PCBニュース - ミリ波レーダ基板メーカー：O-RAN技術白書提供

一、O-RAN概要

現在、ミリ波レーダ回路基板世界的にセルラーの資料使用量は増加し続けているため、ミリ波レーダ回路基板電気通信システムはそれに合わせて革新しなければならず、その需要を満たすことができない。5 G標準はより高いハニカム輸送量の需要を満たすことができ、また様々な新しい応用シーンを実現することが期待されているが、もしネットワークが相応の改善を行っていなければ、多くの立案された5 G応用は机上の空論にすぎない。超信頼性低遅延通信（URLLC）応用シーンを例にとると、このような応用シーンはネットワーク遅延に対する要求が高く、ネットワークが最適化されなければ、URLLC応用は実現できない。将来のネットワークは、より柔軟になり、人工知能などの新しい技術を活用する必要があります。

ネットワーク事業者は、ミリ波レーダ回路基板ソフトウェアで定義されたネットワークに移行しており、導入されたネットワークをカスタマイズして管理できるようになっています。モバイルネットワーク事業者はまた、デバイス相互作用を実現する必要があります。または、異なるベンダーが提供するネットワークデバイス要素を自由に選択することができます。全体的に言えば、無線アクセスネットワーク（RAN）であれ、電気通信システムのハードボディであれ、大きな改善余地がある。3 GPP R 15では、中央ユニット（CU）、分散ユニット（DU）、および無線ユニット（RU）の3つの異なるgNodeB機能が決定されている。これら3つのコンポーネントにはさまざまな構成方法があり、それぞれのネットワークに基づいて最適な構成方法を決定することが好ましい。gNodeB要素がすべて同じベンダーから来ている場合は、これらの要素の間で専用のメソを選択することができます。O-RANアライアンス（すなわちO-RAN）は、5 G RANのかつてない開放性の実現を推進することに力を入れている。O-RANアライアンス規約は、システム全体の機能が完全にベンダーによって定義されるのではなく、オープンなCU、DU、RUインターフェースを通じてホワイトボックス化されたネットワークを実現する方法を紹介し、RANの柔軟性を高め、ネットワーク事業者により多くの選択肢を提供する。そして、この方法は伝統的にネットワークハードを提供していない中小企業に新しい機会をもたらし、革新的な発展を奨励することができる。革新的なテクノロジーが多ければ多いほど、選択肢が多くなることは、新しいネットワークを導入するコストが削減される可能性があることを意味します。O−RANはまた、深さ学習技術を各RANアーキテクチャに統合し、通信システムのインテリジェント化レベルを向上させることを望んでいる。O−RANの参照アーキテクチャ（図1に示す）は、O−RANに適合するRANを構築する方法を示している。

図1.O-RANアライアンスリファレンスアーキテクチャ

二、RANを切り分ける方法

O−RANが提案する概念およびアーキテクチャは、すべてミリ波レーダ回路基板RAN分割という概念に基づいている。機能的には、RANには8種類の切り分け方式があり、それぞれの方式が異なる協定層を切り分け、協定スタックの異なる部分が異なる硬体上で処理できるようにしている。図2は、この8つのオプションをまとめたものです。

図2.RANカットオプション

O-RANはオプション7-2を使用することを推奨します。図2に示すように、このオプションはエンティティレイヤ（PHY）を高低レイヤに分割します。オプション7−2を使用する場合、アップリンク（UL）、CP除去、高速フーリエ変換（FFT）、デジタルビームフォーミング（該当する場合）、およびプレフィルタリング（PRACH（物理ランダムアクセスチャネル）機能のみ）がRUで実行され、エンティティレイヤの残りの処理はDUで実行される。ダウンリンク（DL）では、逆FFT（iFFT）、CP追加、プリコーディング機能、および必要に応じてデジタルビーム形成がRU内で行われ、PHYの残りの処理はDU内で行われる。

