Dans cet article, nous allons nous intéresser à la spécification O-RAN et plus particulièrement à la partie de découpage de la couche basse LLS (Low Layer Split) c’est-à-dire à la séparation des fonctions entre l’unité radio RU et l’unité distribuée DU. Il existe plusieurs options numérotées de 1 à 8 décrivant un découpage entre les fonctionnalités intégrées à l’unité RU (Radio Unit), DU (Distributed Unit) et CU (Central Unit) faisant ainsi apparaitre de nouvelles interfaces (fronthaul/midhaul/backhaul).
Figure 1 : Le découpage radioélectrique et les interfaces
L’option 7.2 propose un découpage de la couche physique basse (LLS ) au niveau du RU et la couche physique haute au niveau du DU. Elle est souvent associée à l’option 2 pour le CU.
Figure 2 : L’architecture protocolaire de la station de base et l découpage des fonctions radio
Le découpage a un impact sur les performances de transmission :
Figure 3 : Le découpage et la qualité de service
L’interface entre l’unité RU et DU est nommée fronthaul et les données utilisateurs ainsi que la manière dont les données seront émises (mode de transmission) sont transportées par un bus série eCPRI. Pour pouvoir gérer les données, le fronthaul transporte également une couche de gestion et une synchronisation.
Figure 4 : L’interface Open-Fronthaul [1]
La transmission des données du plan de contrôle et le plan utilisateur entre l’unité O-RU et l’unité O-DU est gérée au niveau de la couche 2 avec un service l2VPN VPWS ou eVPN VPWS, les données du plan de gestion sont transportées par le protocole IPv4 ou IPv6.
Figure 5 : Le transport des plans de données et de gestion entre le DU et le RU
L’unité radio converti le signal numérique en signal radio et inversement. Les fonctionnalités dédiées à l’O-RU pour le découpage O-RAN version 7.2 :
- Synchronisation (GPS/IEEE 1588) et transport Fronthaul (eCPRI)
- Gestion de la couche physique basse (FPGA ou ASIC)
- Front end (radio et numérique) : Convertisseur et pre-distorsion, amplificateurs
Figure 6 : l’architecture physique de l’O-RU [2]
Pour résumer, voici les principaux avantages et inconvénient du découpage des fonctions :
Figure 7 : Les avantages et inconvénients du découpage (source CISCO)
Le découpage 7.2 présente quatre avantages :
- Le transfert des données du plan utilisateur correspond à des éléments de ressources ce qui permet de gérer la correspondance des données (RE Mapping) au niveau du DU et limite le nombre de message de contrôle vers le RU ;
- L’adaptation de la bande de transport des données est basée sur le nombre de flux (stream) et non sur le nombre d’antennes :
- La gestion des faisceaux peut être numérique/analogique ou hybride.
- La simplification de la gestion de l’interférence intercellule ICIC et de la coordination multipoint (COMP) qui est gérée au niveau de l’unité DU
De plus, concernant le découpage 7.2, deux modes distincts de fonctionnement ont été définis selon que la précodage est situé au niveau de l’O-RU ou de l’O-DU
- O-RU catégorie A
Le précodage est réalisé au niveau du DU. L’interface fronthaul transporte des flux séparés spatialement (stream). Cela peut nécessiter une charge plus élevée par rapport au transport d’une couche. Le Beamforming Numérique et analogique sont optionnels
- O-RU catégorie B
Le précodage est réalisé au niveau du RU. L’interface fronthaul transport une couche réduisant ainsi la charge de la payload par rapport à la cat A mais le codeur est plus complexe. Le Beamforming Numérique et analogique sont optionnels
Pour comprendre la différence entre les deux catégories, il est intéressant de reprendre le schéma d’une chaîne de transmission MIMO :
Figure 7 : le synoptique d’une chaîne de transmission MIMO
Une couche est définie comme un chemin d’entrée de codage et de modulation vers le codeur MIMO. Un flux est défini comme la sortie de l’encodeur MIMO qui est ensuite traitée via la formation de faisceau ou le bloc de précodeur.
Figure 8 : Les deux catégories A/B du découpage radio fonctionnelle 7.2 [3]
La catégorie A permet de simplifier la conception de la partie radio (figure 8), laquelle n’a pas à gérer la matrice de précodage sur les flux.
L’exemple suivant (figure 4) présente la cas du MIMO. 
Figure 9: Découpage fonctionnel 7.2
A travers le plan de contrôle C-plane, l’unité O-DU informe l’unité O-RU du traitement à accomplir en transmettant le précodage a effectuer.
Figure 10 : La gestion du BeamForming selon la matrice de précodage calculée au niveau de l’unité O-DU[3]
A partir de la solution XILINX [2], nous allons voir le découpage fonctionnel de l’unité O-RU cat B connectée à une antenne massive MIMO 64T64R.
L’unité O-RU est composée de 5 sous unités :
- Une sous unité d’interface ISU (Interface SubUnit)
- Quatre sous unité radio RSU (Radio SubUnit)
L’unité ISU reçoit des trames eCPRI via l’interface ethernet, et récupère la payload, c’est-à-dire les symboles I/Q. Les symboles sont multipliés par la matrice de précodage H18×64 permettant de générer 64 flux qui seront répartis sur les 4 sous unités radio RSU.
Chaque RSU traite en parallèle les 16 flux en réalisant l’IFFT sur le signal I/Q et en ajoutant le préfixe cyclique, puis une calibration, et un premier convertisseur en fréquence (DUC : Digital Up Converter) et une pré-distorsion (PDP) et/ou une réduction du facteur crête (CPR Crest Factor Reduction) est effectuée avant amplification.
Figure 11 : Le synoptique et l’implémentation Xilinx du O-RU
La partie antennaire est composée de brin rayonnants avec deux polarités, chaque RSU gère un panneau antennaire. L’antenne est constituée de 4 panneaux.
Sur la figure 12, il y a 128 éléments d’antennes pour 64 émetteurs/récepteurs (transceiver 64T64R) en connectant deux éléments d’antennes de même polarité au même port d’antenne.
Figure 12 : Antenne Massive MIMO avec 128 éléments rayonnants
[1] https://www.youtube.com/watch?v=KAW4LHK31Ek
[2] https://www.techplayon.com/o-ran-open-radio-unit-o-ru-reference-architecture/
[3] https://online-events.keysight.com/keysight-technologies7/Massive-MIMO-O-RAN-Radio-Units-O-RU-Design-and-Conformance-Test-Challenges?show_live_page=true&add_to_calendar=true&bmid=4f5ae43d7e8c