必須將相位對(duì)齊精度保持在基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）協(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）的授時(shí)源的±1.5 ms以內(nèi)3,。在創(chuàng)建端到端實(shí)時(shí)連接時(shí)，還必須遵循多項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及行業(yè)機(jī)構(gòu)提供的建議,。

　　為了在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行高精度時(shí)間分配,，O-RAN聯(lián)盟的O-RAN架構(gòu)中需要采用由IEEE 1588-2019規(guī)定的精確時(shí)間協(xié)議（PTP）。該協(xié)議中有一個(gè)最高級(jí)時(shí)鐘（或PTP主時(shí)鐘）,，網(wǎng)絡(luò)中的其他PTP時(shí)鐘使用PTP消息與之同步,。同步在路徑延時(shí)等問題中起作用，上述標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了時(shí)間邊界時(shí)鐘（T-BC）和時(shí)間透明時(shí)鐘（T-TSC）功能來抵消上下行之間的不對(duì)稱問題以及數(shù)據(jù)包延時(shí)變化（PDV）,。

　　此外,，ITU-T（國際電信聯(lián)盟的其中一個(gè)部門）也針對(duì)TDD提供了建議。例如,，ITU-T G.8272/Y.1367規(guī)定了適用于分組網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)間,、相位和頻率同步的主參考時(shí)間時(shí)鐘（pRTC）的要求，ITU-T G.8273.2推薦了用于網(wǎng)絡(luò)全授時(shí)支持（FTS）的電信邊界時(shí)鐘和電信時(shí)間輔助時(shí)鐘的授時(shí)特性,。

　　在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,，各時(shí)鐘之間采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，時(shí)間信號(hào)由邊界時(shí)鐘清理以濾除噪聲,。但是,，設(shè)備將需要滿足由ITU-T G.8273.24定義的四個(gè)性能類別之一,，范圍從A類到D類。其中,，C類和D類對(duì)精度的要求最高,。例如，D類T-BC時(shí)鐘產(chǎn)生的時(shí)間誤差必須小于5 ns5,。除了GNSS/UTC和PTP之外,，5G部署還使用同步以太網(wǎng)（SyncE）。這三者相結(jié)合,，可以通過網(wǎng)絡(luò)保證時(shí)間,、相位和頻率的精度。

　　ORAN需要現(xiàn)成的平臺(tái)

　　ORAN為MNO提供了訪問非專有解決方案的途徑,。在硬件方面,，可以使用商用半導(dǎo)體器件和平臺(tái)來滿足網(wǎng)絡(luò)中的端到端授時(shí)要求。

　　例如,，符合IEEE 1588的最高級(jí)時(shí)鐘搭配PTP和SyncE功能,，可以滿足PRTC A類、B類和增強(qiáng)型PRTC（ePRTC）規(guī)范,，以及多域邊界時(shí)鐘的C類和D類規(guī)范,。這種多功能性是MNO實(shí)現(xiàn)同步授時(shí)解決方案的關(guān)鍵特性。

　　在DU,、CU和RU設(shè)備中,，可以部署振蕩器、可編程鎖相環(huán)（PLL）IC,、緩沖器和抖動(dòng)衰減器等網(wǎng)絡(luò)同步硬件,。此外，現(xiàn)在已經(jīng)有專用的單芯片網(wǎng)絡(luò)同步解決方案,。在這方面,，Microchip是首家將自研ZL3073x/63x/64x平臺(tái)（圖3）推向市場(chǎng)的公司。這項(xiàng)技術(shù)將DPLL,、低輸出抖動(dòng)合成器,、IEEE 1588-2008精密時(shí)間協(xié)議棧和同步算法軟件模塊結(jié)合在一起,。

　　圖3：Microchip的ZL3073x/63x/64x單芯片網(wǎng)絡(luò)同步平臺(tái)

　　5G ORAN中關(guān)于授時(shí)的另一個(gè)關(guān)鍵考慮因素是對(duì)溫度的穩(wěn)定性,。溫度補(bǔ)償型振蕩器、PLL和芯片級(jí)原子鐘（CSAC）已在軍事和工業(yè)應(yīng)用等惡劣環(huán)境中完成部署并得到驗(yàn)證,，適用于RU,、CU和DU硬件。

　　總而言之,，在5G中采用TDD帶來了巨大的好處,，但在同步方面會(huì)面臨諸多挑戰(zhàn)。值得慶幸的是，在ORAN下,，MNO及其系統(tǒng)提供商可以借助半導(dǎo)體和相關(guān)平臺(tái)來構(gòu)建端到端RAN,，避免受到專有解決方案的束縛。

　　參考資料

1.https://www.techtarget.com/searchnetworking/definition/radio-access-network-RAN

2.https://www.viavisolutions.com/en-uk/what-5g-timing-and-synchronization

3.https://www.5gtechnologyworld.com/how-virtual-primary-reference-time-clocks-improve-5g-network-timing/

4.https://www.5gtechnologyworld.com/how-ieee-1588-synchronizes-5g-open-ran/　                              

5.https://assets.ctfassets.net/wcxs9ap8i19s/NMWioyJa4hINjqrOzNZfz/918a2b5e6a4134332da26b20a680485b/EB-Timing-and-Synchronization-in-a-5G-World.pdf

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