ORAN架构和功能划分

具有O-DU和O-RU的eNB或gNB的架构如下图所示。LLS-C和LLS-U分别提供LLS接口上的C平面和U平面。

在这个架构中,O-DU和O-RU定义如下:

Lower Layer Split Central Unit(O-DU):一个包含eNB/gNB功能的逻辑节点,具体功能符合function split option 7-2x中列出的内容,仅分配给O-RU的功能除外。O-DU控制O-RU的操作。

O-RAN Radio Unit(O-RU):一个包含eNB/gNB功能的子集的逻辑节点,具体功能符合function split option 7-2x中列出的内容。与O-RU通信的C平面和U平面的实时方面,由O-DU控制。

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1)Functional Split(功能划分):

在考虑定义前传接口的功能划分时,存在两个相互矛盾的关注点:

a) 保持O-RU尽可能简单是有好处的,因为尺寸、重量和功耗是主要的决定因素,O-RU越复杂,也就意味着O-RU越大、越重、越耗电;

b) 将接口设置在高层是有好处的,与低层接口相比,这会降低接口吞吐量——但是高层接口,也就意味着O-RU越复杂。可以简单理解为,如果将接口设置在MAC层和物理层之间,所有物理层处理,以下行为例,包括编码,速率匹配,加扰,调制,层映射,预编码,RE映射,IFFT,CP添加都需要在O-RU完成。这只需要通过接口传输TB,虽然降低了接口吞吐量,但是提升了O-RU的复杂度。而如果将接口设置在物理层内部,HPHY部分,包括编码,速率匹配,加扰,调制,层映射,RE映射,LPHY部分,包括IFFT,CP添加,预编码可以选择在HPHY或LPHY实现。虽然增加了接口吞吐量,但是降低了O-RU的复杂度。

为了解决这个难题,O-RAN选择了一个单独的划分点,称为“7-2x”,但允许一种变化,预编码功能可以位于接口的“上方”,即在O-DU中,或者也可以位于接口的“下方”,即在O-RU中。在大多数情况下,接口不受该决定的影响,但存在一些影响,即向O-RU提供必要的信息以执行预编码操作。

不在O-RU中进行预编码操作(因此具有较低的复杂度)的O-RU,称为“Category A” O-RU。

在O-RU中进行预编码操作的O-RU,称为“Category B” O-RU。

下图对两种O-RU的概念做了描述。

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根据图中的描述可以看出:

1)O-DU需要支持加扰,调制,层映射,预编码(可以bypass),RE映射,IQ压缩

2)O-RU需要支持IQ解压缩,预编码,数字波束赋形,IFFT和CP添加,数字信号转模拟信号,模拟波束赋形

3)对于所有O-RU分类,虚线模块都不是必须的。在Category B O-RU中,可以完成预编码操作,这种情况下,可以bypass O-DU中的预编码操作。

4)如果使用No compression压缩方法,IQ Compression和IQ Decomposition模块是不需要的。

5)Category A O-RU不支持预编码,数字和模拟波束赋形是可选的。

6)Category B O-RU支持预编码,允许支持调制压缩,数字和模拟波束赋形是可选的。

这两个O-RU类别的划分,对DL和UL中的LTE和NR的功能划分具有一定的影响,这反映在以下章节中。特别是,对于Cat. B O-RU,为了实现LTE TM2-TM4的预编码,需要从O-DU向O-RU提供一些特殊的C平面指令;本文件后面的章节对此进行了说明。

对于LTE TM5-10和NR,不需要特殊指令,因为对于Cat. B O-RU(甚至对于模拟波束赋形O-RU),预编码可以包括在O-RU内的数字波束赋形处理模块中,而对于Cat. A O-RU,预编码将在O-DU中执行,并且O-RU中的任何波束赋形(如果存在),将不包括预编码计算。

2)DL Function Split 7-2x:

下面4张图说明了各种物理层信道的DL功能划分。包含LTE Cat. A,LTE Cat.B,NR Cat. A和NR Cat. B。

当O-DU支持O-RU Cat A时,必须能够支持8个预编码后的数据流。支持多于8个预编码后的数据流是可选的。

对于具有UE特定参考信号的LTE(例如TM9)和NR PDSCH,3GPP规定的DL处理链路不包括预编码操作。UE特定参考信号是在预编码之前插入到每一层的,所以UE在解调和恢复传输层时,不需要知道当前使用的预编码信息。对于具有UE特定参考信号的PDSCH,下面图4.1.2-1和图4.2.2-2中所述的详细预编码操作在本文档中没有进一步描述。

