产品简介#

产品亮点#

  • 一个宽带、实时平台，用于替代现有的窄带、非实时系统

  • 一个用于 NG 无线演进的全功能平台

  • C/C++ 可编程，从物理层到核心网 (CN)

  • 在实时网络中快速进行网络入门和算法开发

  • 在无线 RAN 工作负载中加速 AI 实验

  • 一个使用 3GPP 模式进行无线通信的数据收集、存储和解析管道。

关键性能指标#

ARC-OTA 的配置和功能在以下章节中概述。

天线数量

4T4R

分量载波数量

1x 100MHz 载波

子载波间隔 (PDxCH; PUxCH, SSB)

30kHz

FFT 大小

4096

MIMO 层数

DL：4 层；UL：1 层

双工模式

Release 15 SA TDD

RRC 连接的 UE 数量

16

UE/TTI 数量

2

帧结构和时隙格式

DDDDDDSUUU

DDDSU

用户平面延迟（RRC 连接模式）

< 10 毫秒单向，适用于 DL 和 UL

同步和定时

IEEE 1588v2 PTP；SyncE；LLS-C3

频带

n78

最大发射功率

22dBM 在 RF 连接器处

峰值吞吐量

SMC-GH

DL：~1.03Gbps；UL：~125Mbps

Dell R750 / Gigabyte

DL：~800Mbps；UL：~110Mbps

双向 UDP 流量

> 10+ 小时运行（SMC-GH）

> 4.0 小时运行（Dell R750 + A100X）

> 4.0 小时运行（Gigabyte + A100 + CX6-DX）

注意

OTA 测试是在以下配置下进行的：Samsung S22 + Gigabyte + DDDDDDSUUU。

提示

要了解 KPI 相较于上个版本的变化，请参阅发行说明。

产品特性#

特性

描述

全栈软件

一个符合 3GPP Release 15 标准和 O-RAN 7.2 分割的 5G SA 4T4R 无线协议栈，包含从无线接入网到 5G 核心网的所有网络元素。Aerial CUDA 加速 RAN 物理层与开放空域联盟 (OAI) (https://openairinterface.org/) 分布式单元 (DU)、集中式单元 (CU) 或 5G NR gNB 和 5G 核心网节点 (CN) 网络元素集成。

无线网络硬件组件

NVIDIA 认证使用的 COTS 硬件物料清单可在OTA 认证的硬件 BOM 清单中找到

源代码访问

完全访问 C/C++ 源代码，从物理层到 5GC，以快速启动自定义和下一代算法研究。请查看许可部分了解更多详情。

开发者扩展和插件

为了加速创新，欢迎开发者扩展和贡献。例如，来自Sterling 的Kubernetes 服务管理可选开发者扩展提供了两项功能：Kubernetes 服务编排和服务监控。

AI 框架

集成了 AI 框架和工具，以简化 AI/ML 开发者进行高级无线研究的旅程。例如，pyAerial 和 Aerial DataLakes 已与 ARC-OTA 集成。

