Все-симки.ру 3gpp-интерфейсы
Начнем с базовой беспроводной архитектуры. Используя в качестве примера 4G/LTE, рассмотрим следующие интерфейсы в RAN:
Оба интерфейса стандартизированы 3GPP и являются открытыми. Здесь никаких сложностей. Упрощенная 4G сеть больше похожа на схему, показанную ниже. Есть еще два интерфейса, которые являются ключевой причиной возникновения Open RAN.
Active ran sharing
С развитием оборудования сотовой связи и увеличением ее производительности, а также активным переходом на IP технологии, появилась возможность еще более глубокого совместного использования инфраструктуры операторов сотовой связи – active RAN sharing.
Данный вариант предусматривает использование всей сети доступа сразу несколькими операторами сотовой связи: контроллеров, базовых станций, транспортных каналов связи между ними, а также АФУ. Единственными различными физическими элементами у них являются Core части: коммутатор мобильной сети, абонентские базы данных и системы обеспечения безопасности.
Таким образом, фактически на определенной географической территории существует лишь одна сеть доступа, которой пользуются 2 или более операторов сотовой связи. Причем active RAN sharing применим к сетям всех современных стандартов: GSM, UMTS и LTE.
C-ran
Виртуализация RAN функций началась около 10 лет назад с C-RAN (cloud RAN или centralized RAN) — инициативы IBM, Intel и China Mobile. C-RAN привела к модели развертывания, в которой BBU (baseband unit), выполнявший цифровую обработку, мог находиться в дата-центре, а не на самой площадке под радиомодулем RRH, как это было в классических RAN.
C-ran, virtual ran (vran) и openran
Вся телекоммуникационная отрасль претерпевает изменения, которые можно сравнить лишь с тем,, через что прошли дата-центры в 2000 годах. И причиной в обоих случаях стал закон Мура.
Open ran
Суть Open RAN состоит в том, что интерфейс между BBU и RRU / RRH является открытым, поэтому ПО любого вендора может работать на любом открытом RRU / RRH. Более открытые интерфейсы позволяют использовать радиомодули одного вендора с обработчиком другого, что невозможно в C- RAN и vRAN.
Open RAN является инициативой по определению и созданию 2G, 3G, 4G и 5GRAN-решений на основе универсального, независимого от производителей оборудования и программно-определяемых технологий, с открытыми интерфейсами между всеми компонентами.
Open RAN — это разделение ПО и оборудования: RRU / RRH создается на основе процессоров общего назначения (GPP) или COTS-серверов, которые можно приобрести у любого ODM-, OEM- или RAN-вендора (вендор A). BBU такой же, как и в случае с vRAN: COTS-сервер проприетарное ПО (вендор Б) с виртуализированными функциями.
Примечание переводчика
Да, Open RAN подразумевает использование проприетарного ПО как на RRU, так и на BBU. Open RAN не означает Open Source!
Open RAN делает RAN открытым во всех аспектах и компонентах, при этом интерфейсы и работающее ПО разделяют плоскость управления RAN от плоскости пользователя, позволяя создавать модульный стек ПО для базовых станций, которое работает на коммерческом COTS- оборудовании, с открытыми northbound и southbound интерфейсами.
Сетевая архитектура Open RAN на основе ПО позволяет создавать оборудование для RAN по принципу «white box». Это означает, что BBU, RU, RRH могут быть собраны из компонентов различных производителей и находиться под единым управлением ПО Open RAN для формирования действительно совместимой и открытой лучшей в своем классе RAN.
Service Provider/Mobile Network Operator может заменить ПО Open RAN также легко, как и оборудование. Существующее оборудование Open RAN продолжает работать с новым ПО от вендора V2:
Open ran, openran или oran?
На слух звучит одинаково, но при написании можно встретить разные формы. Так, в соцсетях есть хэштеги: #oran и #OpenRAN, что может сильно запутать тех, кто пытается выбрать подходящий термин.
«Open RAN» — это инициатива в мобильном телекоме по разделению аппаратного и программного обеспечения и созданию открытых интерфейсов между ними.
