行业信息丨白盒化5G小基站面临的机遇与挑战

有温度的产业观察

 中国5G正式商用后，网络覆盖和网络质量对整个行业而言至关重要。目前，5G网络已完成重点区域覆盖。而为了达成“用户随时随地享受5G高速优质网络”的目标，还需进行广覆盖、室内覆盖、热点覆盖等各种深度覆盖的部署，而小基站无疑是满足上述部署需求的重要解决方案之一。目前，基于开放架构的5G小基站技术逐渐兴起，成为运营商在无线接入侧实现智能化、开放化、开源化部署的重要技术选择。

5G小基站因挑战而生

5G典型行业应用超过70%产生于室内。然而相对于4G来说，5G通信系统在室内覆盖方面存在明显的不足，原因主要在于以下三个方面。

01

高频段部署导致室内深度覆盖难度大。

为了满足5G业务对超大频谱带宽的需求，5G网络宏站选择在更高的C-Band频段上部署。与4G网络相比，高频段的宏站信号会面临更高的路径损耗问题，进而导致室内深度覆盖不足。

02

传统室内分布系统难以向5G演进。

由于面临频段无法支持、设备更换难度大以及工程建设难度高等问题，传统室内分布系统难以满足载波频率在3GHz以上5G网络的覆盖需求。既然平滑演进存在困难，那么解决5G网络的室内覆盖问题就需要另辟蹊径。

03

第三，5G时代产生业务边缘化处理的需求。

5G时代业务将高度依赖边缘部署的能力来实现高带宽、低时延、广连接方面的需求。而当前的网络结构在边缘侧不具备满足5G业务需求的能力。

为了满足5G网络深度覆盖需求，解决高频覆盖不足的问题，同时在边缘侧合理部署算力，5G小基站部署将全面展开。

开放源于IT与CT融合

基于开放架构的网络设备来源于互联网企业在数据中心中的尝试。
早在2011年，Facebook就倡导成立数据中心硬件开源项目，从而开启了网络设备白盒化的浪潮。近年来，以O-RAN（Open-Radio Access Networks）联盟、TIP（Telecom Infra Project）为代表的联盟组织均不断推动基于开放架构的基站设备标准化和试商用进程。2019年1月18日，日本乐天移动宣布建设首张端到端的云原生移动通信网，计划以全IT化方式建设4G/5G网络，在无线侧实现基站的虚拟化、白盒化。2020年2月5日，DARPA（美国国防部先进研究项目局）在官网上发布“开放可编程安全5G”（OPS-5G）项目意见征集书。我国对于开放架构小基站技术也保持紧密跟踪状态，2019年11月，三大运营商成立开放无线网络测试与集成中心（OTIC），旨在推动基于开放架构的基站系统标准和商用能力验证测试。基于开放架构的5G小基站是IT产业和CT产业深度融合的产物。其技术特征主要是将无线系统设备切分为标准子系统组件进行独立研发，最终达到硬件加速器、通用COTS硬件平台和RRU子系统的硬件独立解耦，实现接口开放化、硬件白盒化、软件开源化、网络智能化。

开放架构分析

基于开放架构的5G小基站从形态上来看，主要包括基带处理单元（BBU）、汇聚单元（HUB）和远端射频单元（RRU）。
基带处理单元主要通过通用处理器、加速卡、基带专用芯片等方式实现无线接入网1/2/3层协议栈、同步、前传功能等。目前较为常见的处理方式是将实时性要求较高的信道编辑码和前传功能用FPGA或ASIC来实现，2/3层功能协议基于x86或ARM架构服务器来实现。同时，在基带处理单元引入软硬件解耦，使用通用化硬件实现更高效、更灵活的架构，有利于运营商灵活部署和业务快速开发。HUB主要用于级联多个RRU，对数据进行分发和合并，实现信号同步、加/解压缩以及前传接口等功能。RRU主要实现射频收发功能，包括前传模块、电源模块、收发机模块、功放和滤波器等功能。HUB和RRU可以基于FPGA/ASIC来实现。目前HUB和RRU还是基于专用硬件来实现，随着芯片技术的不断成熟，采用芯片方式实现将达到减少成本、降低功耗的目标。

开放带来成本优势

基于开放架构的5G小基站受到了业界的高度关注，2018年10月成立的O-RAN联盟也得到了产业界的广泛关注和认可。开放解耦一方面带来了成本和部署上的优势，但另一方面也为系统集成和运营运维模式带来了新的挑战。目前，该联盟正 致力于开放接口规范的验证，推进符合标准的产品更快地进入商业化使用阶段。
运营商纷纷致力于白盒化基站探索。中国移动联合联想、英特尔等企业打造了业界首个4G/5G O-RAN双模云化白盒小站方案。由此可见，运营商的网络变革正从核心网向接入网拓展，通过基于开放架构的小基站，运营商正在改变以往无线接入网领域软硬件一体化、紧耦合的模式，向“智能、开放、开源”的方向演进。开放架构除了有利于运营商降低5G网络建设成本之外，更重要的是网络会因此变得更加智能，从而快速灵活响应业务需求。

专用硬件、互联互通和安全成为挑战

基于开放架构的5G小基站虽然具有一定的技术先进性，但仍然存在着诸多挑战。
从技术实现角度来看，基于开放架构的5G小基站底层对实时处理要求极高，通用硬件目前无法满足对实时性、计算能力、时延的需求，因此RRU在较长一段时间内还将依赖于专用硬件来实现。从互联互通角度来看，目前尽管已有联盟组织制定了基带处理单元和远端单元之间的接口规范，但还是存在不同厂家产品不兼容的问题，距离商用化尚需大量的互联互通测试。因此，基于开放架构的5G小基站距离商用部署还有一段路要走。从信息安全角度来看，基于开放架构的5G小基站架构更加复杂，带来了网络设备虚拟化、软件化、开源化、控制集中化及硬件通用化等新特性，引入了诸如资源隔离失效、集中控制失效、软硬件漏洞等安全隐患。因此，需要从标准制定的初始阶段即考虑安全性能方面的要求。

基于开放架构的5G小基站有利于降低网络建设成本，智能化、开放化、开源化的特性使其更能满足5G在快速业务部署、垂直行业应用以及边缘覆盖方面的需求，同时有助于扩大行业生态。但是，由于该技术尚处于初始阶段，在技术实现、互联互通、信息安全等方面存在挑战，因此需要密切关注该技术的进一步发展。（本文首发于人民邮电报）

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信息来源：读懂科技微信公众号