开放式 vRAN 能效高吗 ？

TABLEOFCONTENTS 建模基带电源消耗6 质量分析 进一步节约能源12 结论和建议17 5G市场概述 过去几年，电信世界的结果喜忧参半，地缘政治、COVID-19和5G部署面临挑战，但与此 同时，证明固定和移动电信网络是国家基础设施的关键组成部分。这为电信网络创造了新一波投资，包括重新关注5G、5G-Advanced和6G。 同时，一些市场发展证明，电信领域的创新已经成熟，实际上需要它。地缘政治担忧限制了某些运营商可以部署4G和5G的供应商数量，而一些移动运营商现在表示，既定的供应商锁定限制了创新，不允许更有利的横向市场条件。截至2022年底和2023年初，一些市场趋势表明，由于内部和外部因素，部署5G网络需要采用新的方法。 市场趋势 发达国家的电信市场现在已经饱和，并且受到激烈的竞争和对解决企业应用的日益增长的需求的支配。5G网络运营商不得不在充满挑战的宏观经济时期部署他们的网络，包括COVID-19、地缘政治和供应链限制以及通胀加剧。然而，5G网络开始在发达国家部署，与前几代相比，用户体验有了显著提升。与4G相比，这些5G网络也提供了更低的成本/位，这意味着。 是开放的VRAN 电力高效? MAVENIR赞助 DimitrisMavrakis，高级研究总监MalikSaadi，战略技术副总裁 尽管市场竞争非常激烈，但移动运营商仍然是盈利的，并且在未来将保持盈利。他们的业务不像过去那样有利可图 ，但肯定是盈利的，并且在未来将保持盈利。 另一方面，在最近的COVID-19和地缘政治危机期间，供应链约束成为一个更大的问题，这限制了移动运营商的供应商选择。随着开放无线电接入网络(RAN)的出现,市场现在已经适应了这些条件,其旨在开放无线电网络接口,并最终允许运营商在选择供应商方面具有更大的灵活性。此外，虚拟化RAN（vRAN）将从软件中分解硬件，从而允许网络元素在商品化硬件上运行。OpevRAN是两者的结合，由开放接口和通用硬件实现，被认为是移动网络的未来。 所有移动运营商面临的最新挑战是能源成本，尤其是在欧洲，乌克兰战争导致能源成本飙升。这导致网络能源运营支出（OPEX）成为许多欧洲市场的主要问题，一些移动运营商甚至重新调整了极端措施，例如在夜间关闭5G无线电，当使用率较低时。同时，移动运营商不断寻求优化其网络，在某些情况下，这意味着改造新的基础设施或完全取代现有的基站和网络设备。 网络基础设施趋势 网络基础设施的替换通常发生以优化网络性能、成本或功耗。在使用第一代网络基础设施进行大规模部署之后，5G网络现在正进入优化阶段。这在全国范围的部署中是正常的,其加速以满足覆盖需求,而不考虑网络或能源性能作为部署的关键驱动因素。第一代5G无线电网络现在正在优化，而许多移动运营商甚至正在切换到功耗更低的更新单元。 具有更好的性能，并提供将塑造网络未来的功能。 支持两者的基带调制 解调器 2G和3G连接可以在比单模2G调制解调器更广泛的设备 上使用 最重要的功能之一是使用AI和ML，它们已经开始在网络堆栈的上层进入移动网络，主要是在处理订户，营销和商业数据的BSS中。BSS一直是AI/ML的一个相对简单的领域，因为它处理大量数据，并在公共信息技术(IT)平台上运行。然而 ，AI/ML现在正在远远超出该领域扩展到网络的所有区域，甚至延伸到无线电领域，由于网络操作的复杂性，网络优化传统上一直垂直集成在一个封闭且防护良好的领域。现在，许多计划正在解决网络的多个领域，包括无线电智能控制器（RIC），服务，管理和编排（SMO）元素，网络编排以及许多其他方面。重要的是要注意,RIC已经被设计为解决开放RAN部署而不是传统RAN网络,因为它主要是针对开放接口而被设计。与针对传统RAN部署的自优化网络(SON)相比，RIC还提供了显著的优势，包括执行基于用户的优化的能力。 