«OpenRAN» может обозначать два разных понятия:
O-ran alliance
Вторая ведущая группа в инициативе Open RAN — это O-RAN Alliance, основанная в феврале 2022 для продвижения открытой и интеллектуальной RAN. Группа возникла в результате слияния двух организаций: C-RAN Alliance и XRAN Forum. В C-RAN Alliance входила China Mobile и другие китайские вендоры, а XRAN Forum состояла из американских, европейских, японских и южнокорейских вендоров и операторов.
Passive ran sharing
Развитием данной идеи стало passive RAN sharing, то есть совместное использование не только башен и мачт, но и антенно-фидерной системы. Основную нагрузку на башню создают именно антенны и фидерная трасса. Кроме того, во многих случаях на объектах, где арендуется место для размещения базовой станции, расчет стоимости аренды делается исходя из числа панельных антенн и фидеров.
Чтобы уменьшить общее число элементов АФУ, операторы в некоторых случаях договариваются об их совместном использовании. Для этого они ставят полосовые фильтры или комбайнеры как можно ближе к месту установки активного оборудования базовой станции, которые объединяют сигналы различных операторов в единую фидерную трассу для его дальнейшей передачи через общую панельную антенну.
Tip или o-ran alliance?
Может возникнуть путаница относительно роли, которую каждая из этих организаций играет в отрасли. Поэтому ниже — краткий анализ двух ведущих организаций Open RAN.
O-RAN Alliance разрабатывает, развивает и продвигает стандарты, нацеленные на совместимость оборудования разных производителей. Группа создает стандарты в тех областях, где их раньше не было, например, спецификации fronthaul интерфейса. Также она создает профили тестирования на совместимость в тех областях, где имеются стандарты, например, для интерфейса X2. Помимо этого, O-RAN Alliance делает и многое другое, как говорилось выше.
TIP больше сосредоточена на внедрениях и запуске. Группа проводит Plugfest’ы и живые развертывания «в полях». TIP поддерживает экосистему Open RAN, проверяет, чтобы ПО и оборудование разных производителей работало друг с другом, отвечает за формирование коммерческих сценариев (usecases), проводит испытания, полевые тестирования и развертывания.
O-RAN Alliance специализируется на 5G и 4G, а TIP сосредоточена на решениях для ALL Gs: 2G, 3G, 4G и 5G. Также стоит отметить, что своей популярностью и успехом инициатива Open RAN обязана начальным шагам TIP по объединению сообщества сервис-провайдеров, производителей оборудования и ПО, системных интеграторов и других заинтересованных компаний для облегчения испытаний в реальных условиях и развертываний в сетях различных операторов.
В 2020 году группы объявили о соглашении о взаимодействии, которое позволит обеспечить согласованность в разработке совместимых Open RAN решений. Поскольку TIP нейтральна по отношению к спецификациям, которые они используют при создании необходимых для сервис-провайдеров решений, группе приходится работать с различными органами по стандартизации для качественного выполнения своей работы.
Но соглашение о взаимодействии с O-RAN Alliance позволяет делиться информацией, опираться на спецификации и объединять усилия по тестированию и интеграции. Так, если посмотреть на документ с требованиями к платформе базовой станции TIP OpenRAN 5G NR, можно увидеть нормативные ссылки на спецификации O-RAN Alliance.
Варианты интерфейса для создания сети open ran в мобильном операторе
Вариант первый: предложить своим поставщикам открыть интерфейсы между компонентами RAN, такими, как радио и ПО BBU/DU/CU. Самым ярким примером является развертывание Nokia в Rakuten, когда они открыли свои радиоинтерфейсы для ПО другого вендора.
Но нет никакой гарантии, что классические вендоры продолжат открывать радиоинтерфейсы для сторонних производителей ПО. Тут на помощь приходит TIP, которая создает экосистему вендоров оборудования и ПО, проводит PlugFest’ы и разрабатывает спецификации.
Вариант второй:использовать интерфейсы, разработанные O-RAN Alliance.
