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ORAN专题系列-9:5G O-RAN 分体式小基站Option7-8硬件白盒化的参考架构


概述: Option7-8的分离式部署, O-DU7-8的硬件白盒化, O-RU7-8的硬件白盒化


在一体式小基站的白盒化硬件的参考架构中,探讨了一体式和分体式的分类方法,以及5G一体式小基站硬件白盒化的参考架构。这里进一步探讨分体式小基站硬件白盒化的参考架构。


一、分体式/分离式架构的进一步分类

1. O-RAN分离式架构

​ ​

所谓分体/分离架构:是指O-RU和O-DU在物理上彼此分离,不在同一个物理实体中。

O-DU和O-RU之间的接口称为Front Haul接口。


2. High-PHY和Low-PHY不同的部署选项

O-DU和O-RU在物理上的分离,就带来一个问题:

原先需要由专用的DSP数字信号处理器处理的PHY层协议,如何处置和安排?

先再看一下协议分层:

​ ​

硬件白盒化的终极目标是协议功能都迁移到通用的计算机上。

L2 MAC层及之上:迁移到通用平台上,已经不是大问题。除了1ms/10ms定时外,从计算机处理和计算能力、实时处理角度来看,迁移到通用平台上没有太大的难点。

RF+天线:在较长的一段时间内,还将只能运行在嵌入式专用的硬件平台,这也没有太大的争议。

这里的关键是,原先需要专用的DSP数字信号处理的L1 PHY层,如何处理?

这是通用硬件和专用硬件的边界边界是最容易有纠结和有纠纷的地方。

为此,在5G系统中,把L1 PHY层进一步分成了High-PHY和Low-PHY。

High-PHY是指L1中,与DSP没有直接的强相关性软件实体。

Low-PHY是那些与DSP有强相关性的软件实体。

根据把High-PHY和Low-PHY部署DU或RU的方案不同,分为了4中选项:

如下称为Option6, Option7, Option8以及option7-8。

High-PHY和Low-PHY部署的方案不同,O-DU和O-RU之间的Front Haul接口协议也随之有差别,这是Front Haul比较复杂的一个最重要的原因,后续再用单独的章节讨论Front Haul接口协议的开放问题。


二、Option7-8部署选项

1. Option7-8的分离式扁平部署

该部署选项下,没有扁平部署,只有分层部署。

这是因为O-DU和O-RU的接口不同,必须通过中间的FHGW网关进行中转。


2. Option7-8分离式分层部署:

O-DU与O-RU之间可以通过FHGW相连,称为分层部署。

在此部署中,把High-PHY部署在O-DU中,Low-PHY部署在FHGW中,这是O-RAN 5G新增加的方案。

在广覆盖的应用领域,推荐通过FHGW(fronthaul Gateway)网关相连。

通过FHGW的多播和汇集功能,大量节省O-DU和O-RU之间的数据传输带宽。

在此方案中,O-DU与FHGW是以太网连接,FHGW与O-RU是CPRI连接。

这个网关,这时候,也被称为eCPRI和CPRI的转换器。

 

O-RU:

  • RF、天线。

 

O-DU的数字处理单元:

  • MACLLC层、
  • High-PHY

FHWG

  • IO数据的多播或汇集
  • CPRI协议和以太网网协议(eCPRI协议)之间进行转换。

3. Option7-8部署下O-DU7的硬件白盒化

与Option7部署时,是完全一样的

内存接口:DDR4

PCIe: PCIe v3或更高版本,用于连接DU所需要的硬件加速器。之所以选择PCIe这个接口,这是因为PCIe是通用计算机连接即插即用模块的标准接口。

串行ATA接口:支持SATA3或更高版本,用于连接硬盘设备,存放DU的所有软件代码和大数据。

SPI接口:用于连接Flash这样的存储设备。存放固件firmware和不易丢失的数据。

Video口:视频接口O-DU是可选项

USB 接口:用于连接本地的设备

Miscellaneous接口:Jtag,串口等调试口。

以太网接口:提供标准的1GbE/10GbE/25GbE/40GbE/100G的以太网口。

 

PCIe: PCIe是通用计算机硬件平台的标准扩展接口,在这里用于连接专用的硬件加速模块

Timing:时钟同步接口,这个接口是,无线接入网有特殊的要求,如何在通用x86硬件平台上解决这个问题,需要专门的章节来讨论。


4. Option7-8部署下Front Gateway(FHGW7-8)的硬件白盒化:

(1)FHGW7-8的硬件架构图

前向接口:CPRI接口

后向接口:以太网接口

数字信号处理单元:

  • 下行:支持蜂窝小区级(Cell)的数据的广播,而不是MAC层或IP层的广播
  • 上行:支持蜂窝小区级(Cell)的数据的汇集,而不是MAC层或IP层的汇集
  • eCPRI协议到CPRI协议的转换。

(2)FHGW功能模块图的接口

  • 数字处理单元:蜂窝小区级IQ数据的广播和汇集功能,以及eCPRI协议到CPRI协议的转换。
  • POE++:power over ethernet,通过POE接口,可以给RU进行远程供电。
  • DC/DC:直流电源转换。
  • CLK: 本地时钟
  • Memory:DDR3/4内存
  • SPI: SPI flash,用于存放固件。
  • Debug interface:串口、Jtag调试口。
  • Ethernet: 以太网接口,eCPRI就是承载在该以太网接口之上的。
  • CPRI接口,用于与O-RU连接。

5. Option7-8部署下O-RU8的硬件白盒化

​ ​

(1)O-RU8的架构图

​ ​

与O-RU8完全一致

  • CPRICPRI控制器
  • Digital Processing数字信号处理单元
  • RF Processing模拟射频信号产后护理单元
  • Timing Unit定时模块,包括本地晶振、本地锁相环和定时模块的参考时钟源。这时候的同步参考时钟直接来自于CPRI接口

(2)O-RU8的功能图

与O-RU8完全一致

RU RF处理单元:

​ ​​ ​

  • ANT: 天线,用于把模拟的电磁波发送到空气中。
  • PA:主要功能是功率放大,一般用在发射机的最后一级,把无线高频模拟载波信号的功率放大,功率越大,发送的距离越远。
  • LNA: 低噪声放大器,主要用于接收电路设计中。因为接收电路中的信噪比通常是很低的,往往信号远小于噪声,通过放大器的时候,信号和噪声一起被放大的话非常不利于后续处理,这就要求放大器能够抑制噪声。
  • Transceiver ADC/DAC: 数模转换器,用于把模拟信号转换成数字信号。

数字信号处理单元:

Radio层数字信号处理单元

  • CFR: 是用来降低峰均功率比。
  • DPD: 是为了解决峰均功率比过大所导致的非线性问题。
  • DDC(Digital Down Converter) 数字下变频。
  • DUC(Digital Up Converter) 数字上变频。
  • CPRI Proc:可编程的CPRI IO数据处理。

结束语:

Nokia 5G小基站系统中,ASiR-sHub2.0就实现了该部署下的网关的功能,并完成eCPRI到CPRI协议的转换。

 


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1条评论

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  • 郭剑昆1359L

    怎么理解这句话:High-PHY是指L1中,与DSP没有直接的强相关性软件实体。Low-PHY是那些与DSP有强相关性的软件实体。



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