最后，电信市场现在正朝着5G-Advaced和6G发展，在下一波移动网络技术中进行研究，同时试图为后代构建平台。这现在正在过滤当前的市场发展，这些市场发展专注于水平平台的部署，而不是前几年主流选择的垂直架构。在无线电网络中也是如此。 DRAN、VRAN和OPENVRAN 蜂窝网络是分布式处理环境,其中基站被部署在整个国家以将用户连接到网络。与前几代部分为语音和短消息服务（SMS ）设计的5G网络相比，5G网络更是如此。在过去的几年中，蜂窝网络的设计和实现有了显著的发展，导致了更加高效和可扩展的架构。 图1说明了从传统RAN（也称为分布式RAN（DRAN））到vRAN以及最后是开放vRAN的过渡。 图1：从传统到开放的vRAN演进 （来源：ABIResearch） 传统RAN vRAN 打开vRAN 天线 天线 天线 小区 站点 RF RF RF 无线电单元 无线电单元 无线电单元 CPRI（关闭） CPRI或eCPRI (已关闭) eCPRI（开放 基带 分布式单位 分布式单位 核心网 回程(已关 闭) 中途（ 已关闭 中途（ 开放） 边缘服务器 与边缘服务器并置 的集中式单元 与边缘服务器并置 的集中式单元 专有硬件和软件，单一供应商 商品化硬件、专有接口和软件， 也是单一供应商 商品化硬件、开放式接口和软 件、多供应商 DRAN 自几十年前蜂窝网络的早期以来，传统的或DRAN一直是部署模式。考虑到当时可用的技术，早期的DRAN系统被创建为尽可能容易地部署蜂窝网络。简而言之，DRAN的演进遵循以下阶段: 1)第一个DRAN网络依赖于集成单元，该单元将基带和无线电处理组合在一个单元中，通常部署在小区站点的地面上 。信号是使用射频（RF）电缆从该集成单元传输到桅杆顶部的天线。 2)第二代DRAN系统分解了来自无线电的基带处理，并使用从基带单元到无线电的光学连接重新放置了昂贵且有损的RF电缆。在此阶段，每一代都由其自己的单元供电，这意味着在小区站点上部署了多个无线电以支持2G，3G和4G。 3)最后一代-以及目前正在使用的-是SigleRAN，它是一个单一的基带处理单元和2G，3G和4G的单一无线电。5G部署在中频带频率(例如。Procedre，3.5千兆赫（GHz））需要自己的无线电，因为它依赖于大规模多输入多输出 （mMIMO），无法与前几代集成。在许多情况下,基带处理也是分离的,在小区站点处需要多个不同的基带单元 (BBU)。 DRAN的主要考虑因素是基础架构的所有方面通常都依赖于为单个应用程序量身定制的专有定制硬件。例如，现有的基础设施供应商已经开发了他们自己的定制硅和他们的专有平台，在这些平台上构建了他们的DRAN设备。集中式RAN(C-RAN)的第一个演进是虚拟化基带处理,其允许基带处理的集中化,从而允许通常与云计算相关联的益处,例如池化和弹性。 打开VRAN DRAN的封闭性在开放接口市场中创造了一个缺口，以允许更多供应商进入供应链，同时使基础设施和网络元件在性能 、成本和功耗方面更加高效。这一趋势导致了OpenRAN和vRAN的创建。 打开RAN 开放式RAN网络打开基站中的处理和无线电单元之间的接口,允许网络运营商在理论上混合和匹配并选择用于这些中的任一个的最佳组件。OpevRAN通过分解硬件和软件以及在自定义现成（COTS）服务器上构建RAN处理功能来进一步升级OpeRAN。此外,集中单元(CU)、分布式单元(DU)和无线电单元(RU)之间的功能分割为开放接口提供了自然环境。O-RAN联盟和更广泛的行业已经决定了所谓的选项7.2，该选项将DU和RU之间的物理层处理分开，并减少这两个元件之间的连接所需的容量，通常称为前传。此选项允许DU的集中化，以及在供应链中引入更多供应商的机会。 VRAN vRAN网络将软件与硬件分离，并在COTS服务器上运行RAN处理功能。通常，vRAN是关于无线电资源处理的集中管理 ，并允许网络运营商在COTS服务器上模块化网络功能。