Вариант третий специально для микросот. Поскольку Small Cell Forum создавал микросоты по частям из компонентов различных производителей, чтобы легко решать различные варианты использования 5G, это поможет сетевым архитекторам сочетать блоки DU и CU различных производителей.
Группы open ran
Существуют несколько групп и общественных организаций, сосредоточенных на продвижении Open RAN. Поэтому может быть непросто разобраться в том, какие роли все они играют в отрасли. Давайте рассмотрим каждую из ключевых групп Open RAN, а также другие важные инициативы, связанные с этой технологией.
Другие ключевые группы open ran
O-RAN Software Community — это сотрудничество O-RAN Alliance и LinuxFoundation. Миссия организации состоит в поддержке создания открытого ПО для RAN. Группа стремится усилить открытость Radio Access Network с упором на открытые интерфейсы с последующими реализациями, которые используют новые возможности, предоставленные спецификациями O-RAN.
В декабре 2022 O-RAN Software Community выпустила первый релиз ПО под названием Amber. Оно охватывает базовую функциональность уникального контроллера O-RAN — «Near Real-Time RAN Intelligent Controller» (прим.: программная платформа микросервисной архитектуры, работающая в режиме, близком к режиму реального времени, для размещения других приложений на микросервисах), интерфейс O1 и стек протоколов.
Интерфейс x2
Второй интерфейс, на который следует обратить внимание — это X2. Хотя этот интерфейс был разработан в 3GPP, он является опциональным. Многие классические вендоры RAN намеренно не реализовывали его изначально. А когда они начали его применять, то использовали множество проприетарных сообщений на этом интерфейсе.
Важно отметить, что X2 весьма полезен в 4G сетях, хотя это и опциональный интерфейс. Он обеспечивает безотказную работу сетей с компонентами от разных вендоров, особенно для борьбы с интерференцией.
Оборудование cloud ran
Какие дата-центры используются в Cloud RAN? При слове «дата-центр» в воображении возникает примерно такая картина (см. рисунок ниже).
Однако, в настоящее время всё больше используется концепция распределённого программно-конфигурируемого дата-центра SDDC (Software-defined Distributed Data Center). SDDC представляет собой логический дата-центр, который распределён географически, и его компоненты могут представлять собой малогабаритные контейнерные и модульные дата-центры.
При помощи таких дата-центров, которые собираются предварительно на заводе и могут быстро развёртываться на местности, можно быстро создавать инфраструктуру для Cloud RAN. Она является частью виртуализированной инфраструктуры оператора на базе стандартного вычислительного оборудования COTS, на котором программно реализуются сетевые функции оператора.
Концепция CORD (Central Office Rearchitectured as Data-Center), «архитектура АТС в виде дата-центра», была разработана американским оператором AT&T. В настоящее время он является признанным лидером цифровой трансформации и уже виртуализовал около 70% своей сети с использованием дата-центров, подобных показанным на рис. 5.
Первая миля – научно-технический журнал – первая миля – архитектура построения и характеристики сетей радиодоступа ng-ran 5g
Введение
В июне 2022 года Партнерским проектом 3GPP было заморожено раcширение Релиза 15, определившего фазу 1 развития сетей пятого поколения мобильной связи (5G) на основе новой сети радиодоступа NG-RAN[1]. Эта сеть должна реализовать три бизнес-модели [2] – eMBB (enhanced Mobile Broadband – расширенный мобильный широкополосный доступ), uRLLC (ultra-Reliable Low Latency Communications – сверхнадежная связь с низким уровнем задержки) и mMTC (Massive Machine-Type Communications – массовое подключение устройств машинного типа, именуемая также mIoT), а также технологии виртуализации сетевых функций, управления и оркестрации онлайновых виртуальных сетей на основе формирования сетевых слоев и управления выбором диапазонов радиочастотного спектра и используемых частотных каналов.
Архитектура построения сети NG-RAN 5G
Требования к сети радиодоступа 5G будут определяться прежде всего совокупностью услуг, поддерживаемых сетями пятого поколения, которые объединены упомянутыми выше тремя основными бизнес-моделями: eMBB, uRLLC и mMTC или mIoT. Эта концепция получила название сервисно-ориентированной архитектуры сети 5G [3].
