不斷變化的使用模式，如自動(dòng)駕駛汽車、智能工廠、流媒體視頻和基于云的應(yīng)用程序，更加重視更高的帶寬和更少的延遲。為了滿足這些不斷變化的需求，與4G LTE相比，5G有望將速度提高100倍，并且延遲要低一個(gè)數(shù)量級(jí)或更低。此外，5G規(guī)范要求新網(wǎng)絡(luò)每平方公里連接100萬(wàn)臺(tái)設(shè)備，是以前的100多倍。

滿足這些更高的性能水平需要進(jìn)行重大更改，包括新的頻段和更改的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)（RAN）架構(gòu)。在構(gòu)建4G LTE之后，運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)在必須部署一種全新的傳輸技術(shù)，該技術(shù)具有更高的復(fù)雜性和更多的硬件和軟件組件。推出本身將大規(guī)模進(jìn)行，運(yùn)營(yíng)商需要的解決方案不僅要快速有效地部署，而且要經(jīng)濟(jì)地購(gòu)買和運(yùn)營(yíng)。這些組件還需要可靠，并最大限度地降低功耗。

隨著5G的行業(yè)計(jì)劃，必須控制資本支出（CapEx）和運(yùn)營(yíng)支出（OpEx）。這導(dǎo)致了從4G的專用硬件和專有軟件到安裝在開放和商業(yè)現(xiàn)貨（COTS）硬件平臺(tái)上的開放軟件堆棧的全行業(yè)轉(zhuǎn)變。

為什么開放式解決方案是5G的關(guān)鍵

回顧4G，這些網(wǎng)絡(luò)主要是通過(guò)運(yùn)行專有軟件堆棧的定制硬件實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)承運(yùn)人選擇設(shè)備供應(yīng)商時(shí)，它成為一項(xiàng)長(zhǎng)期承諾。這種方法對(duì)于4G網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)是可以容忍的，但考慮到5G的新挑戰(zhàn)和降低總擁有成本（TCO）的驅(qū)動(dòng)力，運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始開發(fā)開源解決方案。5G的最終目標(biāo)是可互換的COTS Arm或x86服務(wù)器，運(yùn)行開源軟件堆棧。

圖 1：頂級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G有何不同？

5G網(wǎng)絡(luò)與4G LTE幾乎完全不同，從頻段開始。5G在4G離開的地方拾取，頻譜范圍從6 GHz到300 GHz，更高的頻率支持更小的小區(qū)尺寸，使5G小區(qū)能夠在社區(qū)，制造工廠甚至房屋和其他結(jié)構(gòu)等位置提供高度本地化的覆蓋范圍。

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將4G BBU的功能分解為無(wú)線單元（RU）、分布式單元（DU）和集中式單元（CU）。由于5G將RU，DU和CU解耦，因此它為運(yùn)營(yíng)商提供了更大的靈活性。RU、DU 和 CU 可以位于同一位置或部署在不同的位置，具體取決于網(wǎng)絡(luò)要求。例如，通過(guò)在邊緣同時(shí)部署 RU、CU 和 DU，可以構(gòu)建需要盡可能低邊緣延遲的網(wǎng)絡(luò)。這將為遠(yuǎn)端連接的用戶應(yīng)用提供出色的性能，但會(huì)增加每個(gè)塔架的環(huán)境控制外殼的費(fèi)用。對(duì)于可以容忍更大延遲的應(yīng)用程序，另一種方法中，多個(gè) RU 可以由一個(gè) DU 提供服務(wù)，從而降低網(wǎng)絡(luò)成本，同時(shí)提供足夠的性能。

圖 2：5G 將 4G 傳統(tǒng) BBU 分配到 RU、DU 和 CU 功能中。

更好地了解5G的組件需要仔細(xì)研究架構(gòu)。圖3顯示了5G網(wǎng)絡(luò)硬件和互連的“一鍵式”視圖。

圖3：5G網(wǎng)絡(luò)軟件架構(gòu)

5G RU 基于硬件的數(shù)據(jù)平面。它由一個(gè)射頻發(fā)射器和一個(gè)LO PHY模塊組成，通常作為FPGA或ASIC實(shí)現(xiàn)，針對(duì)數(shù)據(jù)包管理進(jìn)行了優(yōu)化。它以有線速度運(yùn)行，可以提供小于1 ms的延遲。RU 通過(guò) LO 物理層和高層物理層之間的前拖程連接到 DU。5G中較小的小區(qū)尺寸意味著在給定的覆蓋區(qū)域內(nèi)將需要更多的塔。因此，RU和塔將在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中以數(shù)百萬(wàn)的規(guī)模部署。

