傳統上，蜂窩無線接入網(RAN)使用的專有網絡設備來自少數的網絡設備制造商，但隨著無線通信行業的發展，這種模式已不能很好地滿足需求，反而使移動網絡運營商(MNO)被“鎖定”在專有RAN上，處處受到限制。

后來，軟件定義網絡(SDN)和網絡功能虛擬化(NFV)的興起為網絡核心帶來了更大的靈活性和更高的成本效率。然而，RAN仍然是單一供應商系統。

近年來，全球移動網絡運營商一直在推動5G采用Open RAN架構(也稱為O-RAN)。Open RAN架構有望在促進創新的同時使5G網絡更加靈活，但也帶來了額外的技術復雜性和測試要求。

本文探討了5G實現Open RAN架構的優勢、原理、結構組件以及對Open RAN組件進行一致性和互操作性測試的重要性。

O-RAN聯盟

O-RAN聯盟由25個MNO和近200個來自無線領域的貢獻組織組成，自2018年成立以來，一直在開發開放的、智能的、虛擬化和可互操作的RAN規范。

電信基礎設施項目(TIP)是一個獨立的聯盟，由來自基礎設施設備領域的數百名成員組成，該項目負責維護一個Open RAN項目，以定義和構建基于通用硬件中立的硬件和軟件定義技術的2G、3G和4G運行解決方案。今年早些時候，TIP還發起了Open RAN政策聯盟，這是TIP旗下一個獨立的小組，致力于促進政策以加速和刺激Open RAN技術的采用和創新。

2020年2月，O-RAN聯盟和TIP宣布了一項合作協議，以聯合開發可互操作的Open RAN技術，包括信息共享、參考規范以及開展聯合測試和集成工作。

O-RAN聯盟為5G定義了O-RAN體系架構，并定義了一個5G RAN架構，該架構將RAN分為幾個部分，分別稱為O-RAN無線電單元(O-RU)、分發單元(O-DU)和集中式單元(O-CU)。開放的、可互操作的標準定義了這些單元之間的接口，這些標準使移動網絡運營商首次能夠混合和匹配來自多個不同供應商的RAN組件。O-RAN聯盟已經創建了30多個規范，其中許多規范定義了單元之間的接口。

互操作接口是Open RAN的核心原則

互操作接口使較小的供應商可以快速引入自己的服務，還使移動網絡運營商可以采用多供應商進行部署，并允許其自定義網絡以滿足自己的需求。移動網絡運營商可以選擇他們想要在其網絡中使用的產品和技術，而不考慮供應商。因此，移動網絡運營商將有機會構建更穩健且更具成本效益的網絡。

通過為MNO創建一個更具競爭力的供應商生態系統，使較小的供應商能夠快速推出服務，還將提高成本效率，從而降低5G網絡部署的成本。之前被“鎖定”在專有RAN中的運營商談判能力有限，而開放的環境使競爭更加公平，刺激市場競爭并降低成本。

創新是Open RAN的另一個重要優勢。開放接口的發展刺激了創新，讓更小、更靈活的競爭對手可以開發和部署突破性技術，這不僅創造了更多創新的潛力，也加快了突破性技術發展的速度，因為小公司往往比大公司行動得更快。

一個值得注意的例子是fronthaul——C-RAN(Cloud-RAN)架構的傳輸網絡，該網絡將蜂窩站點上的RRH與一定距離外的集中式基帶控制器的基帶單元(BBU)連接起來。在O-RAN聯盟參考體系結構中，IEEE無線電以太網(RoE)和開放增強公共無線電接口(eCPRI)協議可以在O-RAN fronthaul規范接口之上使用，以替代帶寬密集型和專有的CPRI。