Архитектура NG-RAN определена техническими спецификациями 3GPP TS 38.300[4], согласно которым сеть радиодоступа NG-RAN может быть построена с использованием базовых станций (БС) gNB поколения 5G и БС ng-eNB нового поколения 4G (4GPro), подключенных к базовой сети 5GCore. Сеть радиодоступа NG-RAN (рис.1) должна включать совокупность БС, присоединенных к базовой сети 5G Core посредством следующих NG-интерфейсов:
• NG2: интерфейс между NG RAN и подсистемой функций плоскости управления сети (СР) 5G через модуль управления доступом и мобильностью AMF;
• NG3: интерфейс между NG RAN и подсистемой функций плоскости пользователя сети (UP) 5G через модуль передачи данных абонентов UPF.
Таким образом, эта совокупность базовых станций сети NG-RAN в зависимости от используемого сценария может содержать [5]:
• БС типа gNB, радиоинтерфейс которых использует технологию доступа 5-го поколения NR (NR RadioAccess);
• БС типа ng-eNB, радиоинтерфейс которых использует технологию доступа LTE-Advanced (E-UTRA).
Базовые станции будут взаимодействовать между собой – по интерфейсу Xn, а с базовой сетью 5G Core – по интерфейсам NG2 и NG3.
К особенностям построения сети радиодоступа NG-RAN 5G следует отнести сценарии использования базовых станций, при которых:
• БС gNB поддерживают режим FDD, TDD или совмещенный режим dualmode;
• БС gNB взаимодействуют между собой при помощи Xn-интерфейса;
• БС gNB могут иметь распределенную архитектуру, включающую центральный модуль gNB-CU и один или несколько распределенных модулей gNB-DU (рис.2);
• распределенный центральный модуль gNB-CU также может состоять из модуля gNB-CU-CP плоскости управления сетью и одного или нескольких gNB-CU-UP плоскости данных пользователей.
Центральный модуль базовой станции gNB, обозначаемый как gNB-CU, представляет логический узел, в котором размещены протоколы уровня RRC, SDAP и PDCP, входящие в стек протоколов gNB или протоколы RRC и PDCP стека протоколов en-gNB, которые управляют работой одного или нескольких распределенных модулей gNB-DU. Модуль gNB-CU обеспечивает терминацию интерфейса F1, подключенного к модулю gNB-DU.
Распределенный модуль базовой станции gNB, обозначаемый как gNB-DU, представляет собой логический узел, в котором размещаются протоколы уровня RLC, MAC и PHY, входящие в стек протоколов gNB или en-gNB, а его работа частично контролируется gNB-CU. Один распределенный модуль gNB-DU поддерживает одну или несколько сот. Одна сота сети радиодоступа, как правило, поддерживается только одним модулем gNB-DU. gNB-DU терминирует (завершает) интерфейс F1, подключенный к модулю gNB-CU. Модули распределенной БС gNB-CU и gNB-DU соединены F1-интерфейсом. Модуль gNB-DU может поддерживать одну или несколько сот и присоединен только к одному модулю gNB-CU.
Интерфейсы сети радиодоступа 5G F1, Xn, NG2 и NG3 являются открытыми логическими интерфейсами.
F1-интерфейс [6] поддерживает обмен данными пользователя и сигнализации, выполняет разделение плоскости пользователя и плоскости управления и обеспечивает разделение уровня сети радиодоступа и транспортного уровня сети.F1 должен обеспечивать возможность сетевого взаимодействия между gNB-CU и gNB-DU базовых станций 5G различных производителей оборудования.
Xn-интерфейс [7] обеспечивает обмен данными пользователя (Xn-U) и сигнализации (управления) (Xn-C) между двумя БС узлами сети NG-RAN. Этот интерфейс поддерживает режимы внутрисетевой мобильности и двойного присоединения (dual connectivity) для базовых станций. Интерфейс Xn, построенный по принципу “точка-точка”, должен быть осуществим даже при отсутствии прямого физического соединения между двумя БС – узлами NG-RAN. Так же, как и интерфейс F1, интерфейс Xn обеспечивает взаимную совместимость подключения оборудования базовых станций 5G различных поставщиков.