オプション8分割方式は、2 G、3 G、4 Gで使用される汎用公衆無線インターフェース（CPRI）を使用しています。一方、7-2カット方式を使用すると、DUとRU間の流量を減らすことができます。O-RANは7-2カットのバージョンを指定しています。以下の図3は、7−2カットオプションと、協定スタックの他の部分がCUとDUの間でカットをどのように実現するかを説明する。7.2 xカットは、このテクノロジーを迅速に市場に投入することができ、導入コストを制御することができ、両者の間で最適なバランスを実現しました。この方法により、カットの詳細に関する混乱を減らすことができ、同時に流量をさらに減らし、品質を改善することができます。いくつかの5 Gシステムは、進化したCPRI、すなわちeCPRIをDU−RUメソとして使用する。eCPRIは、特定のベンダーに対してエンティティ層を高低層に分割することができる。したがって、複数の分割をサポートすることにより、独自のアンテナ物理環境によって形成される異なる配置環境に適応するために、トラフィックまたは柔軟性を最適化することができます。これにより、異なるキャリアの特定の接続に対してコスト最適化を行うことができます。

図3.オプション7-2のCU、DU、RUプロトコルレイヤカット

新しい5 G RANアーキテクチャ（NR−RANと呼ばれる）に対して、3 GPPは新しいF 1インターフェースを定義し、CUとDU間の通信のために標準化した。CUとDUの間の物理的なカットは、ハイレベルカット（HLS）と呼ばれる。DUとRUとの間の低層中間面は低層カット（LLS）と呼ばれるが、3 GPPは定義されていない。CUとDUの関係、および両者とRUの関係には様々な配置方法がある。図4は、異なるNR−RAN構成を示す。F 1インターフェースは遅延特性があり、DU-RUインターフェースは低遅延伝送を必要とすることに注意してください。したがって、低遅延インターフェースを作成する際には多くの課題に直面するので、本稿の後半では、中央RANの低レイヤ分割応用シーンを詳細に紹介します。

図4.柔軟な5 G RAN機能ユニットの位置

DUとRUとの間の中間面は、ミリ波レーダ回路基板フォワード（fronthaul、FH）中間面とも呼ばれる。プリパスインターフェースは最も要求の厳しいシステムインターフェースの1つであり、遅延に非常に敏感である。DUとRUが同じ製造業者によって提供される場合、ほとんどのシステムはCPRIまたはeCPRI（5 Gのみ）をフォワードインタフェースとして使用することができる。CPRIを設計する目的はオープンインターフェースとして使用することであるが、実際には、自社のハードボディに合わせるためには、ベンダーごとに実装方法が少し異なるため、マルチベンダーのインタラクティブな操作を実現することは決して容易ではなく、現実的ではない。オープンホワイトボックスハードアーキテクチャの採用は推奨されていませんが、DUとRUの緊密な同期化はより簡単に実現できます。DUとRUが同じベンダーによって提供される場合、両者は送信時間と受信時間において一致する（唯一の変化はDUとRU間の距離）。

O-RANの2つの目標のうち、1つはより開放的な生態系を構築することであり、これには新たなフロントインターフェースを定義する必要がある。7つのO-RANワークグループのうち、ワークグループ4（WG 4）はこのメソを定義する責任を持っています。このワークグループは、「マルチベンダーのDU-RRUインタラクションを実現するために、真のオープンなプリアンブルを提供することを目的としたオープンプリアンブルワークグループと呼ばれています。」図5は、提案されたDU-RUプリアンブルが異なる平面で情報を交換する方法を示しています。この7つの異なるトラフィック（さらに追加の管理（M）平面トラフィック）は非常に複雑に見えるが、より高いレベルで見ると、4つの平面（制御、ユーザー、同期、管理）は実際には3つの資料タイプ（IQ資料、タイミング、同期資料、コマンド、制御情報）しか使用されていない。

