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ORAN专题系列-7：5G O-RAN 分体式小基站Option7硬件白盒化的参考架构
文火冰糖的硅基工坊 已于 2022-06-13 19:09:08 修改 8349 收藏 35
摘要： Option7的分离式部署, O-DU7的硬件白盒化, O-RU7的硬件白盒化
一、分体式/分离式架构的进一步分类
1. O-RAN分离式架构
2. High-PHY和Low-PHY不同的部署选项
原先需要由 专用 的DSP数字信号处理器处理的PHY层协议，如何处置和安排？
根据把High-PHY和Low-PHY部署DU或RU的方案不同，分为了4中选项：
如下称为Option6, Option7, Option8以及option7-8。
High-PHY和Low-PHY部署的方案不同，O-DU和O-RU之间的Front Haul接口协议也随之有差别，这是Front Haul比较复杂的一个最重要的原因，后续再用单独的章节讨论Front Haul接口协议的开放问题。
二、Option7部署选项
1. Option7-2的分离式 扁平 部署
在此部署中，把High-PHY部署在O-DU中，Low-PHY部署在O-RU中，这是O-RAN 5G新增加的方案。
O-RU7-2:
O-DU的数字处理单元：
2. Option7分离式 分层 部署
3. Option7部署下O-DU7的硬件白盒化
与Option6部署时，是完全一样的
内存接口：DDR4
PCIe: PCIe v3或更高版本，用于连接DU所需要的硬件加速器。之所以选择PCIe这个接口，这是因为PCIe是通用计算机连接即插即用模块的标准接口。
串行ATA接口：支持SATA3或更高版本，用于连接硬盘设备，存放DU的所有软件代码和大数据。
SPI 接口： 用于连接Flash这样的存储设备。 存放固件firmware和不易丢失的数据。
Video接口：视频接口O-DU是可选项
USB 接口：用于连接本地的设备
Miscellaneous接口：Jtag，串口等调试口。
以太网接口：提供标准的1GbE/10GbE/25GbE/40GbE/100G的以太网口。
PCIe: PCIe是通用计算机硬件平台的标准扩展接口，在这里用于连接专用的硬件加速模块。
Timing ：时钟同步接口，这个接口是，无线接入网有特殊的要求，如何在通用x86硬件平台上解决这个问题，需要专门的章节来讨论。
4. Option7部署下Front Gateway（FHGW7）的硬件白盒化：
前向和后向接口：
数字信号处理单元：
很显然FHGW7不是普通的以太网交换机，而是专用的数字信号处理单元，需要处理上图中的eCPRI协议层和IO user data层的数据，通常需要FPGA或专用的DSP来实现。
既然eCPRI是承载在以太网, 或者说是UDP之上的， 为啥不像FHGW6，直接使用普通的以太网交换或路由器，在O-DU和O-RU之间转发以MAC层或IP层数据呢？
- 下行：支持蜂窝 小区级 （Cell）的数据的广播，而不是MAC层或IP层的广播
- 上行：支持蜂窝 小区级 （Cell）的数据的汇集，而不是MAC层或IP层的汇集
（2）FHGW功能模块图的接口
- 数字处理单元 ：蜂窝小区级IQ数据的广播和汇集功能。
- POE ++：power over ethernet，通过POE接口，可以给RU进行远程供电。
- DC/DC：直流电源转换。
- CLK: 本地时钟
- Memory：DDR3/4内存
- SPI: SPI flash，用于存放固件。
- Debug interface：串口、Jtag调试口。
- Ethernet : 以太网接口。
5. Option7部署下O-RU7的硬件白盒化
（1）O-RU7的架构图
（2）O-RU7的功能图
RU RF处理单元:
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综测仪 IQ简介和IQview使用方法
迎客松88 查看IQ Option平台 于 2021-03-02 21:17:06 发布 4275 收藏 41
一、综测仪定义