При развертывании сети радиодоступа 5G могут быть использованы следующие сценарии развертывания gNB, которые определены в TS 38.401 [8]:
• на основе gNB, которая не имеет распределенной структуры;
• на основе gNB, состоящей из элементов gNB-CU и gNB-DU (s);
• на основе gNB с распределенной структурой, которая состоит из трех видов элементов gNB-CU-CP, gNB-CU-UP (s) и gNB-DU (s).
Аналогичные сценарии развертывания предусмотрены для базовых станций gn-еNB.
В сценариях 3GPP базовые станции 5G для задания требований и использования в сетях радиодоступа классифицированы [9] на четыре типа (1-С, 1-Н, 1-О, 2-О) по частотным диапазонам, компоновке модулей БС и антенным системам, а также зонам обслуживания, которые делятся на широкие, средние и локальные. Характеристики базовых станций по указанным параметрам представлены в табл.1 и 2.
Анализ данных табл.1 и 2 позволяет сделать вывод, что на первом этапе развития рассматриваемых сетей радиодоступа в диапазоне миллиметровых длин волн (ММДВ) будет выпускаться только один класс базовых станций – 2-О с широкой зоной обслуживания (до 35 м). Архитектурно базовые станции 5G типа 1-С будут иметь распределенную структуру передающей и приемной части, показанную на рис.3 [9].
Базовые станции типа 1-Н архитектурно будут иметь структуру, показанную на рис.4.
Как видно из рис.4, композитная антенна будет содержать модуль RDN (radio distribution network) и антенную решетку АА. Модуль RDN представляет линейную пассивную сеть, которая передает высокочастотный сигнал, генерируемый приемопередающим модулем решетки TRXUA для антенной решетки базовой станции и принимает сигналы, получаемые с приемных элементов АА.
Базовые станции типа 1-О и 2-О (диапазоны ММДВ) архитектурно будут иметь структуру, показанную на рис.5.
Как видно из рис.5, БС типа 1-О и 2-О будут иметь моноблочную архитектуру, объединяющую модули решетки TRXUA, модуль RDN и антенную решетку АА. Базовая станция типа 1-О должна содержать как минимум восемь передающих и восемь приемных антенн.
Частотные аспекты функционирования сети радиодоступа 5G
Исследования доступности спектра для совместного использования и совместимости в частотных диапазонах, определенных резолюцией COM 6/20 (ВКР-15), должны быть проведены администрациями связи до конференции ВКР-19 [10] в полосах 24,25–27,5 ГГц, 37–40,5 ГГц, 42,5–43,5 ГГц, 45,5–47 ГГц, 47,2–50,2 ГГц, 50,4–52,6 ГГц, 66–76 ГГц и 81–86 ГГц, которые будут распределены мобильной подвижной службе на первичной основе; и в полосах 31,8–33,4 ГГц, 40,5–42,5 ГГц и 47–47,2 ГГц, которые требуют их дополнительного распределения мобильной подвижной службе на первичной основе.
Характеристики использования спектра радиооборудованием сети радиодоступа 5G RAN, определенные МСЭ-Р, в части разделения частотных каналов и значения ширины каналов представлены в табл.3.
Как видно из табл.3, администрациями связи при исследовании доступности спектра для совместного использования и обеспечения электромагнитной совместимости в планируемых частотных диапазонах будет рассматриваться использование только частотного канала с шириной 200 МГц.
Главным отличием требований Партнерского проекта 3GPP от требований МСЭ является ограничение на применение в частотном диапазоне миллиметровых волн. Верхний предел их использования в Релизе 15 ограничен пока частотой 40 ГГц несмотря на то, что рабочий диапазон определен полосой 24,25–52,6 ГГц (FR2).