5G NR gNB 特性#

组件

功能

gNB PHY

Aerial CUDA 加速 RAN 物理层 (cuPHY) 遵循 3GPP Release 15 标准规范，以提供以下功能。PHY 功能包括以下内容：

  • 传输信道上的错误检测以及向高层的指示

  • 传输信道的 FEC 编码/解码

  • 混合 ARQ 软合并

  • 编码传输信道到物理信道的速率匹配

  • 编码传输信道到物理信道的映射

  • 物理信道的功率加权

  • 物理信道的调制和解调，包括

  • 频率和时间同步

  • 无线电特性测量和向高层的指示

  • 多输入多输出 (MIMO) 天线处理

  • 发射分集（TX 分集）

  • 数字和模拟波束成形

  • 射频处理

定义物理层合规性的 3GPP 标准规范为

  • TS 38.211 (38.211 v15.8.0) 数值、物理资源、调制、序列、信号生成

  • TS 38.212 (38.212 v15.8.0) 复用和信道编码

  • TS 38.213 (38.213v15.8.0) 控制的物理层程序

  • TS 38.214 (38.214v15.8.0) 数据的物理层程序

  • TS 38.215 (38.215v15.8.0) 物理层测量

  • TS 38.104（基站无线电 Tx 和 Rx）基站 (BS) 无线电发射和接收

Aerial CUDA 加速 RAN 符合 ORAN FH CUS 规范版本 3（版本 4 用于功率缩放）

Aerial CUDA 加速 RAN 符合行业采用的基于小型基站论坛的物理层和链路层 (SCF FAPI) 北向接口。

gNB MAC

  • 使用 NR FAPI P5 接口的 MAC -> PHY 配置

  • 使用 FAPI P7 接口的 MAC <-> PHY 数据接口，用于 BCH PDU、DCI PDU、PDSCH PDU

  • SIB1 的调度程序

  • RA 的调度程序

    • 无竞争 RA 程序

    • 基于竞争的 RA 程序

      • Msg3 可以传输上行 CCCH、DTCH 或 DCCH 消息

      • CBRA 可以使用 MAC CE 或 C-RNTI 执行

  • CSI-RS 的调度程序

  • MAC 下行链路调度器

    • phy-test 调度器（固定分配，也可在没有 UE 的情况下使用）

    • 具有动态分配的常规调度器

    • 来自 HARQ BLER 的 MCS 自适应

  • MAC 报头生成（包括定时提前）

  • ACK / NACK 处理和下行链路的 HARQ 程序

  • MAC 上行链路调度器

    • phy-test 调度器（固定分配）

    • 具有动态分配的常规调度器

    • 上行链路的 HARQ 程序

  • SRS 接收的调度程序

    • 周期性 SRS 接收

    • 高达 2x2 场景的信道秩计算

    • 基于 SRS 上行链路 4 天线端口和 2 层的 TPMI 计算

  • 处理 CSI 测量报告的 MAC 程序

    • RSRP 报告的评估

    • CQI 报告的评估

  • SR 接收的 MAC 调度

  • 带宽部分 (BWP) 操作

    • 处理多个专用 BWP

    • 通过 RRCReconfiguration 方法进行 BWP 切换

gNB RLC

  • 分段和重组程序

  • RLC 确认模式，支持 PDU 重传

  • RLC 非确认模式

  • DRB 和 SRB 的建立/处理以及与 RLC 实体的关联

  • 定时器实现

  • 与 PDCP、MAC 的接口

  • 与 gtp-u 的接口（在 DU 处通过 F1-U 进行数据 Tx/Rx）

  • 根据 38.322 Rel.16 进行发送/接收操作

gNB PDCP

  • 完整性保护和加密程序

  • 序列号管理、SDU 丢弃和按序交付

  • 无线承载建立/处理以及与 PDCP 实体的关联

  • 与 RRC、RLC 的接口

  • 与 gtp-u 的接口（通过 N3 和 F1-U 接口进行数据 Tx/Rx）

  • 根据 38.323 Rel.16 进行发送/接收操作

gNB SDAP

  • SDAP 实体的建立/处理。

  • 用户平面数据传输

  • DL 和 UL 的 QoS 流和 DRB 之间的映射

  • 在 DL 和 UL 数据包中标记 QoS 流 ID

  • 用于 UL SDAP 数据 PDU 的反射 QoS 流到 DRB 映射

