O-RAN聯(lián)盟全力加速硬件白盒化是重要一環(huán)

中國(guó)移動(dòng)研究院|段然 崔春風(fēng)

O-RAN聯(lián)盟的成立，在業(yè)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(dá)到平衡，是白盒基站參考設(shè)計(jì)研發(fā)的核心關(guān)鍵問題。

2018年2月27日，在西班牙巴塞羅那舉行的世界移動(dòng)通信大會(huì)上，中國(guó)移動(dòng)、美國(guó)AT&T、德國(guó)電信、日本NTT docomo以及法國(guó)Orange等五家電信運(yùn)營(yíng)企業(yè)宣布聯(lián)合成立O-RAN聯(lián)盟，旨在將下一代無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的開放性提升到新的水平。目前已經(jīng)有全球15家主流運(yùn)營(yíng)商加入，并吸引了業(yè)界主流廠商（包括傳統(tǒng)通信設(shè)備商、芯片廠商、服務(wù)器廠商、云供應(yīng)商）的加入。

O-R AN聯(lián)盟是C-R AN聯(lián)盟及xRAN論壇的融合，并在其工作成果及目標(biāo)上進(jìn)行擴(kuò)展，致力于推動(dòng)無(wú)線接入網(wǎng)向更開放、更智能的方向演進(jìn)，由傳統(tǒng)模式向開放智能的方向演進(jìn)，充分體現(xiàn)了中國(guó)移動(dòng)提出的通信4.0的理念，即IT、CT與DT的融合發(fā)展。本文將在簡(jiǎn)要介紹O-RAN聯(lián)盟的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步展開闡述白盒基站理念，以及對(duì)白盒基站部署和應(yīng)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(jìn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)一直是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)綜合成本（TCO）的最主要部分，大致占比在60%～70%。大部分運(yùn)營(yíng)商剛經(jīng)歷4G網(wǎng)絡(luò)的巨大投資，就將面對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的投資建設(shè)壓力；5G網(wǎng)絡(luò)“帶寬大、頻段高”等特點(diǎn)，勢(shì)必造成單站設(shè)備成本高、建網(wǎng)規(guī)模大，這就需要引入新技術(shù)、新方案，通過方案革新降低建設(shè)難度、減少無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的TCO投入。

同時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)又是運(yùn)營(yíng)商必須投資的網(wǎng)絡(luò)，其為運(yùn)營(yíng)商拓展垂直行業(yè)提供良好的技術(shù)基礎(chǔ)，在“無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)”流量收入增長(zhǎng)放緩、語(yǔ)音收入下降的背景下，垂直行業(yè)是運(yùn)營(yíng)商必須進(jìn)入的“藍(lán)海市場(chǎng)”，拓展運(yùn)營(yíng)商的盈利能力將是5G網(wǎng)絡(luò)的首要任務(wù)。垂直行業(yè)的新業(yè)務(wù)意味著更多樣的業(yè)務(wù)類型、更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理，需要更高效的資源管理方案以及更靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以便于開展業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

在這一大背景下，由運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的O-R A N產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟應(yīng)運(yùn)而生，提出了“開放”和“智能”兩大核心愿景。O-RAN聯(lián)盟的核心工作目標(biāo)和內(nèi)容包括以下四點(diǎn)。

一是網(wǎng)絡(luò)智能化。實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入網(wǎng)從配置管理到空口資源的智能管控，包括運(yùn)維網(wǎng)管智能化、網(wǎng)元智能化、網(wǎng)絡(luò)資源編排智能化在內(nèi)的幾個(gè)方面，通過引入人工智能、大數(shù)據(jù)等方法，獲得復(fù)雜組網(wǎng)環(huán)境下高效自動(dòng)化的設(shè)備管理和頻譜資源應(yīng)用能力。

二是接口開放化。在3GPP、IEEE等的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展與完善無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能軟硬件接口（如前傳、中傳以及無(wú)線智能控制器的相關(guān)接口等）的細(xì)節(jié)定義，實(shí)現(xiàn)基于異廠商互操作的混合部署，最終促進(jìn)行業(yè)內(nèi)的分工協(xié)作和產(chǎn)業(yè)繁榮。