Используемые частотные поддиапазоны приемников и передатчиков базовых и абонентских станций сети радиодоступа 5G разделены на поддиапазоны FR1 (0,450–6 ГГц) и FR2 (24,25–52,6 ГГц), как показано в табл.4 и 5 [9, 11].
Анализ табл.4 и 5 показывает, что в число диапазонов ниже 6 ГГц включены не все из 46 диапазонов частот, определенных ранее 3GPP для сетей LTE, и впервые в число рабочих диапазонов включен диапазон 600 МГц (n71). Диапазоны выше 6 ГГц используются только для режима TDD с ограничением до 40 ГГц, а ширина рабочего диапазона полос достигает 2,5–3 ГГц. Кроме того, ряд полос поддиапазона FR2 имеет частичное перекрытие между собой, как например, диапазоны n257 и n258, а частотный разнос между диапазонами n257 и n260 составляет 7,5 ГГц.
Технические характеристики радиооборудования сети радиодоступа 5G
Для фазы 1 развития сети радиодоступа NG-RAN Партнерским проектом 3GPP принято, что в линии вниз будет использоваться технология CP-OFDM (Cyclic Prefix – Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное частотное мультиплексирование с использованием циклического префикса). Для линии вверх, помимо CP-OFDM, будет использоваться технология DFT-S-OFDM (Discrete Fourier Transform – Spread – Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ортогональное частотное мультиплексирование с предобработкой на базе дискретного преобразования Фурье).
Формируемые базовой и абонентской станцией частотные каналы, как и для технологии 4G(LTE), будут состоять из определенного числа радиоблоков. Каждый радиоблок формируется из поднесуших (SCS) с различной шириной: 15, 30 и 60 кГц для поддиапазона спектра FR1 (ниже 6 ГГц), 60 и 120 кГц – для поддиапазона FR2 (ММДВ).
Максимальные конфигурации радиоблоков NRB при формировании частотных каналов базовых и абонентских станций поддиапазонов FR1 (5–100 МГц) и FR2 (50–400 МГц) для различных разносов между поднесущими SCS представлены в табл.6 и 7 [9].
Из анализа табл.6 и 7 видно, что на первой фазе развития сетей 5G в диапазоне частот ниже 6 ГГц предусмотрено использование полос частот, близких по ширине к ширине агрегированных полос частот предыдущего поколения (4G), а в диапазоне ММДВ – полос шириной 200 и 400 МГц. Максимальное количество радиоблоков, используемых для построения сигнала 5G, может достигать 273 для FR1 и 264 для FR2.
Мощностные характеристики основного и побочного излучений передатчиков базовых станций сети радиодоступа 5G приведены в табл.8 [9].
Анализ табл.8 показывает, что мощность передатчиков базовых станций сети радиодоступа 5G будет определяться типом базовой станции и лежать в пределах 24–38 дБм. Для БС, относимых к типу 1-О и 2-О, мощность передатчиков будет определена в Релизе 16.
Характеристики чувствительности приемников базовых станций сетей 5G в диапазоне ММДВ для ширины частотного канала 50 МГц показаны в табл.9 [9].
Из табл.9 следует, что чувствительность приемников базовых станций сети радиодоступа 5G будет определяться типом БС и лежать в пределах от –86 до –119 дБм. Для базовых станций, относимых к типу 1-С и 1-Н, чувствительность приемников также будет определена в Релизе 16. Однако для наиболее популярного диапазона 3300–3800 МГц (n78) чувствительность приемников уже специфицирована для того, чтобы не тормозить развитие сетей. Значения этой чувствительности показаны в табл.10 [9].
Сравнение технических характеристик радиооборудования (базового и абонентского) сети радиодоступа NG-RAN, разработанных в МСЭ [10] и 3GPP, приведенных в табл.3–10, показывает их различия, порой существенные, связанные с осторожной политикой разработчиков и производителей в области декларирования прорывных достижений радиоэлектроники и электронной компонентной базы, разрабатываемой для оборудования сетей радиодоступа NG-RAN.