  • 根据 37.324 Rel.15 进行发送/接收操作

gNB X2AP

  • 集成 X2AP 消息和程序，用于根据 36.423 Rel. 15 通过 X2 接口与 eNB 进行交换

gNB NGAP

  • 集成 NGAP 消息和程序，用于根据 38.413 Rel. 15 通过 N2 接口与 AMF 进行交换

    • NGAP 设置请求/响应

    • NGAP 初始 UE 消息

    • NGAP 初始上下文设置请求/响应

    • NGAP 下行链路/上行链路 NAS 传输

    • NGAP UE 上下文释放请求/完成

    • NGAP UE 无线电能力信息指示

    • NGAP PDU 会话资源设置请求/响应

  • 与 RRC 的接口

gNB F1AP

  • 集成 F1AP 消息和程序，用于根据 38.473 Rel. 16 在 CU 和 DU 实体之间进行控制平面交换

    • F1 设置请求/响应

    • F1 DL/UL RRC 消息传输

    • F1 初始 UL RRC 消息传输

    • F1 UE 上下文设置请求/响应

    • F1 gNB CU 配置更新

  • 与 RRC 的接口

  • 与 gtp-u 的接口（用于 F1-U 接口的隧道创建/处理）

gNB GTP-U

  • 新的 gtp-u 实现，支持根据 29.281 Rel.15 的 N3 和 F1-U 接口

    • 与 RRC、F1AP 的接口，用于隧道创建

    • 分别与 PDCP 和 RLC 的接口，用于在 CU 和 DU 处进行数据发送/接收（F1-U 接口）

    • 与 SDAP 的接口，用于数据发送/接收、捕获 GTP-U 可选报头、GTP-U 扩展报头和 PDU 会话容器。

5G 核心网特性#

AMF

特性

NGAP AMF 状态指示 (3GPP TS 38.413)

添加 UE 保留信息支持 (3GPP TS 38.413)

支持使用 LMF 和 AMF 的位置服务 (3GPP TS 29.518, 3GPP TS 38.413, 3GPP TS 23.502)

使用 Rel 16.14.0 IEs 更新 NAS：重构用于编码/解码功能的代码；清理 NAS 库 (3GPP TS 24.501)

修复

修复 N1N2MessageSubscribe 的拼写错误 (3GPP TS 29.518)

修复从 SMF 接收 PDU 会话拒绝时的问题 (3GPP TS 29.518, 3GPP TS 23.502)

技术债务

重新格式化 SCTP 代码

重构 promise 处理

移除对 libconfig++ 的依赖关系（只能读取 YAML 文件作为配置）

SMF

特性

如果可用，则在对 AMF 的消息响应中添加 N1/N2 信息 (3GPP TS 29.502)

修复

在 NRF 和 SMF 之间添加连接处理机制

技术债务

重构 SMF PFCP 关联以使用 UPF 配置文件

UDM

修复

在 NRF 和 UDM 之间添加连接处理机制

UDR

技术债务

已修复构建

在 NRF 和 UDR 之间添加连接处理机制

改进 MongoDB 支持

通用

用于所有 NF 的新 HTTP 客户端库 (CPR)

支持移动性注册更新程序 (3GPP TS 23.502)

5G 前传特性#

RU 类别

类别 A

FH 分割合规性

7.2x，DL 低物理层包括预编码、数字 BF、iFFT+CP，UL 低物理层包括 FFT-CP、数字 BF

FH 以太网链路

25Gbps x 1 通道

传输封装

以太网

传输报头

eCPRI

C 平面

符合 O-RAN-WG4.CUS.0-v02.00 7.2x 分割

U 平面

符合 O-RAN-WG4.CUS.0-v02.00 7.2x 分割

S 平面

符合 O-RAN-WG4.CUS.0-v02.00 7.2x 分割

M 平面

符合 O-RAN-WG4.CUS.0-v02.00 7.2x 分割

RU 波束成形类型

码本式

产品蓝图#

为了简化开发者入门，本节提供参考蓝图，其中包含用于创建经过测试的产品原型的主要成分：一个全栈创新沙箱，用于加速无线网络创新，并为实验和研究提供新的见解。分析和模拟研究的许多假设可能会改进基准测试，或证明在真实网络中无效。我们在创新实验室设计、设置、部署以及添加工具和框架方面的经验可供所有开发者使用。我们仔细考虑了硬件组件、软件配置和部署策略。我们也遇到了困难和陷阱，并希望确保其他人硬件组件和软件配置已经过严格的认证过程。实验室实验网络的每个开发者增量预计都将仅限于环境可变性、发射功率、衰减和有限的变量集。

