ORAN专题系列-6：5G O-RAN 分体式小基站Option6硬件白盒化的参考架构
摘要： Option6的分离式部署, O-DU6的硬件白盒化, O-RU6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、Option6部署选项
1. Option6的分离式扁平部署
干脆把High-PHY和Low-PHY一起下沉到RU中部署，这是O-RAN/5G新增加的方案。
O-RU6:
- High-PHY和Low-PHY全部在O-RU上
- O-RU还包括原先的RF和天线。
O-DU6的数字处理单元：
- MAC和LLC层。
- 同步时钟（频率和相位同步）：
O-DU通过IEEE1588 client从O-CU获取时钟，同时通过IEEE1588给O-RU提供同步时钟。
虽然1588时钟同步协议是基于以太网的，但要产生MAC层调度所需要的1ms精度，10ms对齐的软件调度还需要其他层面的支持，这块是O-DU白盒化的一个关键性的问题，后续再通过另外的专门的章节讨论。
2. Option6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，FHGW网关通常由通用的以太网交换机或路由器来实现。
3. Option6部署下O-DU6的硬件白盒化
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接口：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. Option6部署下front Gateway的硬件白盒化：
在这种部署下，front Gateway通常是通用的以太网交换机或路由器。
5. Option6部署下O-RU6的硬件白盒化
（1）O-RU6的架构图
- Ethernet：以太网交换控制器
- 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，通常是IEEE 1588，也可以是GPS.
- Digital Processing：数字信号处理单元
- RF Processing：模拟射频信号产后护理单元
（2）O-RU6的功能图
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。
L1 PHY数字信号处理单元
- High-PHY
- Low-PHY
nFAPIHandler：
Open-nFAPI原本不是5G的规范，而是小基站small-cell论坛制定的L2和L1之间一个跨网元通信的开放的接口协议，以允许VNF（网络功能虚拟化）和PNF（物理网络功能）和之间的互操作性，并促进不同VNF之间的PNF共享。
这里VNF是L2，运行在O-DU上，PNF是L1,运行在O-RU上。
结束语：
nFAPIHandler协议规范参考：http://scf.io/documents/082。
nFAPIHandler开源代码参考github：https://github.com/cisco/open-nFAPI