为什么5G O-RAN需要合规性和互操作性测试

开放式无线接入网有望在促进创新的同时使5G网络更加灵活，但是随着互操作组件的出现，就需要进行合规性和互操作性测试。

蜂窝无线接入网（RAN）传统上使用的是少数网络设备制造商提供的专有网络设备。过去，封闭情况下单厂商提供RAN的确具备一些优势，然而随着无线通信行业的发展，被“锁定”在专有RAN中已经使移动网络运营商（MNO）受到诸多限制，并成为创新的瓶颈。

软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的兴起为网络核心带来了更大的灵活性和更高的成本效率，但是，RAN仍然是单一供应商系统。

近年来，全球移动网络运营商（MNO）推动了5G开放式RAN（也称为O-RAN）架构。O-RAN架构的采用带来了很多好处，但确实带来了额外的技术复杂性和测试要求。

本文探讨了为5G实现O-RAN架构的优势。它还讨论了的原理，O-RAN体系结构的结构组件以及对O-RAN组件进行一致性和互操作性测试的重要性。

目前的O-RAN

自2018年成立以来，O-RAN联盟（该组织由25个以上的MNO和来自近200个无线领域的相关成员组成）一直在开发开放，智能，虚拟化和可互操作的RAN规范。电信基础设施项目（TIP）由基础设施设备领域的数百名成员组成的独立联盟，维护着一个O-RAN项目组，以基于通用硬件独立的硬件和软件来定义和构建2G，3G和4G RAN解决方案。今年早些时候，TIP还发起了O-RAN政策联盟，这是TIP旗下的一个独立组织，致力于加速O-RAN技术采用而推出创新政策。

2020年2月，O-RAN联盟和TIP宣布了一项合作协议，以协调可互操作的O-RAN发展，包括信息共享，参考规范以及进行联合测试和集成工作。

O-RAN联盟已经为5G定义了O-RAN架构，并定义了5G RAN架构，该架构将RAN分为几个部分，分别称为O-RAN射频单元（O-RU），分配单元（O-DU）和集中式单元（O-CU）、——在整个行业中名称略有不同。开放的，可互操作的标准定义了这些单元之间的接口。这些标准使移动网络运营商首次能够混合和匹配来自多个不同供应商的RAN组件。 O-RAN联盟已经创建了30多个规范，其中许多定义了单元之间的接口。

互操作接口是开放RAN的核心原则

互操作使较小的供应商可以快速引入自己的服务，它们还使MNO可以采用多供应商部署，并允许他们自定义网络以适应其需求。移动网络运营商可以选择他们想要在其网络中使用的产品和技术，而与供应商无关。因此，移动网络运营商将有机会利用来自多个来源的创新来构建更强大且更具成本效益的网络。

通过为MNO创建更具竞争力的供应商生态系统，降低5G网络部署成本，使较小的供应商能够快速引入服务也将提高成本效率。锁定在专有RAN中的运营商的协商能力有限，O-RAN可以公平竞争，刺激市场竞争并降低成本。

创新是O-RAN的另一个重要优势。开放接口的发展刺激了创新，让更小，更灵活的竞争对手开发和部署突破性技术。这不仅创造了更多创新的潜力，而且还提高了突破性技术开发的速度，因为较小的公司往往比较大的公司行动更快。

从运营商的角度来看，O-RAN的其他好处可能不那么明显，但同样重要。一个值得注意的例子是前传——一个云RAN（C-RAN）架构的传输网络，它将蜂窝站点的远程无线电头（RRH）与聚合为一段距离（可能数英里）外的集中基带控制器的基带单元（BBU）连接起来。在O-RAN联盟参考体系结构中，IEEE以太网无线电（RoE）和开放增强型公共无线电接口（eCPRI）协议可用于O-RAN 前传规范接口之上，而不是带宽密集型和专有的CPRI。

使用以太网，运营商可以利用虚拟化，通过使用现成的网络设备在物理节点之间进行前向传输交换。虚拟化的网络元素允许更多的定制。

图1显示了无线协议栈的各层以及4G LTE RAN和5G O-RAN的主要架构组件。由于所需的总带宽和涉及的天线较少，BBU和RRH之间的CPRI数据速率对于LTE来说已经足够了。在5G中，由于大量的多输入输出（MIMO），更高的数据速率和天线数量的增加意味着在接口上来回传递更多的数据。另外，请注意，LTE RAN的主要组件BBU和RRH在O-RAN架构中被O-CU、O-DU和O-RU取代，如下所述。