通過使用以太網，運營商可以采用虛擬化技術，使用現成的網絡設備在物理節點之間切換前端傳輸，虛擬化的網絡元素允許更多的定制。

下圖顯示了無線協議棧的各層以及4G LTE RAN和5G Open RAN的主要架構組件。由于所需的總帶寬和所涉及的天線較少，因此BBU和RRH之間的CPRI數據速率足以滿足LTE的需求。在5G中，大規模的多輸入/多輸出(MIMO)、更高的數據速率和天線數量的增加意味著在接口上來回傳遞的數據更多。另外，請注意，LTE RAN的主要組件BBU和RRH在O-RAN架構中被O-CU、O-DU和O-RU取代，如下所述。

4G LTE RAN與5G O-RAN的主要組件顯示，BBU被O-RU、O-DU和O-CU取代，這在網絡架構中提供了更大的靈活性

Open RAN體系架構

如上文所述， Open RAN體系架構的一個核心原則是開放性，特別是以開放的、可互操作的接口的形式，使MNO能夠構建具有多家供應商技術的RAN。O-RAN聯盟還致力于在適當的時候整合開源技術，并最大限度地利用現成的通用硬件和商用芯片，同時盡量減少專有硬件的使用。

如O-RAN聯盟所述，Open RAN的第二個核心原則是整合更高的智能。網絡日益復雜，需要將人工智能(AI)和深度學習相結合，才能創建自動駕駛網絡。通過將AI嵌入RAN體系結構，MNO可以越來越多地實現網絡功能的自動化，并將運營成本降至最低。人工智能還通過動態資源分配、流量控制和虛擬化幫助MNO提高網絡效率。

用于5G O-RAN的三個主要組件是O-CU、O-DU和O-RU。

• O-CU負責協議的分組數據匯聚協議(PDCP)層。
• O-DU負責所有基帶處理、調度、無線電鏈路控制(RLC)、媒體訪問控制(MAC)和物理層(PHY)的上部。
• O-RU是負責底層物理層處理的組件，包括無線電發送器和接收器的模擬組件。

其中。O-CU和O-DU這兩個組件可以虛擬化。O-CU是RAN的組件，它始終是集中化和虛擬化的，通常運行在基于x86的計算機上。O-DU通常是一個虛擬化組件，O-DU的虛擬化需要以FPGA或GPU形式提供一些硬件加速幫助。目前，O-RU虛擬化的前景還很遙遠，但是O-RAN聯盟的一個工作組正在計劃使用現成的組件實施白盒無線電。白盒可以在沒有專有技術或組件的情況下構建O-RU。

互操作性測試要求

盡管Open RAN為MNO提供了許多好處，但要使其正常工作意味著必須采用嚴格的測試要求。Open RAN和分布式RAN要求單獨測試RAN的每個組件是否符合標準，并測試組件的組合是否有互操作性。

為什么要同時測試一致性和互操作性?在O-RAN時代，必須確定組件是否獨立地符合相應的標準，以及它們是否作為一個單元一起工作。跳過一致性測試步驟，僅執行互操作性測試，就像飛機制造商使用未經測試的零件制造飛機，然后只檢查它能否飛行。

通常首先要進行一致性測試，以確保所有組件都符合單元之間的接口規格。單獨測試每個組件都需要模擬周圍網絡的測試設備，以確保該組件符合接口協議的所有功能。

獨立地進行組件一致性測試有幾個好處。一方面，一致性測試允許進行負面測試以檢查組件對無效輸入的響應，單獨的互操作性測試無法提供這一功能。另外，一致性測試還使測試工程師能夠執行互操作性測試期間無法控制的協議功能。

O-RAN聯盟開放前傳接口工作組制定的一致性測試規范包含多個部分，其中包含許多測試類別，可測試幾乎所有的5G O-RAN元素。

5G O-RAN的互操作性測試類似于4G RAN的互操作性測試。但是，5G O-RAN的一致性測試有很大不同，需要更多的設備。下圖顯示了O-RAN一致性測試規范中的測試設備無線電。

對O-RAN一致性規范進行測試需要為Open RAN 5G網絡的每個部分配備仿真器

Open RAN發展勢頭強勁，在提高效率、降低成本和增加創新方面帶來了顯著的好處。然而，測試和驗證多供應商的Open RAN并非易事。