LTE Cat. A:

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LTE Cat.B:

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尽管上图中没有明确指示,实际上,RE映射操作应分为两部分,用于在Cat B O-RU中支持发射分集和空分复用模式的预编码。

1)在O-DU处执行到频率资源的RE映射,即完成各信道和信号的数据到频域RE上的映射。

2)预编码后,在O-RU处执行到天线端口的RE映射,即根据预编码矩阵,不同层上的RE会被映射到不同天线上,通过应用不同的weight矩阵来实现不同的映射方式。

NR Cat. A:

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NR Cat. B:

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注:上面两个图说明了O-RU和O-DU内部的一些概要功能,并不约束O-RU或O-DU各自的内部设计。

在DL中,OFDM相位补偿(3GPP 38.211 5.4节)、iFFT、CP添加和数字波束赋形功能,以及Cat. B O-RU的预编码功能,位于O-RU中。其余的物理层功能,包括RE映射、预编码、层映射、调制、加扰、速率匹配和编码,位于O-DU中。

为支持Cat. A O-RU,预编码必须在O-DU中完成,但这仅适用于预编码后的输出空间流的数量为8或少于8的情况,否则预编码应在O-RU中完成,并且使用Cat. B O-RU。所以Cat. A O-RU通常用于4T4R,2T2T等产品,而Cat. B O-RU则用于16T16R,32T32R等产品。

在RU中包括的一些PHY层功能的选项,没有包括在3GPP 38.801中。

3)UL Function Split 7-2x:

各种物理层信道和传输模式的UL功能划分如下图所示。同样,在这种情况下,通过天线端口选择或天线端口合并实现数字波束赋形的功能。

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注:上图说明了O-RU和O-DU内部的一些概要功能,并不约束O-RU或O-DU各自的内部设计。

虚线模块是可选的。

对于PRACH,Filtering模块包括CP去除、数据的抽取滤波,以及较小的FFT或较大的FFT和PRACH子载波选择。

在UL中,OFDM相位补偿(根据3GPP 38.211 5.4节,并且当使用Section Type 3消息时,用于除PRACH以外的所有信道)、FFT、CP去除和数字波束赋形功能,位于O-RU中。其余的物理层功能,包括RE去映射、均衡、解调、去加扰、速率去匹配和解码,位于O-DU中。

在RU中包括的一些PHY层功能的选项,没有包括在3GPP 38.801中。

4)7-2x功能划分的优势及论证

  1. 接口简单:U平面数据的传输是基于RE/PRB的,这简化了数据映射,并限制了所需的相关控制消息。
  2. 传输带宽可扩展性:较低的划分选项(例如,split 7-1和8)根据天线数量进行扩展。相比之下,7-2x接口基于“流”进行扩展,这允许在没有更高传输带宽的情况下使用大量天线。此外,为了减少传输带宽,可以优化用户数据传输,以仅发送包含用户数据的PRB。不包含用户数据的PRB可以不进行调度。
  3. 支持波束赋形:相同的接口设计可以支持不同的波束赋形技术(数字、模拟、混合)以及不同的波束赋形算法。同样,在相同的接口设计下,仅使用模拟波束赋形的部署也是可能的。
  4. 互操作性:在split 7-2x中,与更高的划分选项相比,使用更少的用户特定参数,这可以简化规范。
  5. 先进接收器(advanced receivers)和小区间协作:此选项允许实现先进接收器和协作功能,当大多数功能位于O-DU时,先进接收器和协作功能也更易于实现,且限制较少。例如,当UL上层PHY处理在O-RU中时,不可能实现UL CoMP。CoMP即Coordinated Multipoint(多点协作传输)。CoMP技术主要是在不同基站之间来协同处理干扰,或将干扰转化为有用信号,提高网络的利用率。
  6. 较低的O-RU复杂度:与更高的划分选项相比,O-RU的功能较少,这允许限制所需的实时计算数量和所需的内存,特别是Cat. A O-RU。
  7. 使用寿命长:将大多数功能置于O-DU将允许通过软件升级引入新功能,而不需要改变O-RU的硬件(例如,由于URLLC或新调制方案导致的规范变更)。
  8. 接口和功能对称性:如果DL和UL使用相同的接口和划分点,则可以减少在协议上工作量。

以下条目同时适用于DL和UL。

参考 《O-RAN-WG4.CUS.0-v08.00.pdf》

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