当我们展望利用、扩展和创新时，以下是蓝图的关键指导属性

属性

描述

原型

用作参考实现

重用

对于避免必须“重新发明”框架、工具、平台非常重要

自动化

简化软件环境和配置的设置并最大限度地减少部署陷阱

统一性

访问参考中使用的完全相同的组合成分或配方

配置

自定义是最小的，并且在开发者想要更改行为时才需要

可用性

网络的服务健康监控是必要的

可扩展性

基于 O-RAN 模块化、灵活、开放的架构易于扩展

高性能 OTA 网络

开发创新原型并验证基准测试与预期纸面或模拟结果的对比

扩展和插件

供其他人用作构建模块的开发者蓝图

蓝图表#

蓝图

描述

可下载版本

ARC-OTA

作为研究沙箱的解耦移动网络

PDF

全栈可编程

高级无线开发者的启动平台 – 开发者创新和扩展的门户

PDF

多供应商集成

NVIDIA 认证的 COTS 多供应商硬件和软件蓝图

PDF

多供应商解耦

NVIDIA ARC-OTA 开发者插件多供应商互操作，具有模块化元素更改蓝图

PDF

本地数据中心部署

NVIDIA 认证的本地数据中心部署蓝图

PDF

K8 服务管理

NVIDIA 认证的服务管理蓝图

PDF

O-RAN 7.2 分割

NVIDIA GPU 内联加速高 PHY

PDF

CSI 数据集

NVIDIA ARC-OTA 多 UE 信道状态信息数据集蓝图

PDF

OpenRAN Gym

与 OSC RIC 集成的开发者扩展

PDF

ARC-OTA#

../../_images/blueprint_arc_ota.png

组件

特性

硬件栈

利用 COTS（商用现成品）供应商

软件栈

完全用 C/C++ 编程

网络使用 CUDA 加速 RAN 物理层和 OAI 软件。

可通过网络服务扩展

集成

鼓励开发者社区通过跨协议栈所有层的贡献来扩展协议栈。早期示例包括Sterling SkyWave 服务管理和O-RAN OSC RIC。

部署

NVIDIA SDK Manager 提供自动化功能，可轻松部署此 NVIDIA 认证的蓝图。

全栈创新#

../../_images/blueprint_full_stack_innovation.png

组件

特性

COTS 硬件

由计算、虚拟化、无线电设备、前传网络、精确授时、加速器组成的 COTS 基础设施。

虚拟化

来自 NVIDIA 和 Open Air Alliance 的虚拟化 RAN 工作负载

AI/ML 框架

用于 AI/ML 框架的数据湖 + pyAerial：RF / IQ 数据 + FAPI

标准

3GPP Release 15+ O-RAN 7.2 分割 P5G 本地实验室网络

开发者工具

用于开发者集成工作流的参考 OAI CI 利用

开发者扩展 – Sterling

用于 Sterling K8 服务编排网络功能的 NVIDIA NGC API

开发者扩展 – OpenRAN Gym

开发者可以使用东北大学 OpenRAN Gym 教程为无线接入网内部和之上部署 AI/ML 模型。

开发者工具 – 网络即服务

NVIDIA SDK Manager 开发环境设置自动化

注意

欢迎通过扩展和插件进行开发者贡献 - 为了社区利益并加速创新步伐！

多供应商集成#

../../_images/blueprint_multi-vendor_integration.png

利用 O-RAN 和 3GPP 规范和接口，实现朝向全栈构建块以及开发者扩展和插件的多供应商互操作。多供应商参考蓝图通过 O-DU 低层和 O-DU 高层之间的 SCF FAPI 接口进行扩展。

组织

特性

东北大学

利用 O-RAN OSC RIC 和模板 xApp 的 E2 接口插件

开放空域联盟

O-DU-High（链路层 2）、O-CU 和 5GC

NVIDIA

O-DU Low / Phy High

富士康

O-RU Phy Low

其他

手机（Apple iPhone 14、Samsung S23）、Viavi Qualsar Grandmaster、Dell FH 交换机、Supermicro 服务器。

多供应商解耦#

../../_images/blueprint_multi-vendor_disaggregation.png

利用 O-RAN 和 3GPP 规范和接口，实现朝向全栈构建块以及开发者扩展和插件的多供应商互操作。多供应商参考蓝图通过 O-DU 低层和 O-DU 高层之间的 SCF FAPI 接口进行扩展。

组织

特性

东北大学

具有 E2 接口插件的开发者扩展，利用 O-RAN OSC RIC 和模板 xApp

用于利用 https://open5gs.org/ 作为 5GC 而不是 NVIDIA 参考开放空域接口 5GC 的插件。这突出了在解耦 ORAN 架构中模块化、开放和可互操作组件的使用