三是硬件白盒化。在軟硬件解耦的基礎(chǔ)上，引入通用器件和平臺(tái)，并開放硬件的參考設(shè)計(jì)，利用通用器件的規(guī)模效應(yīng)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?；拒浖_源是指無(wú)線協(xié)議棧、物理層協(xié)議處理軟件的開源，以及支持無(wú)線軟硬件解耦的NFV平臺(tái)和開源管理軟件的增強(qiáng)，共享基礎(chǔ)軟件研發(fā)成果，降低行業(yè)的整體研發(fā)成本，讓各個(gè)產(chǎn)業(yè)合作伙伴聚焦在核心軟件及差異化能力的研發(fā)，提升行業(yè)整體價(jià)值。

在這其中，硬件白盒化是最為重要的工作內(nèi)容之一，也是無(wú)線網(wǎng)“開放性”概念的一個(gè)重要組成部分。運(yùn)營(yíng)商期望通過硬件的白盒化進(jìn)一步降低綜合成本，并構(gòu)建智能無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。

共享帶來(lái)共贏，通用降低成本

“白盒化”在交換機(jī)、服務(wù)器領(lǐng)域已被人熟知，如FaceBook主導(dǎo)的OCP、AT&T主導(dǎo)的CORD項(xiàng)目都吸引了業(yè)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(wú)線接入網(wǎng)領(lǐng)域構(gòu)建開放生態(tài)作為項(xiàng)目目標(biāo)，其核心目標(biāo)是研發(fā)基于通用處理平臺(tái)和解耦軟件的RAN技術(shù)。這類嘗試都有著不同的側(cè)重點(diǎn)。傳統(tǒng)意義中，“白盒化”意味著服務(wù)提供商通過與芯片供應(yīng)商的密切合作，按需完成完整的定制化硬件設(shè)計(jì)，從而跳過硬件品牌供應(yīng)商而由代工廠直接生產(chǎn)所需硬件產(chǎn)品（典型項(xiàng)目：OCP）。而OpenRAN項(xiàng)目是從構(gòu)造產(chǎn)業(yè)生態(tài)，從實(shí)現(xiàn)的角度，基于通用處理硬件平臺(tái)去拉動(dòng)多廠商分工集成的生態(tài)，通過細(xì)化分工促進(jìn)生態(tài)繁榮，最終實(shí)現(xiàn)降低成本的目的。

而不同于以往這類嘗試，O-RAN聯(lián)盟提倡的“無(wú)線白盒硬件”是從另外一個(gè)角度去解決硬件成本問題。包括兩方面：一是制定無(wú)線專用設(shè)備的參考設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并在行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)研發(fā)成果共享；二是引入通用處理平臺(tái)，應(yīng)用于通信的信號(hào)處理。這兩個(gè)策略的核心是相同的，通過在設(shè)備廠商間共享硬件設(shè)計(jì)，降低研發(fā)的成本投入，并實(shí)現(xiàn)器件選型的近似統(tǒng)一。而核心芯片總使用量的規(guī)模效應(yīng)，將攤薄上游芯片和器件的設(shè)計(jì)和研發(fā)成本，最終降低設(shè)備廠商器件采購(gòu)的成本，從而從源頭降低通信行業(yè)設(shè)備的硬件成本。除降低行業(yè)研發(fā)和器件采購(gòu)的成本外，還將帶來(lái)以下幾方面的影響。

硬件通用化將極大地降低行業(yè)的準(zhǔn)入門檻

一些不具備電信級(jí)硬件設(shè)備研發(fā)能力的廠商僅投入軟件研發(fā)，即可進(jìn)入通信設(shè)備的研發(fā)領(lǐng)域。目前通信行業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)了專職于通信軟件研發(fā)的企業(yè)，如Mavenir、Altiostar、Parallel Wireless、賽特斯等，這一趨勢(shì)正在逐漸形成。

增大了在不同場(chǎng)景下技術(shù)方案的差異性

任何一個(gè)方案都有其應(yīng)用場(chǎng)景，只要限制其應(yīng)用場(chǎng)景，就可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，白盒基站更是如此。5G時(shí)代，在宏站設(shè)計(jì)追求無(wú)線通信性能最優(yōu)的同時(shí)，預(yù)期中的海量微站和擴(kuò)展型室分皮站站型的大量應(yīng)用，將會(huì)帶來(lái)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)維成本的巨大壓力，因此低成本的無(wú)線白盒基站首先將聚焦在這一類場(chǎng)景。眾所周知，小站部署具有覆蓋半徑短、場(chǎng)景簡(jiǎn)單和成本敏感的特點(diǎn)，一定程度上降低了對(duì)于通信設(shè)備的性能指標(biāo)要求，硬件同質(zhì)化帶來(lái)的通信性能指標(biāo)的趨同性也就不是主要矛盾了。

