不斷變化的使用模式，如自動駕駛汽車、智能工廠、流媒體視頻和基于云的應用程序，更加重視更高的帶寬和更少的延遲。為了滿足這些不斷變化的需求，與4G LTE相比，5G有望將速度提高100倍，并且延遲要低一個數量級或更低。此外，5G規范要求新網絡每平方公里連接100萬臺設備，是以前的100多倍。

滿足這些更高的性能水平需要進行重大更改，包括新的頻段和更改的無線接入網絡（RAN）架構。在構建4G LTE之后，運營商現在必須部署一種全新的傳輸技術，該技術具有更高的復雜性和更多的硬件和軟件組件。推出本身將大規模進行，運營商需要的解決方案不僅要快速有效地部署，而且要經濟地購買和運營。這些組件還需要可靠，并最大限度地降低功耗。

隨著5G的行業計劃，必須控制資本支出（CapEx）和運營支出（OpEx）。這導致了從4G的專用硬件和專有軟件到安裝在開放和商業現貨（COTS）硬件平臺上的開放軟件堆棧的全行業轉變。

為什么開放式解決方案是5G的關鍵

回顧4G，這些網絡主要是通過運行專有軟件堆棧的定制硬件實現的。當承運人選擇設備供應商時，它成為一項長期承諾。這種方法對于4G網絡來說是可以容忍的，但考慮到5G的新挑戰和降低總擁有成本（TCO）的驅動力，運營商已經開始開發開源解決方案。5G的最終目標是可互換的COTS Arm或x86服務器，運行開源軟件堆棧。

圖 1：頂級無線網絡架構

5G有何不同？

5G網絡與4G LTE幾乎完全不同，從頻段開始。5G在4G離開的地方拾取，頻譜范圍從6 GHz到300 GHz，更高的頻率支持更小的小區尺寸，使5G小區能夠在社區，制造工廠甚至房屋和其他結構等位置提供高度本地化的覆蓋范圍。

5G網絡架構將4G BBU的功能分解為無線單元（RU）、分布式單元（DU）和集中式單元（CU）。由于5G將RU，DU和CU解耦，因此它為運營商提供了更大的靈活性。RU、DU 和 CU 可以位于同一位置或部署在不同的位置，具體取決于網絡要求。例如，通過在邊緣同時部署 RU、CU 和 DU，可以構建需要盡可能低邊緣延遲的網絡。這將為遠端連接的用戶應用提供出色的性能，但會增加每個塔架的環境控制外殼的費用。對于可以容忍更大延遲的應用程序，另一種方法中，多個 RU 可以由一個 DU 提供服務，從而降低網絡成本，同時提供足夠的性能。

圖 2：5G 將 4G 傳統 BBU 分配到 RU、DU 和 CU 功能中。

更好地了解5G的組件需要仔細研究架構。圖3顯示了5G網絡硬件和互連的“一鍵式”視圖。

圖3：5G網絡軟件架構

5G RU 基于硬件的數據平面。它由一個射頻發射器和一個LO PHY模塊組成，通常作為FPGA或ASIC實現，針對數據包管理進行了優化。它以有線速度運行，可以提供小于1 ms的延遲。RU 通過 LO 物理層和高層物理層之間的前拖程連接到 DU。5G中較小的小區尺寸意味著在給定的覆蓋區域內將需要更多的塔。因此，RU和塔將在整個網絡中以數百萬的規模部署。

DU 管理通過前傳鏈路進出 RU 的無線電數據包流量。DU 的主要組件是無線鏈路控制器 （RLC）、媒體訪問控制器 （MAC） 和 HI PHY。MAC包含與RLC通信的軟件和與PHY通信的硬件模塊。它可以集成GPU或FPGA等硬件加速器，并且可以在小于5 ms的延遲下運行。DU 通過 F1 中途連接到 CU。DU COTS 實現將包括一個具有硬件加速 PCIe 卡的服務器機箱和一個開源 MAC/RLC 堆棧。

CU 分為控制平面 （CP） 和用戶平面 （UP）。這模仿了4G LTE的配置，這使得將5G網絡與4G LTE網絡集成變得更加容易，并且還為獨特的5G RAN配置提供了靈活性。CP 和 UP 作為 CU 的一部分直接連接到 CU 盒中。它們可以在大約10 ms的延遲下運行。

CU 的上游是 RAN 智能控制器 （RIC）。此功能將無線網絡虛擬化為一系列可由上游核心控制器訪問的功能。下文將進一步詳細討論RIC。

向開放網絡的轉變

盡管 RU、DU 和 CU 包括軟件定義網絡或虛擬 RAN （vRAN） 所需的所有功能和接口，但核心的網絡編排和自動化層需要一個軟件工具來管理該過程。在4G LTE中，這項任務由專有硬件和軟件管理。對具有成本效益的5G解決方案的需求導致運營商推動利用COTS硬件的標準化開源解決方案。

然而，只有當硬件能夠滿足運行軟件的性能、外形尺寸和成本要求時，5G開源運動才能成功。基于 Arm 的服務器處理器是一種合乎邏輯的選擇，因為它們具有高性能、高能效和低 TCO 的架構。

此外，OCP的規格之一是開放式EDGE機箱。其淺外形尺寸、低功耗要求和處理密度針對電信和邊緣應用進行了優化。

openEDGE 機箱的模塊化設計涉及標準化的服務器機箱，該機箱配有可填充托架的插槽。雪橇采用連接式設計，可滑入到位。它們可以填充主板和內存模塊等。開邊機箱提供多種標準框架尺寸（2u，3U，5U等）;每個都是19英寸兼容的，設計用于安裝到標準機架中。

安培在開放式Edge雪橇中開發了Hawk服務器主板，以支持5G RU，DU，CU和RIC的緊湊邊緣外形，并考慮了以下功能：

在緊湊的邊緣外形中支持 5G RU、DU、CU 和 RIC

基于 Arm 的 3.3 GHz v8 內核，具有 8 個 DDR-2667 DIMM、42 個 PCIe 第 3 代通道等功能

集成式服務器控制器

斷續器

功率至少為 125W TDP

其他5G核心功能，如開放網絡自動化平臺（ONAP），由Linux基金會托管的開源網絡項目，具有不同的硬件要求。核心硬件通常位于傳統數據中心，并提供相關的冷卻和電源基礎設施。這允許使用具有更大功率包絡的商用現成服務器外形規格，例如全深度 1U 和 2U。

硬件需求將隨著5G的進步而發展，以滿足計算和電源效率的要求。電信運營商將需要他們的設計工程師來評估和實施這些類型的硬件解決方案，以實現高性能的核心服務器，同時降低運營成本并減少每個機架的資本支出。

審核編輯：郭婷