开放式无线接入网络（ORAN）技术的市场规模及其在实施5G服务中的作用呈现出快速增长的潜力。各大移动网络运营商（MNO）都在寻求更低的成本、更高的灵活性以及避免供应商锁定的能力。这些优势可通过采用多家供应商的可互操作技术来实现。运营商也可以从实时性能中受益。
ORAN代表着无线接入网络（RAN）演进的进展，RAN始于1979年1G的推出。2G于1991年推出，3G于2001年推出。4G长期演进（LTE）服务于2009年首次面世，并引入了分组交换。在其部署过程中，开始使用多输入多输出（MIMO）
天线阵列，运行在供应商专有软件之上的集中式（或云）cRAN使得基带单元（BBU）能够划分为分布式单元（DU）与集中式单元（CU），两者之间为中传。
5G新无线电（NR）于2018年推出，并引入了虚拟化RAN（vRAN）作为实施的一种手段，BBU（或CU和DU）功能在运行于
服务器上的软件中实现。例如，负载平衡、资源管理、路由器和防火墙现在都可以在网络功能虚拟化（NFV）下运行。但是，无线电单元（RU）、CU和DU的软件是专有的。ORAN旨在通过让运营商访问基于开源软件的vRAN来植入5G1，从而消除障碍。
图1说明了O-RAN联盟（由超过300家移动运营商、供应商、研究机构和学术机构组成的社区）的目标，即拥有开放的RU、CU和DU（每个首字母缩写前都带有O-）并通过公共无线电
接口（CPRI）进行前传。
图1：在O-RAN下，我们可以有效地在商用服务器硬件上运行模块化基站软件协议栈。MNO可以搭配混用来自不同供应商的O-RU、O-DU和O-CU
5G支持的实时传输速度可达20 Gbps，而4G在静态点之间的传输速度为1 Gbps，在一个或两个移动点之间的传输速度仅为100 Mbps。此外，5G的延迟降低到只有1 ms。
ORAN的另一个关键组成部分是RAN智能控制器（RIC），它既可以是近实时的也可以是非实时的，两种选项都负责控制和优化ORAN元素。图2显示了O-RAN软件社区（SC），它遵循由O-RAN联盟定义的架构。
图2：O-RAN SC架构及其近实时RAN智能控制器
同步
ORAN实现的主要挑战之一是确保各种ORAN元素之间保持同步，尤其是因为需要严格提高同步性能，即要求授时精度达到仅±130 ns。
RU交换机与DU保持同步对于ORAN有效运行至关重要。同步可以避免数据包丢失，地减少网络中断，并有助于保持尽可能低的功耗。此外，同步还可帮助MNO履行其频率许可所有权责任。
5G与前几代的另一个关键区别在于从频分双工（FDD）切换到时分双工（TDD）——这样可以同时使用两个接近的频率分别进行上行传输和下行传输。TDD在同一频率上使用不同的时隙传输上行信号和下行信号，从而更好地利用RAN RF频谱提供增强的移动宽带（eMBB），例如可以根据需要调整上行时间与下行时间的比例。
此外，TDD还提高了与MIMO波束赋形和C波段频谱（3.7 GHz至3.98 GHz）的兼容性，运营商将使用这些频谱在大大小小的市政区域部署5G。为了避免发生小区内干扰和小区间干扰，上行传输与下行传输之间有一段保护周期。即便如此，为了保证运行效率（降低错误率）和补偿任何频率或相位偏移2，仍然需要紧密同步。
授时
所有新无线电部署都必须将相位对齐精度保持在基于导航卫星系统（GNSS）协调世界时（UTC）的授时源的±1.5 ms以内3。在创建端到端实时连接时，还必须遵循多项行业标准以及行业机构提供的建议。
为了在整个网络中进行高精度时间分配，O-RAN联盟的O-RAN架构中需要采用由IEEE 1588-2019规定的时间协议（PTP）。该协议中有一个时钟（或PTP主时钟），网络中的其他PTP时钟使用PTP消息与之同步。同步在路径延时等问题中起作用，上述标准中规定了时间边界时钟（T-BC）和时间透明时钟（T-TSC）功能来抵消上下行之间的不对称问题以及数据包延时变化（PDV）。
此外，ITU-T（国际电信联盟的其中一个部门）也针对TDD提供了建议。例如，ITU-T G.8272/Y.1367规定了适用于分组网络中的时间、相位和频率同步的主参考时间时钟（pRTC）的要求，ITU-T G.8273.2推荐了用于网络全授时支持（FTS）的电信边界时钟和电信时间辅助时钟的授时特性。
在整个网络中，各时钟之间采用链式结构，时间信号由边界时钟清理以滤除噪声。但是，设备将需要满足由ITU-T G.8273.24定义的四个性能类别之一，范围从A类到D类。其中，C类和D类对精度的要求。例如，D类T-BC时钟产生的时间误差必须小于5 ns5。除了GNSS/UTC和PTP之外，5G部署还使用同步以太网（SyncE）。这三者相结合，可以通过网络保证时间、相位和频率的精度。
ORAN需要现成的平台
ORAN为MNO提供了访问非专有解决方案的途径。在硬件方面，可以使用商用半导体器件和平台来满足网络中的端到端授时要求。
例如，符合IEEE 1588的时钟搭配PTP和SyncE功能，可以满足PRTC A类、B类和增强型PRTC（ePRTC）规范，以及多域边界时钟的C类和D类规范。这种多功能性是MNO实现同步授时解决方案的关键特性。
在DU、CU和RU设备中，可以部署
振荡器、可编程锁相环（PLL）IC、
缓冲器和抖动衰减器等网络同步硬件。此外，现在已经有专用的单芯片网络同步解决方案。在这方面，Microchip是将自研ZL3073x/63x/64x平台（图3）推向市场的公司。这项技术将DPLL、低输出抖动合成器、IEEE 1588-2008精密时间协议栈和同步算法软件模块结合在一起。
图3：Microchip的ZL3073x/63x/64x单芯片网络同步平台
5G ORAN中关于授时的另一个关键考虑因素是对温度的稳定性。温度补偿型振荡器、PLL和芯片级原子钟（CSAC）已在军事和工业应用等恶劣环境中完成部署并得到验证，适用于RU、CU和DU硬件。
总而言之，在5G中采用TDD带来了巨大的好处，但在同步方面会面临诸多挑战。值得庆幸的是，在ORAN下，MNO及其系统提供商可以借助半导体和相关平台来构建端到端RAN，避免受到专有解决方案的束缚。
