O-RAN 簡介

O-RAN 的概念和架構是採用分割 RAN 概念。目前有八種方法可以發揮良好的 RAN 分割功能；其中每一種方法都是建議將處理作業分段處理，使用不同的硬體處理協定堆疊的不同部分。圖 2 歸納整理這八個選項。

^{圖 2： RAN 分割選項 (來源：NGNM 2018)。}

如圖 2 所示，O-RAN 使用選項 7-2，將實體層 (PHY) 分成高階物理層 (High-PHY) 和低階物理層 (Low-PHY) 兩段。選項 7-2 的上行連結 (UL)、CP 移除、快速傅立葉轉換 (FFT)、數位波束賦形 (若可行) 以及預過濾 (限實體隨機存取通道 [PRACH]) 等流程，全都在 RU 進行。該 PHY 的其他部分則在 DU 中處理。下行連結 (DL) 的反向 FFT (iFFT)、CP 加法、預編碼函式、數位波束賦形 (若可行)，均會在 RU 中進行，並在 DU 中處理該 PHY 層的其他部分。2G、3G 和 4G 均使用通用公共無線電介面 (CPRI)，透過選項 8 分割段傳送。

改用選項 7-2 分割段可以減少 DU 和 RU 之間的流量。O-RAN 指定了 7-2 分割的版本。圖 3 示意 7-2 分割段，也說明該協定堆疊的其他部分在 CU 與 DU 之間的分割方式。採用 7.2 倍分割，能在技術快速上市與部署成本兩者之間達到最佳平衡。這麼做可以避免分割細節造成困擾，同時能夠順利減少並改善流量。某些 5G 系統採用的 DU-RU 介面是進化版 CPRI (eCPRI)。eCPRI 在 High-PHY 和 Low-PHY 之間提供因廠商而異的分割方法。因此，您可以支援多種分割方式、安排因獨特天線實體環境所致的不同部署環境，進而發揮最佳流量效能或彈性。這種方式能讓您確實依據不同的業者進行成本最佳化。

^{圖 3： 選項 7.2 的 CU、DU 與 RU 協定層分割方式}

3GPP 定義了新的 5G RAN 架構，並且規定 CU 和 DU 之間統一採用 F1 介面這項標準新介面。實體分割 CU 和 DU 時，稱為高層分割 (Higher-layer Split, HLS)。雖然 3GPP 並未具體定義，但 DU 與 RU 之間的低層介面稱為低層分割 (Lower-layer Split, LLS)。您可以依據 CU 和 DU 分別與 RU 之間的關係，透過數種方式設定這兩者。圖 4 示意不同的 RAN 設定。請注意，F1 介面是耐延遲介面，而 DU-to-RU 介面則需是低延遲介面。有鑑於建立低延遲介面有其難度，本文件其他內容會以低層分割使用範例詳細說明中央 RAN。

^{圖 4： RAN 功能裝置位置彈性 (來源：NGMN，2018)。}

DU 與 RU 之間的介面也稱為前傳 (FH) 介面。FH 介面是要求最嚴苛的系統介面之一，極度容易受潛時影響。DU 和 RU 是同一個製造商生產的產品，因此，多數系統使用的 FH 介面會是 CPRI 或 eCPRI (專指 5G)。CPRI 起初規劃製作成開放介面，但就實際面而言，為了配合自己的硬體，各廠商執行此介面的方式會略有不同，導致不同廠牌的介面難以互通或根本無法互通。雖然不適合採用開放式的白盒硬體架構，但您仍然能夠更輕鬆地做到讓 DU 和 RU 兩者之間密切同步。DU 和 RU 若由同一家廠商生產，兩者的傳送和接收時間點就能彼此配合 (唯一差別在於 DU 和 RU 之間的距離)。

