5G室内小基站:接入网开放的突破口

作者:中国电信智能网络与终端研究院 刘洋 杨涛 杨峰义 责任编辑:吕萌 2019.06.20 09:12 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)近年来,倡导接入网开放的O-RAN联盟逐渐吸引了全球运营商的目光,其目标是实现无线接入网接口开放化、硬件白盒化、软件开源化、网络智能化,以此打破传统封闭的无线接入网(RAN)构架,降低RAN部署成本,提升RAN敏捷性和加速创新。但O-RAN的发展不能一蹴而就,需要长远的目标和持之以恒的动力,而5G正是一个契机,可以将5G室内有源小基站作为O-RAN阶段性工作推进的突破口。

作为O-RAN联盟的15家董事会公司之一,中国电信紧抓5G发展机遇,积极推动白盒化室内小基站等相关研究并取得了突破性进展;作为O-RAN WG7白盒硬件子组关于白盒基站场景及基站类型分析的标准报告人,中国电信牵头组织全球多家公司完成了O-RAN第一个白盒化硬件标准;2019年世界移动通信大会(MWC)期间,联合英特尔、新华三首次展示了完整的基于开放无线接入网概念的5G白盒化室内小基站原型机。

O-RAN核心目标需要阶段性推进

O-RAN联盟目标及核心特征有4个方面:实现RAN侧接口开放化、硬件白盒化、软件开源化以及网络智能化,以此打破传统封闭的RAN构架,降低RAN部署成本,提升RAN敏捷性和加速创新。在推进4点发展目标相关工作中,预期的实现时间存在一定的先后顺序。如在网络智能化方面,O-RAN提倡的AI和大数据处理目前处于技术收敛阶段,很难快速地在实际网络中得到明显的验证,需要深耕;其次,在接入网上实现软件开源,也还尚需时日。

不过,通过O-RAN近期发布的开放前传接口规范以及运营商对设备研发的推动力等,不难看出接口开放化以及硬件白盒化取得了阶段性成果。虽然O-RAN的发展过程可能不会一帆风顺,但方向和前景是正确的,最终可让运营商及其用户受益。

硬件白盒化聚焦5G室内覆盖场景

“白盒化”的概念在服务器、交换机等IT领域出现较早。2018年3月,AT&T宣布计划在未来几年内,实现在基站内部署6万个“白盒”路由器的目标,这标志着硬件白盒化概念即将出现在通信商用网络中。目前在无线接入网领域,全球多家主流运营商也已经在考虑白盒化的问题。2017年11月,TIP组织成立了OpenRAN工作组,以研发基于通用处理平台和解耦软件的无线接入网络技术为核心目标。沃达丰和西班牙电信于2018年6月对OpenRAN发出采购信息邀请书,主要内容是面向2G/3G/4G无线解决方案的开源计划,并计划进行规模性试点。2019年伊始,日本乐天移动首批4G基站开通,这家新晋运营商计划以全IT化的方式建设4G/5G网络,在无线侧将基站虚拟化、白盒化,以建成一张端到端的云原生移动网络。

从以上信息可以看出,接入网开放是一个备受认可的技术发展方向,2018年成立的O-RAN联盟正是为了RAN智能化、开放化和白盒化而生;从另一个方面来看,O-RAN联盟在5G商用前夕成立,又将白盒化与5G形成天然的耦合关系。在5G时代,无线流量的快速增长以及不断涌现的多样化业务需求,给5G部署带来了巨大挑战,更为高效和灵活的网络架构成为5G网络建设的关键,5G的大带宽、高复杂网络极大增加建网成本,需要在做网络“加法”的同时,也要在成本上能做到“减法”;另外,5G时代业务应用的快速迭代需求也为网络软硬件解耦以及O-RAN提供了成长的契机。那么,这也就要求运营商引入新技术、通过新方案来减少网络建设的成本投入,增强网络活力,在全球5G研究领域取得领先优势。

O-RAN WG7白盒硬件子组已完成白盒硬件的场景分析,其中室内覆盖场景是国内运营商聚焦且重点关注的场景,其识别出的基站形态包括基带处理单元、交换机及射频处理单元,也就是说国内的白盒基站将主要面向室内覆盖场景进行设计。之所以这样设计,主要有两方面原因:在5G时代,因为高频段的损耗问题,室内有源小基站将会得到大量应用,给无线网络建设与运维带来了巨大压力,运营商需要通过采用新技术、新方案,以降低无线接入网络的综合成本;相比于宏基站,室内网络部署具有覆盖半径短、场景简单和成本敏感等特点,一定程度上降低了对通信设备的性能指标要求。因此基站白盒化研究将首先聚焦在面向室内覆盖的小基站这一场景。

室内有源小基站的白盒化可以包括两个部分,即BBU的白盒化与RRU的白盒化。其中,BBU白盒化可以认为是基于通用服务器的基带处理,引入了软硬件解耦,使得硬件更加通用化吸引更多IT厂家,这样使更为高效的资源管理方案以及更为灵活的网络架构的实现成为了可能,使得运营商能够在5G时代提供更加灵活、快速的服务,有助于垂直行业应用的快速迭代。另外,RRU的白盒化可以降低室内有源小基站的射频成本,通过在设备厂家间共享硬件设计实现关键器件选型的近似统一,核心芯片总使用量的规模效应将摊薄设备的设计和研发成本,从而从源头降低通信行业设备的硬件成本,同时RRU的白盒化有助于降低小基站市场门槛,使得更多厂商参与到生态链条中,逐步提高系统灵活度,从而可以针对不同应用场景提供差异化的设备类型和服务,达到降低成本、实现个性化服务的目的。

白盒化小基站需要进一步成熟及论证

传统无线网络设备由于处理复杂度、功耗、体积、承重、散热等原因,均是采用硬件黑盒及软件闭源的方式实现。面向5G,国内更多小基站厂家将白盒化小基站作为研究方向,它们的加入可以丰富产品类型,有望降低室内特定场景下的设备成本。基于通用处理器的BBU白盒化方案,预期能够实现5G室内有源小基站的新形态,但这一新入者在设备性能、成本和功耗上都需要进一步评估论证;RRU白盒化可以通过公开射频参考设计达到汇聚硬件选型需求及降低产品门槛的目的,有助于整体设备成本的下降,但性能指标需要测试验证。但从长远来看,BBU白盒化带来的灵活度提高是未来网络架构的发展趋势,随着通用硬件的进一步发展,白盒化设备的成本和功耗可能进一步降低。除此之外,开放前传接口也是接入网开放的途径之一,其通过使用异厂商设备组网能够扩大产业链选择,促进竞争,但相比于单一厂商设备组网会带来一定的故障定位及兼容性风险,这需要相关厂商更好地设计设备运维和网管平台来解决。

在5G部署场景中,面向室内覆盖的有源小基站可以作为接入网开放的突破口,通过基站设备的软硬件解耦迈向更开放和智能的无线接入网。与传统的黑盒设备相比,白盒小基站能够逐步提高系统灵活度,实现针对不同应用场景提供差异化设备类型和服务的部署,从而达到降低成本、实现个性化服务的目的。目前,小基站白盒化仍处于研究初期,为实现无线接入网产业更加开放、运营更加高效的美好愿景,当然还有许多未解决的问题值得研究与完善。


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