ORAN专题系列-24：5G nFAPI接口 - 中文规范-1- 概述总体框架

Posted 2021-06-22 文火冰糖的硅基工坊

目录

前言：

范围:

第1章 简介

第2章 nFAPI接口详解（待续）

2.1 nFAPI接口的主要流程

2.1.1 PNF的主要流程（M面）

2.1.2 P5接口的主要流程（C面）

2.1.3 P7接口的主要流程（U面）

2.2 5G nFAPI接口与4G FAPI的共存

2.3 nFAPI接口传输层协议栈

第3章 P5接口的消息格式（C面）（待续）

3.1 nFAPI接口的专有P5消息

3.2 nFAPI接口的透传P5消息

第4章 P7接口的消息格式（U面）（待续）

4.1 nFAPI接口的专有P7消息

4.2 nFAPI接口的透传P7消息

附录

Appendix A: Timing and Synchronization关于定时与时钟同步

Appendix B: Signalling Example信令交互案例

Appendix C: Front End Unit Interactions

参考文献：

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前言：

小基站联盟正在开发技术和商业使能技术，加速小基站的推广和应用，以支持企业和社区的数字化转型。小蜂窝的广泛推广、应用将使工业、企业和城乡社区能够获得和负担得起高质量的移动连接。反过来，这将为不断扩大的服务提供商生态系统带来新的商机。这些服务提供商是小基站联盟工作计划的核心。

因而，小基站联盟积极推动了小基站关键技术要素的标准化，包括Iuh、FAPI、nFAPI、SON, Service API、TR-069的演进和X2接口的增强。这些规范能够为所有利益相关者提供了一个开放的多供应商平台，降低他们参与小基站生态的技术壁垒。

小基站联盟的成员正在为小基站推动如下的解决方案：

• 5G网元、产品、网络架构
• 分布式的小基站
• 网络规划、网络管理和自动化
• 5G监管与安全
• 中立主机和多运营商
• 私有和公共网络共存
• 使用小基站进行边缘计算
• 端到端的编排

 

范围:

目前5G nFAPI接口还仅仅是一项倡议，它是5G网络功能应用平台的接口，它为5G明确了5G MAC层和5G PHY层之间的功能划分，为5G MAC层功能的虚拟化提供了条件。

MAC层功能虚拟化的应用平台接口从4G nFAPI就开始了，本文仅仅定义5G MAC层功能虚拟化定义等效的应用平台接口5G nFAPI。在5G RAN系统架构中，5G nFAPI接口为选项6的接口。

5G nFAPI接口为多个非聚合的网络设备供应商提供了一种互操作性和创新的机会，不同的商家的设备可以实现互联互通。从而，该规范有助于建立一个由不同的5G小基站硬件提供商、5G软件提供商和5G设备供应商组成的具有创新的、竞争的生态系统。

该规范是5G FAPI套件的一部分，5G FAPI套件由如下组成：

• ‘5G FAPI: PHY API’ - PHY mode control (P5) interface and main data path (P7) [SCF222],  该规格定义了当物理层与MAC位于同一个物理实体中时，他们之间的接口规范。
• ‘5G FAPI: RF and Digital Front End Control API’ – (P19) for Frontend Unit control [SCF223]
• ‘Network Monitor Mode API’ - (P4) for 2G/3G/4G/5G [SCF224]
• ‘5G nFAPI Specification’ [SCF225] (this document), 该规格定义了当物理层与MAC位于不同物理实体中时，他们之间的接口规范。

5G nFAPI Specification只描述了与5G FAPI接口的差别部分，相同内容的部分，需要参考FAPI接口规范，以避免重复、内容的不一致等。

• P4：M面网络监控
• P5：C面物理层的控制
• P7：U面物理层数据传输
• P19：M面RF配置

 

第1章 简介

本文描述的是5G NR的物理层与MAC层的接口：nFAPI,  n代表5G.

nFAPI位于L2/L3软件与L1软件之间，如下图所示：

L2&L3软件功能VNF与L1软件功能VNF可以部署在同一个物理设备中，也可以部署在不同的设备中，如L2&L3软件功能部署在O-DU中，而L1软件功能部署在O-RU中，如下图所示：

在上图中，当PHY与MAC层位于不同的物理实体中时，如MAC层位于DU中，PHY位于RU中，则DU和RU都需要支持nFAPI接口，本文重点描述P5和P7接口。

 

需要注意的是：

4G FAPI假定L1软件功能与L2&L3的软件功能部署在相同的物理设备中，为了提高性能，他们之间的数据交换是通过共享内存来实现的。

5G nFAPI不做上述的假设，实际上，5G nFAPI假定L1软件功能与L2&L3的软件功能部署在不同物理设备中，他们之间通过基于包交换的IP网络进行通信，L2&L3充当虚拟网络功能VNF, L1软件功能充当物理网络功能PNF。因此，他们之间是通过基于IP的消息进行通信的。