Заключение
Публикация технических спецификаций Релиза 15 3GPP (фаза 1 5G) вооружила инженеров-разработчиков и специалистов по управлению радиочастотным спектром ориентирами и пониманием технического облика сети радиодоступа NG-RAN, а также количественными значениями основных технических характеристик радиооборудования сети 5G (базового и абонентского) для его разработки и предъявления рынку мобильной связи в 2020 году.
Сравнение технических характеристик радиооборудования NG-RAN от МСЭ и Партнерского проекта 3GPP показывает их различия, обусловленные разными целями формирования требований к сети. В первом случае характеристики носят индикативный характер для администраций связи, исследующих возможности выделения спектра. Во втором – в центре внимания были обязательства по созданию и предъявлению рынку коммерческих образцов оборудования.
При проведении оценок эффективности использования радиочастотного спектра и ЭМС для получения непротиворечивых результатов следует учитывать специфику и целевую направленность опубликованных технических и ЭМС-характеристик радиооборудования сети радиодоступа NG-RAN (базового и абонентского), четко оговаривая, какие характеристики использовались при проведении исследований дляразработки оборудования и подготовки вкладов и расчетов в рабочие органы международных организаций связи.
ЛИТЕРАТУРА
1. 3GPP TS 38.201. NR; Physical Layer – General Description.
2. 3GPP TS 38.202. NR; Services provided by the physical layer.
3. Service-Based Architecture in 5Gby NGMN Alliance.V.1.0, NGMN, 19 January 2022.
4. 3GPP TS 38.300: NR; Overall description; Stage2.
5. 3GPP TS 38.410: NG-RAN; NG general aspect and principles.
6. 3GPP TS 38.470:NG-RAN; F1 general aspects and principles.
7. 3GPPTS 38.420: NG-RAN; Xn general aspects and principles.
8. 3GPP TS 38.401: NG-RAN; Architecture description.
9. 3GPP TS 38 104. 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Base Station (BS) radio transmission and reception (Release 15).
10. Resolution COM 6/20 (WRC-15) Studies on frequency-related matters for International Mobile Telecommunications identification including possible additional allocations to the mobile services on a primary basis in portion(s) of the frequency range between 24.25 and 86 GHz for the future development of International Mobile Telecommunications for 2020 and beyond.
11. 3GPP TS 38 101. 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception.
Потребность в открытом интерфейсе
В дискуссиях вокруг Open RAN часто возникает вопрос: зачем нужна эта инициатива, если сети используют интерфейсы на основе 3GPP, которые уже открыты и стандартизированы? Вот наш взгляд на этот важный и актуальный вопрос.
Преимущества
Основные достоинства решения Cloud RAN:
- Более рациональное использование ресурсов BBU за счёт их работы на виртуальных машинах;
- Снижение операционных расходов за счёт автоматизации обслуживания виртуальной инфраструктуры BBU, быстрого внедрения новых сервисов программным путём;
- Гибкость перераспределения ресурсов BBU за счёт миграции виртуальных машин по распределённой структуре дата-центров. Таким образом, становится возможным перемещать виртуальные BBU в места с максимальной загрузкой трафика;
- Сеть радиодоступа можно быстро расширять, устанавливая только недорогие антенны с радиоблоками RRH. При этом BBU можно быстро создавать в виде VNF в дата-центрах на границе сети;
- Виртуальная сетевая инфраструктура NFV в виде распределённых дата-центров может использоваться совместно несколькими операторами, причем их ресурсы BBU будут логически разделены. Этим достигается ещё большая эффективность использования BBU.
Пример сети с active ran sharing
Очевидным минусом active RAN sharing является то, что ресурсы оборудования будут использоваться совместно. Хотя, как правило, имеется возможность задать процент использования общего оборудования каждым из операторов, но ресурс все равно для каждого из них будет ограниченным, в лучшем случае 50% от его емкости.
Не смотря на это, RAN sharing набирает обороты. В России еще с 2022 года МТС и Билайн заключили партнерское соглашение о совместном использовании сети доступа в ряде регионов России. Аналогичное соглашение подписано и с Мегафоном и будет реализовываться в 2022 году.
Примечания
- ↑High CPU usage: What does this mean?