MEC與白盒基站的融合設(shè)計(jì)

目前業(yè)界正在悄然達(dá)成一個(gè)共識(shí)，MEC邊緣業(yè)務(wù)有可能首先為5G帶來(lái)營(yíng)收增益。甚至有專家表示，如果沒有MEC等邊緣計(jì)算解決方案，5G將無(wú)法實(shí)現(xiàn)所有性能目標(biāo)，這充分顯示了MEC在未來(lái)5G時(shí)代的重要性。而另一方面，由于無(wú)線白盒基站倡導(dǎo)在基帶側(cè)引入了通用處理平臺(tái)，這一電信設(shè)備的IT化將帶來(lái)更靈活的軟件部署和升級(jí)能力，通過引入虛擬機(jī)或者容器技術(shù)，更可以實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議軟件與上層應(yīng)用軟件的共平臺(tái)部署，從而實(shí)現(xiàn)MEC與無(wú)線設(shè)備的共平臺(tái)設(shè)計(jì)。又考慮到白盒基站的一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景是為高價(jià)值的政企客戶提供通信覆蓋服務(wù)，這將帶來(lái)無(wú)限的應(yīng)用想象空間和商業(yè)契機(jī)?；谶@一假設(shè)，未來(lái)無(wú)線設(shè)備供應(yīng)商，勢(shì)必將研發(fā)重心從通信軟件轉(zhuǎn)向業(yè)務(wù)軟件，差異化軟件能力將成為核心競(jìng)爭(zhēng)力。

為國(guó)內(nèi)芯片及器件提供了新的機(jī)會(huì)

在通信領(lǐng)域，一直以來(lái)核心芯片設(shè)計(jì)和研發(fā)能力都掌握在國(guó)外企業(yè)手中，這跟通信芯片復(fù)雜度高，國(guó)內(nèi)企業(yè)缺乏經(jīng)驗(yàn)積累有直接關(guān)系。O-RAN提倡的器件通用化和設(shè)計(jì)共享理念，將給國(guó)內(nèi)通信芯片產(chǎn)業(yè)提供新的機(jī)會(huì)。其一，基帶處理方面，加速器芯片的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)難度小于基帶信號(hào)處理SoC芯片。異構(gòu)的硬件加速處理器的引入是為了解決通用平臺(tái)處理效率不高的問題，僅負(fù)責(zé)部分高密度運(yùn)算功能的卸載。由于其功能相對(duì)單一、設(shè)計(jì)復(fù)雜度不高，非常適合處于芯片研發(fā)起步階段的國(guó)內(nèi)企業(yè)的研發(fā)實(shí)現(xiàn)。其二，射頻處理部分，通過規(guī)模效應(yīng)推動(dòng)國(guó)內(nèi)射頻半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)加大投入，結(jié)合國(guó)內(nèi)廠商的功放，濾波器等優(yōu)勢(shì)方案形成參考設(shè)計(jì)。同時(shí)加速高集成度射頻芯片例如tranceiver的成熟，破除國(guó)外芯片的壟斷。其三，參考設(shè)計(jì)的共享發(fā)布客觀上確保了選型芯片的整體銷售量，是對(duì)芯片研發(fā)投入的一個(gè)很好的保護(hù)。

挑戰(zhàn)與展望

O-RAN聯(lián)盟的成立，在業(yè)界“一石激起千層浪”。隨著越來(lái)越多的合作伙伴加入，也將極大地加速O-RAN聯(lián)盟的相關(guān)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)的研發(fā)工作中，整合產(chǎn)業(yè)力量實(shí)現(xiàn)研發(fā)成果的共享，最終降低產(chǎn)業(yè)的整體成本。需要解決的核心技術(shù)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(dá)到平衡，是白盒基站參考設(shè)計(jì)研發(fā)的核心關(guān)鍵問題。

未來(lái)，中國(guó)移動(dòng)將不遺余力地推進(jìn)O-RAN的相關(guān)工作，計(jì)劃將在2019年聯(lián)合產(chǎn)業(yè)合作伙伴共同開展5G白盒室分?jǐn)U展型皮站的現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證工作，驗(yàn)證無(wú)線性能、可靠性、綜合成本等指標(biāo)，進(jìn)一步促進(jìn)白盒設(shè)備技術(shù)方案的成熟。