適合下一代蜂窩網絡的優化芯片解決方案

G開放式RAN小基站將如何提高安全性和靈活性，加快新一代網絡技術的部署

作者：張煒博士，比科奇微電子（杭州）有限公司業務拓展總監

隨著5G時代的到來，網絡正朝著開放化的方向發展演化。移動網絡運營商（MNO）和通信服務提供商（CSP）正在尋求能減少成本和加快部署的解決方案，以滿足未來幾年苛刻的網絡覆蓋和容量目標。這使得蜂窩設備供應商在提供4G、5G、雙模、宏基站以及室內外小基站等設備時在成本和性能的平衡上面臨巨大挑戰。因此，設備供應商轉向芯片廠商，尋求具有實現靈活度、低成本、低功耗，并可以支持例如開放式接入網絡（RAN）和行業標準接口的芯片解決方案。

5G RAN和分布式網絡

在過去的3-4年里，開放式無線接入網絡因能為蜂窩網絡供應鏈提供多樣化的解決方案，允許新廠商與日趨集中的現有頭部廠家展開競爭，從而成為行業組織和政府部門廣泛討論的一個熱門話題。運營商的成本壓力、對網絡安全的需求以及對設備供應商多元化的期望促使設備商去尋求既能滿足嚴格要求又能獲得最佳實踐的方案。

除了3GPP定義的核心網絡和RAN設備之間的接口，以及小基站論壇（Small Cell Forum，SCF）定義的MAC和PHY之間的FAPI接口外，O-RAN聯盟等運營商領導的組織也一直在為分布式網絡的開放式前傳接口標準進行開發和集成工作。這種RAN的拆分架構包括中央單元（CU）、分布式單元（DU）和無線單元（RU），使得來自多個供應商的RAN設備能夠互聯互通，通過引入行業競爭來降低成本。這種架構還提供了額外的網絡擴展能力以滿足運營商提高容量和覆蓋范圍的需求。

分布式網絡（Disaggregated networks）是在LTE（4G）時代提出的一個概念，它使用云化的RAN來作為網絡的一種拆分方式，并且現在變得逐漸盛行起來，其中一些RAN處理可以卸載到現成的商用（Commercial off-the-shelf，COTS）服務器或基于X86處理器的服務器上，然后通過標準化接口連接到低成本的無線單元。在超低成本的無線單元和基帶單元（BBU）之間會使用CPRI接口；但是CPRI接口存在較多私有內容，需要對這部分進行標準化以實現設備供應商的多樣化。

采用前傳或回傳基礎設施架構的另一個因素是，在這種架構下企業專網發展和全新的部署網絡都可受益于核心網絡、基帶和無線設備之間的光纖投資。這樣可以在DU和RU之間實現高傳輸帶寬和低延遲的前傳連接，允許在DU中進行更多的RAN處理，并使RU變得更簡單。對于前傳基礎設施是“非理想”的銅纜情況，較好的部署方式是使用完全集成的RAN，或是賦予無線單元更多的處理能力的拆分形式為split 2或split 6的架構。

在不同的應用場景中，與RAN架構和規范一起發揮作用的還有各種部署用例，包括：

提供廣域網絡覆蓋的大型室外基站：往往采用具有多達64根天線的大規模多路輸入多路輸出（mMIMO）模式，以提供高能效的定向波束。

低頻段的室外微蜂窩基站：提供最高可達4T4R或8T8R的覆蓋能力，并對能效有較高要求的解決方案。

室內企業級應用的無線單元：發射功率會因為需要以太網供電（PoE），以及安裝在墻壁或天花板使用時僅能用散熱器來散熱而受到嚴格限制。

中立網絡服務提供商的無線單元：采用多載波解決方案，帶寬需要比100MHz FR1寬2-3倍。

服務于多樣化頻譜的解決方案：由于全球5G NR的頻譜多樣性比LTE更顯著，因此對信道頻段、帶寬和載波聚合有非常多的挑戰，這導致眾多客戶特制的射頻前端設計和靈活的基帶解決方案，并且客戶尋求芯片廠商提供支持這類解決方案的芯片設計。

低時遲應用：諸如視頻點播等需要邊緣服務器來實現最高的性能和效率。

雙模5G/LTE無線單元、非獨立接入（Non-Standalone Access，NSA）和支持頻譜重耕的應用：要求在同一個無線單元內同時支持5G和LTE，或能通過軟件升級進行靈活切換，以最大限度降低運營商的物料清單（BOM）成本。

5G帶來挑戰，開放性的RAN提供解決方案

全新的5G網絡給設備商帶來了無數挑戰：一，由于環境保護政策的限制和用電成本的經濟性考慮，運營商必須確保所部署的5G基礎設施是低功耗的、能滿足可持續性目標的解決方案，這對5G的實施和成功部署至關重要。此外，無線單元需要在沒有主動散熱的情況下運行，并且在許多情況下需要在PoE供電功率限制范圍內運行。二，由3GPP、O-RAN聯盟和SCF定義的下一代開放接口，例如O-RAN聯盟的開放前傳，正在進一步優化和發展標準過程中?，F有成熟且經過優化的系統級芯片（SoC）即使包括了eCPRI等接口，也需要具備擴展性支持實現進一步演進的標準。三，運營商、私有網絡服務商和中立第三方網絡提供商等不同類型客戶的需求，需要靈活的RAN來滿足多樣化的頻譜要求和載波帶寬，但現有的第一代解決方案不太理想，根源在于此類方案通?；诎嘿F且耗電的服務器、加速卡和現場可編程邏輯門陣列（FPGA）實現。

雖然Open RAN等5G標準不是萬能的解決方案，但它們可以（也確實）解決了其中一些挑戰，并為5G設備商和運營商提供了一條更快、更具成本效益的設備/服務的上市路徑。運營商正在以更低的物料（BOM）成本為目標，希望通過優化的芯片解決方案來實現批量部署。在Open RAN等生態系統中，設備商的多元化將促進競爭，從而降低成本。諸如比科奇等芯片供應商已經形成了高性能基帶SoC產品和以降低系統功耗的產品路線圖。硬化的基帶/RFIC中的數字預失真（Digital Pre-Distortion，DPD）算法有助于提高射頻功率效率。設備商、運營商以及諸如O-RAN聯盟和電信基礎設施項目（TIP）等組織都設立了開放性RAN實驗室，正在不斷測試開放性RAN接口的互操作性。

結論

未來的網絡必須以開放、靈活、優化和可互操作的芯片為基礎，并由業內一流設備商來組成的多樣化生態系統。為了競爭，作為挑戰者的開放性RAN設備商需要獲得支持Open RAN等5G標準的芯片，并且他們可以在公開市場上購買到這些芯片，以便與傳統供應商競爭。PC802是業界首款專為5G NR/LTE小基站的分布式和一體化RAN架構而設計的PHY SoC；憑借PC802 SoC，比科奇通過賦能設備制造商中的新加入者和挑戰者企業，使其能夠在開放性RAN設備市場上競爭，也為Open RAN等新的5G標準的發展做出貢獻。
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