当前所有供应商都在追求vRAN策略，以帮助运营商最小化成本 ，但硬件实现有所不同；一些供应商选择商品化硬件，而另一些供应商选择专有硬件平台。vRAN的价值主张是集中一些RAN功能，包括BBU和无线电远程单元(RRU)的上层。通过这样做，运营商将能够通过减少站点租金和为许多端到端访问站点供电所需的整体功耗来节省大量OPEX。vRAN的标准行业实施是将BBU解耦为两个单元：。 1)集中单位(CU):该单元为协议栈的更高层提供支持,并且通常部署在中心位置,在核心网络数据中心中或在城市环境中的中心办公室位置中。 2)分布式装置(DU):该单元支持基带处理的下层,其也包括物理层。这通常部署在聚合点或小区站点。 此基带处理由商品化的IT服务器执行，这些服务器可以互换并在必要时轻松更换。与基于硅的定制BBU不同，COTS 服务器可以降低RAN设备成本，允许灵活和自动的无线电资源分配，并加速网络部署。 将开放VRAN与VRAN进行比较 电信市场目前正在考虑多个网络域的虚拟化，但并非所有的实现都是平等的。事实上，vRAN本身不一定是行业中的新话题，因为集中化(例如Procedre，C-RAN）的某些网络元素已经在业内讨论了很多年。在RAN域中，vRAN与OpevRAN不同。后者可以提供显著的成本节约和开放性,从而增强虚拟化和集中化的益处。以下各节介绍了OpevRAN引入的一些重要的独特优势。 中途和回程灵活性和成本节约 vRAN通常需要CPRI,并且在小区站点处处理物理层(层1)。这对前传提出了严格的要求，这意味着整个网络所需的暗光纤。这增加了vRAN的部署成本，因为必须引入、租用暗光纤或从网络的其他部分借用光纤容量。某些混合运营商报告说 ，由于前传要求高且对光纤网络的额外压力，vRAN试验导致固定宽带服务的潜在降级。 另一方面,开放vRAN允许物理层在小区站点和聚集点之间被分割,从而降低小区站点处的处理要求和中程链路容量两者。选项7.2最小化对传输带宽的影响并且标准化DU和RU之间的接口,使得这两个元件可以容易地在不同供应商之间互操作,同时提高整个系统的性能而没有理想的回程或前传。 RIC OpeRAN的一个更重要的好处是能够与第三方开发人员和新型应用程序进行接口，并引入可以优化网络多个部分的新功能。使用vRAN，这只能在紧密集成的单供应商环境中实现，而在OpevRAN中，RIC可以允许来自多个供应商的xApps和rApps。有关RIC的更多信息将在第4节中讨论。 模拟基带功耗 除了任何新部署的性能和成本比较之外，在考虑新部署时，能耗已成为一个关键指标。因此，ABIResearch创建了一个网 络模型，以评估在现实生活中的网络场景中，OpevRAN的功耗与DRAN的比较。ABIResearch选择发达的西欧市场有几个原因：5G在该地区部署良好;消费者和企业都有健康的流量需求;能源危机正在推动网络运营商优化其整个网络的功耗状况。应当指出，这种模式也完全适用于其他市场，包括亚太地区和印度。事实上，这个西欧案例中的模型假设可以说是严格的，因为下面的网络参数非常高端。在发展中市场和容量需求较低的情况下，5G网络将更适合集中DU，从而进一步节省成本和能源。 表1总结了关键网络参数和假设。 表1：DRAN和OpenvRAN的网络模型参数 （来源：ABIResearch） 5G网络参数 值 mMIMO配置 64T64R 频率和带宽 90MHz，3.5GHz 建模的环境 密集的城市和城市 扇区化 80%的网站有3个部门10%有6个部门10%有9个部门 每个5G用户的平均每月流量 2020年20GB2027年50GB 有效扇区频谱效率 25bps/Hz 有效的部门能力 2.5Gbps 繁忙时间标注窗口 12小时/天 考虑的网络元素 BBU和DU/CU ABIResearch之所以选择此方案，是因为其在西欧以及密集的城市和城市环境中具有激进的交通性质和苛刻的用户行为。这些环境也可能消耗整个国家的大