​O-RAN 的兩大目標之一是要建立更開放的生態系，因此必須定義新的 FH 介面。O-RAN 有七個工作小組，其中的第 4 工作小組 (WG4) 專責定義這個介面。這個小組的名稱是「開放式前傳介面工作小組」(Open Fronthaul Interfaces Workgroup)，其目標是「提供真正的開放式前傳介面，讓多廠商的 DURRU 能確實互通」。圖 5 顯示擬議中的 DU-to-RU 介面在不同平面中的資訊交換方式。這七種不同的資料流 (加上另一個管理 [M] 平面資料流) 可能看似令人望而卻步，但總共四個平面 (控制、使用者、同步及管理) 當中，屬於高層級的資料類型只有三種 (I/Q 資料、時序與同步資料，以及命令與控制資訊)。

^{圖 5： 低層前傳資料流 (來源：O-RAN)。
注意：這裡未呈現 M 平面資料流。}

相較於 CPRI，由於 CPRI 採選項 8 分割方式，因此，在 FH 介面中傳輸、封裝及解封 I/Q 資料的方式明顯不同。選項 8 分割會在 RF 分割網路，所以，I/Q 樣本不會經過任何 PHY 處理 (FFT/iFFT)。網路在 4G 後期與 5G 初期不斷發展，eCPRI 設法降低大量多重輸入與多重輸出 (MIMO) 使用更多天線和取樣率 (每個天線多個樣本) 所造成的流量。系統流量會壓垮實體連線，而能承載如此流量的連線，執行成本則非常高。

​為減少這個介面的流量，eCPRI 會將 PHY 的特定部分移至 RU，並且增加壓縮演算法。不過，要將 PHY 的哪些部分移至 RU，並沒有具體的分割方式，不同廠商的做法也不盡相同。這種情況對某些廠商而言是競爭優勢，也讓業者有機會降低連結成本。由於部分低階 PHY 功能在 RU 中，因此，DU 必須告知 RU 執行這些功能的方法。這項指令也會在 eCPRI 和 O-RAN 的 FH 介面之間建立不同的指令與控制介面，若只選擇特定某一廠商所採行的分割方式，就容易造成特定服務廠商壟斷的情形。 O-RAN 的開放式 FH 介面旨在按照統一標準決定要使用 7.2 倍分割方式將 PHY 的哪些部分移至 RU，讓您能夠整合不同的廠商的硬體。

WG4 致力於建構出最終版的 FH 介面之際，必須思考介面測試方法。若系統含不同硬體廠商生產的 DU 和 RU，則系統整合商和廠商需有能力驗證 DU 和 RU 是否能正確介接。這類測試通常稱為互通性測試。O-RAN 正在研究如何測試符合 O-RAN 標準的系統。圖 6 的 O-RAN 簡圖顯示以 O-RAN-CU (O-CU) 和 UE (模擬或商用) 測試 O-RAN-DU (O-DU) 與 O-RAN-RU (O-RU) 時的可行配置。其中一個測試重點是在審視 CU 和 DU 之間的介面，另一個測試重點則是審視 RU RF 輸入/輸出，但會將 DU 和 RU 合併為受測裝置 (DUT)。若採這種方式，使用主動式模擬時就不會測試 DU 和 RU 之間的 FH 介面，只會將這個介面視為被動式監控。

^{圖 6： O-RAN 測試配置，主動式 (左) 與被動式 (右) (來源：O-RAN)。}

測試 FH 介面時可以考慮兩種主動式測試：協定測試與參數測試。O-RAN 證明了測試案例驗證與疑難排解非進行協定測試不可。要與其他符合 O-RAN 標準的裝置順利介接，在開發階段就掌握能驗證設計的工具是一大關鍵。設計完成且 DU 和 RU 進入驗證與生產階段後，就能進行參數測試，確保每台裝置都能確實發揮預期效能。