4G LTE RAN与O-RAN用于5G的主要组件显示，BBU被O-RU、O-DU和O-CU所取代，这在网络架构上提供了更大的灵活性。

O-RAN架构

如前所述，O-RAN架构的一个核心原则是开放性，特别是以开放的、可互操作的接口，使MNO能够构建具有多个供应商技术的RAN。O-RAN联盟还致力于在适当的情况下结合开源技术，最大限度地利用现成的通用硬件和芯片，同时尽量减少专有硬件的使用。

O-RAN的第二个核心原则，正如O-RAN联盟所描述的，是整合更大的智能。网络日益复杂，需要人工智能（AI）和深度学习来创建诸如自动驾驶等网络。通过在RAN体系结构中嵌入AI，MNO可以越来越多地自动化网络功能并最小化运营成本。人工智能还通过动态资源分配、流量控制和虚拟化来帮助MNO提高网络效率。

5G的O-RAN（以及LTE的追溯）的三个主要组件是O-CU、O-DU和O-RU。

1、O-CU负责协议的分组数据汇聚协议（PDCP）层。

2、O-DU负责所有基带处理、调度、无线链路控制（RLC）、介质访问控制（MAC）和物理层（PHY）。

3、O-RU是负责底层物理层处理的组件，包括无线发射机和接收机的模拟组件。

其中两个组件可以虚拟化。O-CU是RAN的组件，它总是集中化和虚拟化的，通常运行在基于x86的计算机上。O-DU通常是一个虚拟化组件。O-DU的虚拟化需要以FPGA或GPU的形式提供一些硬件加速帮助。

目前，O-RU虚拟化的前景还很渺茫。但一个O-RAN联盟工作组正在计划使用现成组件实现白盒无线电，白盒可以在没有专有技术或组件的情况下构建O-RU。

需要互操作性测试

虽然开放RAN的举措为MNO带来了许多好处，但要使其发挥作用就意味着要采用严格的测试要求。几年前，根据3GPP的要求，将一个演进的nodeb（eNB）作为一个完整的单元进行测试就足够了。O-RAN和分布式RAN改变了方法，要求单独测试RAN的每个组件是否符合标准，并测试组件组合的互操作性。

为什么要同时测试一致性和互操作性？在O-RAN时代，必须确定组件单独符合标准，并且确保它们作为一个单元一起工作。跳过一致性测试步骤而只执行互操作性测试就像飞机制造商用未经测试的部件组装一架飞机，然后只检查它是否可以飞行。

一致性测试通常首先要确保所有组件满足单元之间的接口规范。孤立地测试每个组件需要模拟周围网络的测试设备，以确保组件符合接口协议的所有功能。

独立地对组件进行一致性测试有几个好处。一方面，一致性测试允许负测试来检查组件对无效输入的响应，这在互操作性测试中是不可能的。在一致性测试中，测试设备可以对组件施加极限，使其达到所声明的能力的极限，这是单独进行互操作性测试所不具备的另一种能力。一致性测试还允许测试工程师在互操作性测试期间使用他们无法控制的协议特性。

由O-RAN联盟开放前传接口工作组开发的一致性测试规范具有多个测试类别的多个部分，用于测试几乎所有5G O-RAN元素。

5G O-RAN的互操作性测试与4G-RAN的互操作性测试类似。正如4G互操作性测试相当于将eNB的组件作为一个单元进行测试一样，同样的程序也适用于5G互操作性测试中的gNodeB（gNB），测试方法的变化很小。

然而，5G O-RAN的一致性测试有很大不同，需要更广泛的设备。例如，一个O-RU的一致性测试设置包括一个向量信号分析器、一个信号源和一个O-DU仿真器，以及一个测试序列器，用于自动化一致性测试套件中的数百个测试。图2显示了O-RAN一致性测试规范中的测试设备无线电。

图2。测试O-RAN一致性规范需要为Open-RAN 5G网络的每个部分提供模拟器。

工具和方法

采用O-RAN架构在提高效率、降低成本和增加创新方面带来了显著的好处。然而，测试和验证一个多供应商的O-RAN并非易事。您必须首先按照规范进行测试，然后才能继续进行互操作性测试。这通常需要使用来自多个来源的单元进行测试。

本文作者：Dylan McGrath，一位资深的技术记者，也是《EETimes》的前主编。他现在是Keysight Technologies的高级行业解决方案经理。