这种功能分割的方法，在5G规范中，称为选项6，通过nFAPI接口，不同厂家的设备可以实现互联互通。

在实际部署是，有两种形式：

• S-CU：中心单元CU, 实现SDAP, PDCP, RRC等协议。
• S-DU：分布式单元DU, 实现RLC, MAC层等协议
• S-RU：射频单元RU, 实现PHY, RF层协议

 

在本文中，RU非虚拟化设备, 又称为物理网络功能PNF，每一个RU支持单一的载波, 而S-CU和S-DU为虚拟化设备，又称为VNF。

 

第2章 nFAPI接口详解（待续）

2.1 nFAPI接口的主要流程

2.1.1 PNF的主要流程（M面）

2.1.2 P5接口的主要流程（C面）

2.1.3 P7接口的主要流程（U面）

2.2 5G nFAPI接口与4G FAPI的共存

2.3 nFAPI接口传输层协议栈

 

第3章 P5接口的消息格式（C面）（待续）

3.1 nFAPI接口的专有P5消息

3.2 nFAPI接口的透传P5消息

 

第4章 P7接口的消息格式（U面）（待续）

4.1 nFAPI接口的专有P7消息

4.2 nFAPI接口的透传P7消息

 

附录

Appendix A: Timing and Synchronization关于定时与时钟同步

对于5G NR操作，小基站需要频率、相位和时间同步。

根据服务的不同，这些要求可能会有很大的不同。大致有三种方式提供精确的时钟：

• GNSS (e.g. GPS)
• IEEE1588 (V2 (2008) / V2.1 (2019) Precision Time Protocol (PTP)
• High accuracy internal oscillator：高稳态的本地晶振。

关于频率同步与相位同步：

5G NR的 FDD部署，只需要提供频率同步

5G NR的 TDD部署，需要同时提供频率同步和相位同步

（1）如果一个小基站部署在室外：

• 分布式方案GPS方案：DU和RU都使用本地GNSS作为时钟源。
• 分布式方案PTP方案：PTP Grandmaster功能部署在DU一侧，PTP client部署在RU。
• 高度集成方案：DU的1PPS信号直接发送到本地RU。

 

（2）如果一个小基站部署在室内：

对于室内小区部署，一个可能的解决方案是使用具有边界时钟Boundary Clock的聚合路由器，该时钟可以充当集群中小区的公共时钟。聚合路由器从PRC获得时钟，并为所管辖内的基站提供时钟。

不同场景下对时钟同步精度的要求如下图所示：

从上图可以看出：

• MIMO对时钟同步提出了更高的要求。
• 连续载波聚合对时钟同步提出了更高的要求。
• FR2频段的时钟同步的要求比FR1频段的时钟同步的要求要高。
• 常规的非载波聚合小区，时钟同步的精度要求为+/-1500ns.

 

Appendix B: Signalling Example信令交互案例

 

Appendix C: Front End Unit Interactions

为了能够支持对于与RF射频前端和数字前端相关的控制、自动发现和测量，5G FAPI规范引入了专用于控制和配置的P19接口。P19定义射频前端的子组件：

• 数字前端（DFE）模块：由多个数字窄带（NB）和宽带（WB）Rx和Tx链组成。
• RF模块：DAC以及高频射频调制与解调模块（混频）
• 模拟波束形成（ABF）模块：负责模拟波束形成。通过调整模拟已调信号的增益和相位形成波束。

本文档，只描述了P5和P7接口，P19接口在以后的版本中支持。

 

参考文献：

[1] SCF 106, “Virtualization for small cells: Overview”, Small Cell Forum, June 2016,

version 106.07.01

[2] SCF 159, “Small cell virtualization functional splits and use cases”, Small Cell

Forum, January 2016, version 159.07.02

[3] SCF 082, “nFAPI and FAPI specifications”, Small Cell Forum, May 2015, version

082.09.05

[4] SCF 222. “5G FAPI: PHY API”, Small Cell Forum, March 2020, version 222.10.02

[5] 3GPP TR 38.816, “Study on Central Unit (CU) - Distributed Unit (DU) lower layer

split for NR”, January 2018, version 15.0.0

[6] SCF 223. “5G FAPI: RF and Digital Frontend Control API”, Small Cell Forum, March

2020, version 223.10.01

[7] SCF 224, “5G FAPI: Network Monitor Mode API”, Small Cell Forum, March 2020,

version 224.10.01

[8] 3GPP TS 38.104, “NR Base-station (BS) Radio Transmission and Reception”, July

2020, version 16.4.0

[9] IETF RFC 4960, “Stream Control Transmission Protocol”, September 2007

[10] 3GPP TS 38.455, “NG-RAN; NR Positioning Protocol A (NRPPa)”, July 2020,

version 16.0.0

[11] IEEE 802-2001, “IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks:

Overview and Architecture”, March 2001