自動駕駛汽車、智能工廠、流媒體視頻和基于云的應用程序等不斷變化的使用模式更加重視更高的帶寬和更小的延遲。為了滿足這些不斷變化的需求，與4G LTE相比，5G承諾將速度提高100倍，延遲也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倍以上。

滿足這些更高的性能水平需要做出重大改變，包括新的頻段和改變的無線接入網絡（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部署快速高效，而且購買和運營經濟。這些組件還需要可靠并最大限度地降低功耗。

隨著行業對5G的建設計劃，必須控制資本支出（CapEx）和運營支出（OpEx）。這導致了整個行業的轉變，從4G的專用硬件和專有軟件轉向安裝在開放和商用現貨（COTS）硬件平臺上的開放軟件堆棧。

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。當運營商選擇設備供應商時，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網絡幾乎與4G LTE完全不同，從頻段開始。5G從4G中斷的地方開始，跨越從6 GHz到300 GHz的頻譜。 更高的頻率支持明顯更小的蜂窩尺寸，使5G蜂窩能夠在社區、制造工廠甚至房屋和其他結構內等位置提供高度本地化的覆蓋。

5G 網絡架構將 4G BBU 的功能分解為無線電單元 （RU）、分布式單元 （DU） 和集中單元 （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，可以通過在邊緣同時部署 RU、CU 和 DU 來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，但增加了每個塔樓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的另一種方法，一個 DU 可以為多個 RU 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 分發為 RU、DU 和 CU 功能。

更好地理解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“一鍵式向下”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RF發射器和一個LO PHY模塊組成，通常作為FPGA或針對數據包管理優化的ASIC實現。它以有線速度運行，可以提供小于 1 毫秒的延遲。RU 通過 LO PHY 和 HI PHY 之間的前傳連接到 DU。5G中較小的小區尺寸意味著給定的覆蓋區域需要更多的塔。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，并且可以以小于 5 毫秒的延遲運行。DU 通過 F1 中傳連接到 CU。DU COTS 實施將包括一個帶有硬件加速 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，還為獨特的5G RAN配置提供了靈活性。CP 和 UP 作為 CU 的一部分直接連接在 CU 盒中。它們可以以大約 10 毫秒的延遲運行。

CU 的上游是 RAN 智能控制器 （RIC）。此功能將無線網絡虛擬化為上游核心控制器可訪問的一系列功能。RIC將在下面進一步詳細討論。

向開放網絡的轉變

盡管 RU、DU 和 CU 包含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，此任務由專有硬件和軟件管理。對具有成本效益的5G解決方案的需求促使運營商推動利用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個合乎邏輯的選擇，因為它們專為高性能、高能效和低 TCO 而設計。

此外，OCP的規格之一是openEDGE機箱。其外形小巧、功耗要求低且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配備插槽的標準化服務器機箱，這些機箱可以填充托架（請參閱圖 4）。雪橇經過連接，設計為可滑入到位。它們可以安裝主板和內存模塊等。OpenEDGE 機箱提供多種標準幀尺寸（2U、3U、5U 等）;每個都兼容 19 英寸，旨在適合標準機架。

Ampere 在 openEdge 背夾中開發了 Hawk 服務器主板，以緊湊的邊緣外形支持 5G RU、DU、CU 和 RIC，并考慮到以下功能：

在緊湊的邊緣外形中支持 5G RU、DU、CU 和 RIC

基于 Arm 的 v8 內核，頻率為 3.3 GHz，功能包括 8 個 DDR-2667 DIMM、42 個 PCIe Gen 3 通道

集成 SATA 控制器

過流電網卡

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。核心硬件通常安裝在傳統數據中心，并提供相關的冷卻和電源基礎設施。這樣就可以使用商用現成的服務器外形規格，例如全深度 1U 和 2U，具有更大的功率包絡。

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。電信運營商將需要其設計工程師評估和實施這些類型的硬件解決方案，以實現高性能核心服務器，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