综测仪，也俗称IQ。是专门用来测试 802.11 a/b/g/n/ac WLAN 产品 RF 信号相关性能的，包括 AP、网卡等，不仅仅适用于产品的设计开发，也能够很好地用于生产过程中的产品 RF 性能校准及检测。
二、综测仪原理
每一台 IQ 设备都包含一个 VSG（ vector signal generator： 信号发生器）和一个 VSA（vectorsignal analyzer： 信号分析仪） 。 VSG 可以作为信号源使用，配合设备预设的相关信号配置文件，可以选择产生特定模式的信号，用来测试产品的接收性能； 而 VSA 则用来分析接收到的信号，并输出信号相关的各项指标参数以便考量此信号的优劣，适用于产品 RF 模块的发送性能测试。
三、综测仪分类
常用 IQview、 IQnxn、 IQxel、 IQflex 作为产品测试及生产的设备。主要功能区分如下：
IQview：用于测试 802.11 a/b/g/n 信号，适用频段为 2.4G 及 5G；
IQnxn： 与 IQview 的使用范围差不多，只是多了一项很重要的功能，即 MIMO 信号测试；
IQxel：前面两种设备都不能进行 11ac 信号的测试，而 IQxel 目前就主要用于我司 11ac 产品的测试， 且对 VSA 及 VSG 的测试项划分更为详细；
IQflex：其配备的模块较为简单，主要是针对生产使用，目前基本用于工厂的产线 RF 校准。
IQview 及 IQnxn 都是通过特有的客户端软件进行配置，而 IQxel 则简化控制到网页进行配置，后面都会详细介绍。设备的适用上来说， IQxel 也最全面。
四、IQview使用方法
IQview 采用桌面客户端（ IQsignal for MIMO\IQsignal 1.4.0.w） 形式提供仪器控制软件， 主要细节配置在于其各个子界面。 而 IQnxn 查看IQ Option平台 与 IQview 界面相同，因此以 IQview 为例做说明即可， 如下图，为 IQview 的 IQsignal for MIMO 界面，其主要是用于 11g\n 信号的测试分析。
下面稍微详细地介绍下各个功能及子界面。
首先，看到最上面菜单栏，有“ File”、“ Steup”、“ Tools”、“ Help” 4 个子菜单的选择，
“ Flie”主要是打开关闭的操作，“ Help”主要是对这款客户端的说明；我们重点关注“ Setup”和
“ Tools”，“ Setup”的子菜单有两项，如下图所示。
其中，第一项“ Tester Control”用于配置 IQ 设备的数目、所使用的 IP、信号截取时长等，其具
体界面如图3所示；第二项“ Analysis Options”则用于配置待测信号的模式及对信号进行分析时的
相关操作，具体界面如图4 所示。
图3 Tester Control
图4 Analysisi Options 查看IQ Option平台
再回到主界面，看到接下来两行是一些可选配置项，这些都是 IQview 及 IQnxn 使用中最常用到的配置。最左边是“ Start/Stop”及“ Auto Range”按钮，前者用于控制测试的开始和停止，后者用于自动调整后面的“ Max.Sig.Level”， 使得 VSA 能够收到的最大信号强度略大于实际信号的最大强度，以便完整接收信号，避免信号失真；“ Cont/Single”用于选择是连续还是单次测试；如果使用的是 IQ 设备前面板上的 RF 左端口则选择“ Left RF Port”，使用右端口就选择“ Right RF Port”；如果是作为 VSA，即端口作为信号接收使用，则需要勾选“ RF Input” ； “ RF Channel”是需设置为此时测试信号所在信道后，才能在下面的窗口中解析到正确的信号参数；“ Sel.查看IQ Option平台 VSA”是表示目前客户端配置的是 VSA，数量是 1；“ Extennal Atten”用于设置测试的产品信号输出端到 IQ 设备 RF 接收端口之间的信号衰减值，此值由两个端口之间的连接拓扑决定，需要经过矢量网络分析仪经过严格测量才可填写； 查看IQ Option平台 最右边的“ Trigger Settings”用于设置触发类型及条件，一般都是信号触发，强度默认。
