Skip to content

Open Fronthaul

Open Fronthaul là giao diện giữa O-DU và O-RU theo split 7.2x do O-RAN Alliance (WG4) đặc tả, thay cho CPRI độc quyền. Trang này tóm tắt các plane, cách dữ liệu được đóng gói trên Ethernet và những điểm cần chú ý khi hiện thực. Bối cảnh split xem RAN Architecture & Splits.

Bốn plane

Giao diện chia theo chức năng thành bốn plane:

Plane Việc làm Giao thức, đặc điểm
C-plane (Control) DU báo cho RU biết từng symbol, từng PRB cần xử lý thế nào: scheduling, beamforming, cấu hình PRACH eCPRI, gửi trước dữ liệu của symbol tương ứng
U-plane (User) Mang mẫu IQ miền tần số, theo từng symbol, từng PRB eCPRI, lượng dữ liệu lớn nhất
S-plane (Synchronization) Đồng bộ tần số, pha và thời gian cho DU và RU PTP, SyncE, xem Synchronization
M-plane (Management) Khởi tạo, cấu hình, quản lý lỗi, cập nhật phần mềm RU NETCONF/YANG trên SSH hoặc TLS

C-plane, U-plane và S-plane là các plane thời gian thực. CUS-plane là cách gọi chung ba plane này trong tài liệu đặc tả. M-plane không thời gian thực nhưng quyết định RU có lên được hay không.

Truyền tải trên Ethernet

Gói C-plane và U-plane được đóng bằng eCPRI (một giao thức truyền gói do nhóm CPRI chuẩn hóa), chạy trực tiếp trên Ethernet (EtherType 0xAEFE) hoặc qua UDP/IP:

Ethernet │ (VLAN) │ eCPRI header │ O-RAN application header │ section(s) │ payload
  • eCPRI header có trường message type (ví dụ IQ data, real-time control), kích thước payload và ecpriPcid hoặc ecpriRtcid để xác định luồng.
  • O-RAN application header thêm thông tin số khung, subframe, slot và symbol mà gói áp dụng.
  • Một section mô tả một dải PRB, kèm thông tin cần để xử lý dải đó.

Trường hợp thông dụng nhất là Ethernet lớp 2 trực tiếp, có thể kèm VLAN, điểm-điểm hoặc qua switch. Gói thường lớn hơn MTU 1500 nên nhiều triển khai dùng jumbo frame (khoảng 9000 byte).

C-plane

C-plane dùng các section type để chọn nhóm nội dung. Các loại thường gặp:

Section type Dùng cho
0 Báo các resource element không dùng (idle/guard) để RU tắt nguồn
1 Kênh thông thường (dữ liệu, điều khiển DL/UL)
3 PRACH và các kênh dùng numerology hỗn hợp
5 Lập lịch UE-ID cho các kênh
6 Báo cáo kênh (channel information)

DU gửi C-plane trước thời điểm RU cần dùng, vì RU phải biết cấu hình beamforming và PRB trước khi tới symbol đó. Nếu C-plane tới trễ, RU không biết phải xử lý symbol ra sao.

U-plane và nén IQ

Mỗi gói U-plane mang IQ của một số PRB trong một symbol (mỗi PRB gồm 12 sub-carrier). Nếu truyền IQ 16 bit cho mỗi thành phần thì băng thông rất lớn, nên O-RAN định nghĩa các phương pháp nén:

Phương pháp Ý tưởng
Block floating point (BFP) Mỗi PRB dùng chung một số mũ, phần định trị có số bit cố định (ví dụ 9 bit)
Block scaling Chia tỷ lệ cả khối rồi lượng tử hóa
μ-law Nén phi tuyến theo luật μ
Modulation compression Chỉ gửi chỉ số của chòm sao điều chế thay cho IQ

BFP là phương pháp phổ biến trong thực tế vì thực hiện đơn giản trên FPGA và CPU. Độ rộng bit càng nhỏ thì băng thông càng thấp nhưng nhiễu lượng tử hóa càng cao, ảnh hưởng EVM.

Cửa sổ thời gian

Gói fronthaul phải đến trong một cửa sổ thời gian quanh symbol mà nó thuộc về. O-RAN định nghĩa:

  • Downlink, phía DU gửi: T1a_min, T1a_max (C-plane và U-plane), tính trước thời điểm đầu symbol trên không khí.
  • Downlink, phía RU nhận: T2a_min, T2a_max. RU báo các giá trị này cho DU qua M-plane.
  • Uplink, phía RU gửi: Ta3_min, Ta3_max.
  • Uplink, phía DU nhận: Ta4_min, Ta4_max.
  • T12 và T34 là độ trễ truyền giữa DU và RU (downlink và uplink), phụ thuộc cáp và switch.

Gói đến sớm hơn min thì RU chưa có chỗ lưu, đến muộn hơn max thì bị bỏ. Các thông số này cùng với độ trễ của switch và cáp tạo thành delay budget, nên việc đo độ trễ và jitter fronthaul là bước bắt buộc khi tích hợp. Ví dụ ở subcarrier spacing 30 kHz, một symbol dài khoảng 35,7 µs, nên khoảng dung sai cỡ vài chục µs.

M-plane

M-plane dùng NETCONF (RFC 6241) với mô hình dữ liệu YANG do O-RAN định nghĩa. Một số bước điển hình khi RU khởi động:

  1. RU lấy địa chỉ IP (DHCP) và tìm DU hoặc SMO (call home).
  2. Thiết lập phiên NETCONF trên SSH hoặc TLS.
  3. Trao đổi capability, đọc cấu hình, kiểm tra phiên bản phần mềm.
  4. DU cấu hình các thông số vô tuyến (tần số, băng thông, số anten, compression) và cho phép phát.

Do M-plane quản lý cả cập nhật phần mềm, bảo mật M-plane (xác thực hai chiều, chứng chỉ, phân quyền NACM) rất quan trọng. Xem thêm mục bảo mật trong bài Ba train, ba mạch chính của O-RAN và Embedded Security.

Điểm cần chú ý khi hiện thực

  • DPDK thường dùng cho DU để gửi nhận gói U-plane tốc độ cao (poll mode driver, không qua kernel network stack), xem DPDK. Trên VM thì dùng SR-IOV VF, xem vRAN trên VM.
  • Thời điểm gửi phải chính xác tới mức µs. Có thể dùng timestamp của NIC hoặc cơ chế phát có lịch (scheduled transmit) của NIC, tránh phụ thuộc vào timer của hệ điều hành.
  • Đồng bộ fronthaul là nền tảng: nếu DU và RU lệch thang thời gian thì cửa sổ thời gian không còn ý nghĩa.
  • Kiểm thử tương thích: O-RAN tổ chức các OTIC (Open Testing and Integration Centre) và plugfest để kiểm thử O-RU và O-DU của các hãng khác nhau. Khác biệt nhỏ về cách hiểu spec (compression, thứ tự section, timing) là nguồn lỗi tích hợp thường gặp.

Đọc thêm