怎么使用MATLAB进行O-RAN小基站建模和仿真？
开放式无线接入网（open radio access network，简称 o-ran）是一种无线接入网 (ran)。它允许不同供应商开发的蜂窝网络设备之间进行互操作。o-ran 旨在将传统的以单片硬件为中心的 ran 设计转变为使用独立构建块（具有开放的标准化接口）的设计。
这样，无线网络设备提供商便可专注于提供特定的软件组件，而不是构建整个 ran。这种组件化使无线服务提供商能够混搭从多家供应商处采购的组件，灵活构建有竞争力的小基站网络。您可以使用 matlab 和 5g toolbox 为 o-ran 一致性测试生成前传控制与用户 (cu) 面消息。
图 1.matlab 和 5g toolbox 如何帮助您为 o-ran 设计的测试生成 cu 面消息。
o-ran 架构
图 2.传统无线接入网 (ran) 架构与开放式无线接入网 (o-ran) 架构之比较。
在图 2 中，左图说明了传统 ran 如何使用单一供应商提供的基带单元 (bbu) 和无线电单元 (ru) 等模块。为了更灵活地设计无线接入网，o-ran 联盟制定了 o-ran 协议，允许将基带单元和无线电单元分割为三个不同的模块及其协议层，每个层均可由不同的供应商提供：
o-ru（o-ran 无线电单元），负责处理射频和物理层下部 (low-phy)
o-du（o-ran 分布式单元），负责执行物理层上部 (high-phy)、介质访问控制 (mac) 和无线电链路控制 (rlc) 的任务
o-cu（o-ran 中央单元），负责管理分组数据聚合协议 (pdcp)、服务数据适配协议 (sdap) 和无线电资源控制 (rrc) 协议实体
在 o-ran 环境中，o-cu 和核心网之间的接口称为回传，o-du 和 o-cu 之间的接口称为中传，而 o-du 和 o-ru 之间的接口称为前传。您可以使用 matlab 和 5g toolbox 开发算法，以为前传和其他 o-ran 接口生成数据，如图 2 所示。此外，还可以使用 matlab、simulink 和 wireless hdl toolbox 来降低实现的复杂性，然后通过基于模型的设计在 fpga 上集成、测试和验证 o-du 和 o-ru 系统。
图 3.o-ran 协议组件（o-ru、o-du 和 o-cu）及其协议实体。
o-ran 联盟选择了位于物理层下部 (low-phy) 和物理层上部 (high-phy) 之间的拆分选项 7.2x。o-du 和 o-ru 之间的开放前传接口在 7.2x 拆分处定义。
o-ran 前传信号处理
例如，在下行链路 (dl) 处理中，操作序列可以细分为 7.2x 拆分之前的操作和之后的操作。在 7.2x 拆分的一边，功能上移到 o-du 中的资源元素映射，如下所示：
用户位从介质访问控制 (mac) 层接收。
这些位按照传输信道进行组织，执行 5g nr 高层信号处理操作，包括数据编码、加扰、调制、层映射、预编码和资源元素映射。
得到的 iq 样本生成 5g nr 资源网格。
在 7.2x 拆分的另一边，以下功能出现在 o-ru 中：
预编码和数字波束成形
循环前缀正交频分复用 (cp-ofdm) 信号生成，其中包括快速傅里叶逆变换 (ifft)，紧接着是循环前缀插入
数模转换和模拟波束成形
在指定的天线端口上以指定的射频频率进行空口模拟信号传输
开放前传接口
图 4.o-ran 协议层次结构和 5g nr 功能拆分选项。
为了能够在开放前传的两次 7.2x 拆分之间发送信息，必须按照以下说明进行操作：在 o-du 端，首先压缩 high-phy 信息，然后将其封装在增强型通用公共无线电接口 (ecpri) 数据包中，最后再将其嵌入到以太网帧中进行传输。在 o-ru 端，采集收到的以太网帧，提取 ecpri 数据包，解压缩数据包中的数据，然后执行 low-phy 操作。这些步骤如图 5 所示。
之所以需要压缩，是因为开放前传的容量有限。o-ran 联盟建议采用不同的压缩和解压缩方法来减小传输带宽。
图 5.下行链路开放前传中的信号流和信号处理步骤。
使用 matlab 进行 o-ran 建模和仿真
使用 matlab 和 5g toolbox，可以为 o-ran 压缩一致性测试（点击”阅读原文“获取代码示例）生成前传控制与用户 (cu) 面消息。5g toolbox 还可用于生成和解码这些数据包。所有属于 high-phy 和 low-phy 的物理层函数均可从该工具箱中获得。 通过在 5g toolbox 中进行开放前传建模和仿真，您可以：
应用 high-phy 操作，然后提取 7.2x 拆分中的 iq 数据，即来自资源网格的数据。
使用其中一种可用的压缩方法压缩数据。支持的压缩方法包括块浮点 (bfp)、块缩放和 μ 律，其定义分别见 ts o-ran.wg4.cus 附件 a.1.1、a.2.1 和 a.3.1。
按照 ts o-ran.wg4.cus 中的定义，构建 o-ran 前传 cu 面消息，然后将消息写入 pcap 文件。这些前传消息将从 o-ran 分布式单元 (o-du) 发送到 o-ran 无线电单元 (o-ru)。
解码 o-ran 无线电单元 (o-ru) 中的 cu 面消息。
恢复资源网格，解压缩数据，然后继续执行 low-phy 操作。
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o-ran 架构
图 2.传统无线接入网 (ran) 架构与开放式无线接入网 (o-ran) 架构之比较。
在图 2 中，左图说明了传统 ran 如何使用单一供应商提供的基带单元 (bbu) 和无线电单元 (ru) 等模块。为了更灵活地设计无线接入网，o-ran 联盟制定了 o-ran 协议，允许将基带单元和无线电单元分割为三个不同的模块及其协议层，每个层均可由不同的供应商提供：
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o-du（o-ran 分布式单元），负责执行物理层上部 (high-phy)、介质访问控制 (mac) 和无线电链路控制 (rlc) 的任务
o-cu（o-ran 中央单元），负责管理分组数据聚合协议 (pdcp)、服务数据适配协议 (sdap) 和无线电资源控制 (rrc) 协议实体
在 o-ran 环境中，o-cu 和核心网之间的接口称为回传，o-du 和 o-cu 之间的接口称为中传，而 o-du 和 o-ru 之间的接口称为前传。您可以使用 matlab 和 5g toolbox 开发算法，以为前传和其他 o-ran 接口生成数据，如图 2 所示。此外，还可以使用 matlab、simulink 和 wireless hdl toolbox 来降低实现的复杂性，然后通过基于模型的设计在 fpga 上集成、测试和验证 o-du 和 o-ru 系统。
图 3.o-ran 协议组件（o-ru、o-du 和 o-cu）及其协议实体。
o-ran 联盟选择了位于物理层下部 (low-phy) 和物理层上部 (high-phy) 之间的拆分选项 7.2x。o-du 和 o-ru 之间的开放前传接口在 7.2x 拆分处定义。
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用户位从介质访问控制 (mac) 层接收。
这些位按照传输信道进行组织，执行 5g nr 高层信号处理操作，包括数据编码、加扰、调制、层映射、预编码和资源元素映射。
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