接着是下面几个主要窗口，也是我们在测试中观察和分析信号质量问题及读取有用参数信息的最直接的方式。右下角的“ Top Left”、“ Left”、“ Right”是用来分别设置左边 3 个窗口所要显示的内容，“ Top Left”只有两项，一个就是图 1 中的 Amplitude，即幅度，信号的强度，还有一个选项是频谱；“ Left”与“ 查看IQ Option平台 Right”的设置选项是一样的， 即同时可以使用左右两个窗口显示同一信号的两个不同参数结果图， 其可选项如下图 所示，这里简单介绍其中几个。
PSD： power spectral density，功率谱密度，用于测量信号的 power，通过在一定带宽范围内对PSD 进行积分运算可以得到信号在某个信道的 power 值；
Spectrum Mask：是 PSD 结合 802.11 的 spectral mask 限制的体现， 是衡量射频模块产生的信道和频段外的能量泄露和非线性失真， 一个好的信号需要在保证 power 查看IQ Option平台 的同时符合mask 要求，如下图红色线就是阈值，Mash必须在阈值以下；
CCDF： complementary cumulative distribution function， 功率互补累计分布函数。它是用来表示 OFDM 系统中多载波传输时峰均值 PAPR 超过某一门限值的概率。如下图， X 轴是以 dB 为单位，表示高于平均功率的值，即这里的峰均比是相对于平均功率而言； Y 轴是指当信号峰值功率超过平均功率大小为 X 的时间概率，强调特定峰值出现的概率性。
I/Q Signals：将测量的信号分解成 I/Q 两个信号，并在一定时域内显示出来；
Symbol Const：星座图，如下图，横轴为 I，纵轴为 Q，星座图是将测量信号
在 I/Q 复平面表示出来，用于判断信号矢量误差；
Spectral Flatness： 频谱倾斜， 如下图， 用于表示 OFDM 载波信号频谱幅度相对于平均值的偏移变化趋势，会对某信道或者某段频率的信号频谱产生影响。
Phase Error：相位误差，相对于时间的，下图 所示，指在信号在时域上体现出来的相位偏移，
以度为单位；此参数在 RF 调试中有很大作用。
EVM vs Carrier：载波 EVM，是指固定模式下，一次传输的数据中，每个载波各自的 EVM，如下图，为 802.11g 54M 模式下，一次传输中 48 个 数据载波及 4 个导频载波的 EVM。
EVM vs time：信号在某段时间内 EVM 的变化，如下图，在某段时间内一共采样了 60 次，得到60 个信号样本，对每个样本进行 EVM 测量，然后得到图中 EVM 曲线。
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Frequency Error：频率误差，即频偏。是指实际测量到的信号中心频率相对于理论希望得到的信号中心频率的偏差；此参数在校准中必须要关注。
Power On Ramp 及 查看IQ Option平台 Power Down Ramp：用来表示信号 power-on 和 power-off 所用时间。
五、IQ设置使用注意点
1、仪器由市电 220V 供电，电源线需要使用仪器标配的标准线，不允许在仪器缺少电源线的情况下随意用电源线接电； 查看IQ Option平台
2、 仪器在接入各种测试拓扑时，注意各个接口的转接头， IQ RF 端口处必须添加 DC-Block，防止直流信号直接进入仪器；
3、 IQ 设备作为 VSG 时，要关注其最大输出信号强度能达到多少，界面配置中不要超过这个值； 结合外部拓扑输出后不能超过接收设备的接收范围，避免损坏接收设备；
4、 IQ 设备作为 VSA 时，注意其最大接收信号强度为多少，外部信号到达 IQ RF 端口时不能超过这个值，注意这里对外部信号要看的 Peak Power；
5、当外部输入信号的 peak 值超过 IQ RF 最大接收强度（如+25dBm），则需要在RF端口前加入适当的固定衰减，并将此衰减值设置到对应的 Table 中，由仪器在内部计算结果时进行补偿；
6、 在测试中，拓扑的线损需要经过矢量网络分析仪进行标准测试，并将线损值正确设置给对应的端口， 设置完成后才能进行测量操作。
7、仪器在打开后最好能够给几分钟让其预热，使得整个仪器系统能够处于比较平稳的工作状态；而在使用完成后，可以选择关闭。