开放空域联盟

O-DU-High（链路层 2）、O-CU 和 5GC

NVIDIA

O-DU Low / Phy High

富士康

O-RU Phy Low

其他

手机（Apple iPhone 14、Samsung S23）

Viavi Qualsar Grandmaster

Dell FH 交换机

Supermicro 服务器

本地数据中心部署#

../../_images/blueprint_on-prem_data_center_deployment.png

组件

特性

部署

私有数据中心可以由开发者和研究人员在其自己的设施中托管和维护。

可以利用第三方ISV 管理的开发者服务来采购、安装、配置和监控本地数据中心。

虚拟化

本地基础设施可用于运行私有云。

ARC-OTA 计算资源针对 gNB 和 5GC 进行了虚拟化。

K8 服务管理#

../../_images/blueprint_k8_service_mgmt.png

ARC-OTA 提供 Kubernetes 用于容器编排。支持单节点和多节点部署拓扑。ARC-OTA 使用 helm 管理应用程序。

部署

描述

ARC gNB

helm chart 使用 K8 部署来创建 pod gNB。gNB pod 包含容器 nv-cubb 和 oai-gnb-aerial。两个容器安装在同一个 pod 中，以允许在物理层和链路层 2+ 之间使用共享内存。此 helm chart 可从 NGC 下载。

部署 ARC 5GC

helm-chart 安装在 CN5G 服务器上，或者与 gNB 相同的物理服务器上。此 helm chart 创建了左侧描述的多个 K8 部署。此 helm chart 可从 OAI GitLab 仓库下载

ARC-OTA 服务监控功能使用 Grafana、Loki、Promtail 和 Prometheus 的组合。该功能是使用开源行业标准工具开发的，可以扩展以满足特定开发者的需求

有关更多详细信息，请参阅Sterling 开发者扩展。

O-RAN 7.2 分割#

../../_images/blueprint_o-ran_7.2_split.png

O-RAN 的分割式 RAN 概念将 RAN 分解为多个功能组件。这些组件可以部署在不同的硬件和软件平台上，并且可以使用开放接口互连。

ARC-OTA 利用 7.2x 分割，该分割将协议栈划分为以下部分

组件

描述

O-RU（O-无线单元）

O-RU 负责物理层 (PHY) 处理，包括 RF 信号处理和模数转换。

O-DU（O-分布式单元）

O-DU 负责高层处理，包括 MAC、RLC 和 PDCP

前传接口

O-RAN 联盟指定了基于 7.2x 分割的 O-DU 和 O-RU 之间的前传接口。此接口支持控制、用户、同步 (CUS) 和管理 (M) 平面

CSI 数据集#

../../_images/blueprint_csi_dataset.png

  • ARC-OTA 集成的 Aerial Data Lake 提供了从基站 (BS) 捕获 OTA 无线电频率 (RF) 数据的能力。来自 7.2x 分割前传 (FH) 接口的原始 IQ 样本收集在数据库文件中

  • 使用 Aerial Data Lake 数据库 API，pyAerial 可以访问数据库中的 RF 样本，并将这些样本转换为训练数据或信号处理功能的数据集。

  • 已提供一个示例 Jupyter notebook，可以创建示例多 UE CSI 数据集

  • SDKManager 自动化将帮助开发者安装 AI/ML 框架，以轻松生成数据集

OpenRAN Gym#

../../_images/blueprint_openran_gym.png

  • 相关关键性能指标 (KPM) 的流式传输以及控制操作的实施，以反映近实时 (Near-RT) RAN 智能控制器 (RIC) 蓝图上 xApp 采取的决策，通过 OpenRAN Gym 集成和示例监控 xApp 共享。

  • 潜在的 xApp 可以针对网络智能进行开发，例如切换优化、策略实施、资源保证或无线链路管理，或者资源控制应用程序，例如负载均衡或网络切片。

  • 东北大学已将 E2 接口与 O-RAN OSC RIC 和模板监控 xApp 集成，使用自定义 E2 代理到 E2 服务模型。xApp Python 绑定和 xApp 连接器共同提供 RAN 闭环监控和控制功能。此工具帮助开发者将网络适应性功能与基于 AI/ML 的 xApp 相结合

在本页中