図5.低層前渡し資料の流れ

CPRIはオプション8カット方式に基づいているため、IQデータの転送、パッケージング、解凍の方法では、プリパスインターフェースはCPRIとは全く異なる。オプション8は、RFレイヤ上でネットワークを切り離すことができるので、IQサンプルはPHY処理（FFT/iFFT）されていません。4 G後期と5 G初期段階のネットワークの発展に伴い、大規模多入力多出力（MIMO）に使用されるアンテナがますます多くなり、サンプリングレート（アンテナごとに複数のサンプル）も絶えず向上し、中間面を流れるデータフロー量を減らすために、eCPRIが誕生した。システムデータ量が物理的接続の許容範囲を超えているため、そのデータ量を収容できる接続を実現するにはコストが高すぎるため、eCPRIはこのインターフェースを通過するデータ量を減らすためにPHYのデータの一部をRU上に移動して処理し、圧縮演算アルゴリズムを追加した。ただし、PHYのどの部分をRUに移動するかについては、特定の切り分け基準はなく、ベンダーによって異なります。これはベンダーによっては競争上の利点であり、オペレータがリンクコストを削減するのに役立つ可能性があります。RUでは一部の低層PHY機能が実行されるため、DUはこれらの機能を実行する方法をRUに知らせる必要がある。したがって、eCPRIのコマンドおよび制御メソスコピックもO−RANのメソスコピックとは全く異なる。しかし、ベンダーそれぞれの異なる切り分け方法により、サービスプロバイダはベンダーに依存し続けることになります。O−RANのオープンプリアンブルは、異なるベンダーが提供する硬質体を統合するために、7−2 xカットを使用することにより、RUに移動する必要がある実体レイヤ部分に対して適切な基準を確立することを目的としている。

三、相互接続性試験（IOT）

前伝導面のミリ波レーダ回路基板整備に努めるとともに、WG 4はどのようにして中間面をテストするかを考慮しなければならない。システムに異なるハードボディベンダーが提供するDUとRUが含まれている場合は、システムインテグレータとベンダーが適切なDUとRUのインタフェース検証能力を持つ必要があります。このようなテストは、一般に相互接続性テストと呼ばれています。O−RANは、O−RANと適合するシステムをテストする方法を検討している。図6に示すO−RANの略図は、O−RAN−CU（O−CU）とUEを使用してO−RAN−DU（O−DU）とO−RAN−RU（O−RU）をテストするシステム構成を示しており、この構成は実験室シミュレーションに使用することも、商用に使用することもできる。CUとDUの中間面をテストするためのテストポイントと、RUのRF入出力をテストするテストポイントがありますが、測定対象機器（DUT）はDUとRUの組み合わせです。このときアクティブインセンティブを使用すると、DUとRUの間のフォワードインタフェースはテストされず、パッシブ監視時にのみテストが可能になります。O−RANは現在、フォワード中間面をテストする方法を検討している。

図6.O-RANテスト設定、アクティブ（左）とパッシブ（右）

プロパスインターフェースでは、プロトコルテストとパラメータテストの2つのアクティブテストを実行できます。O−RANは、テストケース検証と障害解析を行う際に、プロトコルテストが必要であることを証明している。ミリ波レーダ回路基板開発中には、他の互換性のあるO-RANのデバイスに正しく接続されるように設計を検証できるテストツールが必要です。設計が完了し、DUとRUが検証と生産段階に入った後、各ユニットが予想通りに動作するようにパラメータテストを行う必要があります。

RUテストシステムでは、CUとDUの間のE 1インターフェースはテストする必要はありません。RU試験システムは、CUとDUの機能を類比し、プリアンブルを監視することができる必要がある。必要な試験レベルに応じて、完全なエンド・ツー・エンド（E 2 E）試験システムを構築するために、試験UEまたはUEシミュレータをシステムに追加することができる。NIは、その軟体無線（SDR）およびFPGAハードボディに基づく5 G NR IPを提供することができる。以下の図7にE 2 E試験システムの例を示す。

図7.E 2 E DU−RU試験システム例

四、結論

O-RANは次の3つのビジョンを策定しました。

（1）よりインテリジェントなRANネットワークを構築し、ネットワーク要素の仮想化を通じて、効率を最大化する

（2）ハードホワイトボックス化を推進し、マルチベンダーネットワークソリューションを実現する

（3）ネットワーク素子のメソ標準化

O-RANがこれらの重要な取り組みを実施する目的は、ミリ波レーダ回路基板ネットワークの発展を推進し、将来のニーズによりよく適応し、5 Gが実現することが期待される新たな統合