​​RU 是 O-RAN 基地台不可或缺的要素，它提供初階 PHY 層，將 UE 連接至 RAN。另一方面，RU 可以透過 O-RAN FH 介面連線至 DU。RU 是可擴充元件，因此，許多 RU 可以連上單一 DU，而一個特定 RU 若有多個天線，則可同時連線至多個 UE。這樣的配置代表著 RU 是基地台中數量最多的元件，其測試點也最多；因此，測試時間快速與否是影響運作效率的重要關鍵。NI 謹記這些重點，並且建構出能夠符合這些需求的驗證與生產測試解決方案。

O-RAN RU 驗證

​NI 與 Spirent 合作打造出能夠完整驗證 O-RAN RU 的解決方案。控制 UE、RF 頻道模擬器、RU (DUT)、DU、CU 和核心 (EPC/5GC) 的全自動化單一 GUI，讓 NI 和 Spirent 之間的協作帶給使用者功能良好且效能優異的端對端測試，更有完整豐富的 RU 驗證功能，全都包含在一個整合式的連線測試平台。

^{圖 7： Spirent 與 NI 的 RU 驗證程式方塊圖。}

主要功能：

1. 全自動的單一 GUI，能控制 UE、RF 通道模擬器、RU (DUT)、DU、CU，以及核心 (EPC/5GC)
2. 適用於 DU、CU、核心與 UE 的 Real-time 即時網路模擬
3. 即時繪製資料效能 (KPI) 與空中傳輸訊息
4. O-RAN 聯盟 TIFG 端對端測試規格第 4 和第 5 節功能與效能測試
5. 進階 O-RU 靈敏度效能測試，可針對 O-RU 效能與近遠動態範圍測試進行基準衡量
6. 以 PXI 平台為基礎的全面整合硬體，適用於可擴充的高效能儀器

O-RAN RU 生產測試

NI 的 O-RAN RU 生產測試解決方案能在 RU 製造階段進行快速又有效率的測試。由於可以透過同一個測試與自動化介面控制 RF 和數位 DUT，能發揮優異的定序功能並與 NI 儀器保持同步，而且支援即時前傳連結和高產能 DU 模擬，這項解決方案不但能讓 RU 生產測試發揮效率、速度，更兼具經濟效益。

這項解決方案是與 NI 合作夥伴齊心協力打造出來的成果，能降低整體測試成本，還能縮短上市時程。

^{圖 8： O-RAN RU 生產測試程式方塊圖。}

主要功能：

1. ​高產能 DU 模擬錄製與播放
2. 整合式 DUT 控制
3. O-RAN 與傳統 RAN 生產測試案例
4. 運用 PXI VST 因應不斷發展的無線標準
5. 四層 RU 結合所列量測作業能加快測試速度
6. 體積精巧且具經濟效益的測試平台

O-RAN 有三個目標：

• 打造出智慧程度更高且充分運用網路切片虛擬化功能大幅提高效率的 RAN
• 支援多廠商網路解決方案的白盒硬體
• 建立不同網路元件通用的標準化介面

O-RAN 進行這幾項重要的計畫，宗旨是要讓網路發展更能因應未來需求，並且能夠整合如 URLLC 之類符合 5G 標準的功能與使用案例。DU-to-RU 通訊要求低潛時，因此 FH 介面的挑戰性特別高。O-RAN 的 WG4 正在定義這個介面，而許多公司也開始建置符合 O-RAN 標準的 RU，以利連線至其他符合 O-RAN 標準的硬體。DU-RU 這項新技術即將問世，其介面從設計與驗證乃至於生產測試階段，全都必須具備驗證及測試介面的能力。NI 提供物聯網 (IOT) 測試硬體和軟體，以及完整的 RU 驗證與生產測試解決方案，有助於加速將符合 O-RAN 標準的新 RU 推向市場。O-RAN 能廣泛運用於 5G 網路的時間點仍不明朗，不過，該聯盟目前正積極建置新的介面，並設法運用多家製造商的硬體解決方案建置新的網路，希望能改良並提升行動網路的基礎架構。