DU 管理通過(guò)前傳鏈路進(jìn)出 RU 的無(wú)線電數(shù)據(jù)包流量。DU 的主要組件是無(wú)線鏈路控制器 （RLC）、媒體訪問(wèn)控制器 （MAC） 和 HI PHY。MAC包含與RLC通信的軟件和與PHY通信的硬件模塊。它可以集成GPU或FPGA等硬件加速器，并且可以在小于5 ms的延遲下運(yùn)行。DU 通過(guò) F1 中途連接到 CU。DU COTS 實(shí)現(xiàn)將包括一個(gè)具有硬件加速 PCIe 卡的服務(wù)器機(jī)箱和一個(gè)開源 MAC/RLC 堆棧。

CU 分為控制平面 （CP） 和用戶平面 （UP）。這模仿了4G LTE的配置，這使得將5G網(wǎng)絡(luò)與4G LTE網(wǎng)絡(luò)集成變得更加容易，并且還為獨(dú)特的5G RAN配置提供了靈活性。CP 和 UP 作為 CU 的一部分直接連接到 CU 盒中。它們可以在大約10 ms的延遲下運(yùn)行。

CU 的上游是 RAN 智能控制器 （RIC）。此功能將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)虛擬化為一系列可由上游核心控制器訪問(wèn)的功能。下文將進(jìn)一步詳細(xì)討論RIC。

向開放網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變

盡管 RU、DU 和 CU 包括軟件定義網(wǎng)絡(luò)或虛擬 RAN （vRAN） 所需的所有功能和接口，但核心的網(wǎng)絡(luò)編排和自動(dòng)化層需要一個(gè)軟件工具來(lái)管理該過(guò)程。在4G LTE中，這項(xiàng)任務(wù)由專有硬件和軟件管理。對(duì)具有成本效益的5G解決方案的需求導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商推動(dòng)利用COTS硬件的標(biāo)準(zhǔn)化開源解決方案。

然而，只有當(dāng)硬件能夠滿足運(yùn)行軟件的性能、外形尺寸和成本要求時(shí)，5G開源運(yùn)動(dòng)才能成功?；?Arm 的服務(wù)器處理器是一種合乎邏輯的選擇，因?yàn)樗鼈兙哂懈咝阅堋⒏吣苄Ш偷?TCO 的架構(gòu)。

此外，OCP的規(guī)格之一是開放式EDGE機(jī)箱。其淺外形尺寸、低功耗要求和處理密度針對(duì)電信和邊緣應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。

openEDGE 機(jī)箱的模塊化設(shè)計(jì)涉及標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)器機(jī)箱，該機(jī)箱配有可填充托架的插槽。雪橇采用連接式設(shè)計(jì)，可滑入到位。它們可以填充主板和內(nèi)存模塊等。開邊機(jī)箱提供多種標(biāo)準(zhǔn)框架尺寸（2u，3U，5U等）;每個(gè)都是19英寸兼容的，設(shè)計(jì)用于安裝到標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架中。

安培在開放式Edge雪橇中開發(fā)了Hawk服務(wù)器主板，以支持5G RU，DU，CU和RIC的緊湊邊緣外形，并考慮了以下功能：

在緊湊的邊緣外形中支持 5G RU、DU、CU 和 RIC

基于 Arm 的 3.3 GHz v8 內(nèi)核，具有 8 個(gè) DDR-2667 DIMM、42 個(gè) PCIe 第 3 代通道等功能

集成式服務(wù)器控制器

斷續(xù)器

功率至少為 125W TDP

其他5G核心功能，如開放網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化平臺(tái)（ONAP），由Linux基金會(huì)托管的開源網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目，具有不同的硬件要求。核心硬件通常位于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，并提供相關(guān)的冷卻和電源基礎(chǔ)設(shè)施。這允許使用具有更大功率包絡(luò)的商用現(xiàn)成服務(wù)器外形規(guī)格，例如全深度 1U 和 2U。

硬件需求將隨著5G的進(jìn)步而發(fā)展，以滿足計(jì)算和電源效率的要求。電信運(yùn)營(yíng)商將需要他們的設(shè)計(jì)工程師來(lái)評(píng)估和實(shí)施這些類型的硬件解決方案，以實(shí)現(xiàn)高性能的核心服務(wù)器，同時(shí)降低運(yùn)營(yíng)成本并減少每個(gè)機(jī)架的資本支出。

審核編輯：郭婷