- ↑Economic Advantages of Virtualizing the RAN in Mobile Operators’ Infrastructures
Резюме о группах o-ran
Open RAN — это горизонтальная открытость: стандартизованные интерфейсы позволяют подключать одни функции RAN к другим, от RRU к BBU (CU-DU), к контроллеру NMS/оркестратору.
Когда RAN открыта горизонтально, это может привести ряд новых игроков в нишу дешевых радиомодулей, что дает мобильным операторам выбор вариантов развертывания с учетом конкретных требований к производительности при гораздо более низкой стоимости.
Сетевая нарезка (network slicing)
Виртуализированная сеть оператора, построенная на технологиях SDN/NFV, даёт возможность использовать технологию Network Slicing («нарезка сети»). Это означает, что оператору не нужно больше строить отдельную сетевую инфраструктуру для разных услуг и приложений. Ресурсы виртуализированной сети будут автоматически выделяться по запросу ресурсов от различных приложений (оркестрация).
Это также позволит гибко перераспределять распределённую вычислительную инфраструктуру центрального ядра опорной сети между различными технологическими сетями радиодоступа RAT (Radio Access Technology).
Например, в сети 5G возможна одновременная работа различных RAT на разных сетевых слоях (слайс), в отличие от сетей предыдущих поколений. Например:
Причём для всех слайсов используется единая вычислительная и транспортная инфраструктура опорной сети оператора, как показано на рисунке.
Создавать разные сети RAT с отдельной сетевой инфраструктурой опорной сети оператора – очень дорого и нерационально. Однако, преимуществом технологии NFV является возможность создания единой вычислительной инфраструктуры ядра опорной сети оператора с реализацией NFV для разных технологий радиодоступа RAT.
Это позволяет значительно сократить расходы при переходе к сети 5G, основой которой как раз и является единая вычислительная инфраструктура ядра сети и граничных сетей на основе NFV.
Совместное использование афу различными операторами
Совместное использование башен и мачт сотовой связи ведется уже давно. Не секрет, что строительство одной башни или мачты сотовой связи высотой 70-100 метров обойдется до 10 миллионов рублей. Окупить данные вложения одному оператору, особенно в местности с низкой абонентской плотностью, иногда удается лишь в течение 10-15 лет, что, очевидно, является неэффективным вложением средств.
Экономика
Компания Red Hat провела экономический анализ развёртывания RAN для типового мобильного оператора. Для расчета было принято число абонентов в 10 миллионов SIM-карт, которых обслуживают 12 тысяч базовых станций 4G (LTE).
Такой разрыв происходит из-за разницы в стоимости специализированного выделенного оборудования BBU традиционной сети RAN и стоимости стандартных серверов COTS, которые используются для виртуализации сетевых[2] функций BBU в Cloud RAN.
Операционные затраты в vRAN также значительно ниже, чем в традиционной RAN. Это происходит за счёт того, что для последней на площадках базовых станций нужно размещать больше оборудования. Кроме того, каждый BBU на 12 тысячах базовых станций требует выездного обслуживания квалифицированными специалистами. Напротив, виртуальные BBU можно обслуживать с центральной консоли управления в административном центре оператора.
Выводы об открытых интерфейсах
Операторы сотовой связи по всему миру осознают экономические преимущества открытой архитектуры, которые могут быть полностью реализованы только при условии раскрытия интерфейсов. Отрасль создает команды и сосредотачивается на инновациях и участии в архитектуре Open RAN, будь то открытие 3GPP-интерфейсов или применение универсальных интерфейсов O-RAN Alliance или Small Cell Forum.
Если раньше операторы покупали оборудование и ПО вместе у одного вендора, то теперь они разделяют заказы на ПО и оборудование, и открытые интерфейсы позволяют это делать. Это устраняет привязку к вендору и значительно сокращает капитальные и операционные расходы, усиливает компетенцию и обеспечивает более быстрое развертывание.
Мои наблюдения в текущем моменте вызывают озабоченность о будущем применении Open RAN в РФ, хотя многие операторы пытаются найти применение данной инициативы у себя на сетях.
