5G Wireless Fronthaul: Verwalten von Netzwerkarchitektur- und Virtualisierungsherausforderungen

Um die Einführung von MSOs und Netzbetreibern wirtschaftlich zu gestalten, muss 5G weit verbreitete revolutionäre Technologien wie autonome Fahrzeuge, virtuelle Realität und das Internet der Dinge (IoT) übernehmen. Diese Technologien und Anwendungen selbst benötigen jedoch robuste 5G-Netze für ihre eigene Entwicklung und Erprobung.

Das Tempo des Wandels nimmt jedoch nur zu. Da namhafte Mobilfunkbetreiber ihre eigenen 5G-Netze entwickeln, einführen und erweitern, ist die Zukunft dieses revolutionären Mobilfunkstandards und der innovativen Technologien, die er unterstützen wird, rosig.

Von O-RAN und sich entwickelnden mobilen Fronthaul-Architekturen bis hin zu Network Slicing sehen sich MSOs, Netzbetreiber und andere Dienstanbieter, die an 5G beteiligt sind, jetzt neuen Anforderungen an Hardware, Interoperabilität und Netzwerkdesign gegenüber. In diesem Blog untersuchen wir einige der wichtigsten Probleme, mit denen Netzbetreiber im Zusammenhang mit 5G-Bereitstellungen konfrontiert sind, und wie wir helfen können.

Von 4G zu 5G: sich entwickelnde Netzwerkarchitekturen

Lassen Sie uns für einen Moment in der Zeit zurückgehen und eine herkömmliche verteilte (D-RAN) 4G-RAN-Architektur untersuchen. In diesem Szenario verfügen die miteinander verbundenen Basisstationen, eNode-Bs, jeweils über eine Remote Radio Unit (RRU) oben im Turm und eine Base Band Unit (BBU) in einem Schrank unten. Die BBU fungiert als Schnittstelle für den Backhauling-Verkehr zum Kernnetz. RRU und BBU nutzen beide proprietäre Hardware.

Ein weiterer wichtiger Aspekt dieser herkömmlichen 4G-D-RAN-Architektur ist die Gemeinsame öffentliche Funkschnittstelle (CPRI), das Protokoll für BBU-RRU-Transport-, Konnektivitäts- und Steuerungsspezifikationen, das erstmals 2003 eingeführt wurde. CPRI verließ sich darauf, dass die BBU die Architektur der physikalischen Schicht (PHY), der Datenverbindungsschicht und der Vermittlungsschicht beherbergt. Die Fronthaul-Konnektivität verband die RRU mit der PHY-Schicht der BBU. Das Verzögerungsbudget von CPRI bedeutete, dass RRU und BBU nicht zu weit voneinander entfernt platziert werden konnten.

Als sich die Branche jedoch zu einer weit verbreiteten Einführung von 5G entwickelte, benötigten Netzbetreiber eine Lösung für die Ineffizienzen von CPRI. Obwohl es ein anständiges Protokoll für 4G ist, erkannte die Industrie schnell, dass CPRI einfach nicht nach oben skaliert werden konnte, um die Leistungsanforderungen von 5G zu unterstützen. Der Bedarf von CPRI an einer dedizierten Verbindung für jede Antenne ist mit der MIMO-Technologie (Massive Multiple Input, Multiple Output) von 5G nicht kompatibel. Um dies zu lösen, musste die funktionale Aufteilung zwischen RRU und BBU weiterentwickelt und diese traditionelle Paarung in mehrere Komponenten zerlegt werden. Und was war das Endergebnis? Flexible Architekturen, die Netzbetreiber verwenden können, um 5G-Fronthaul zu optimieren, um die Fülle verschiedener Endbenutzer-Anwendungsfälle und -Anwendungen zu unterstützen, die in der Pipeline sind.

Die Umstellung von CPRI auf die neue verbesserte CPRI-Technologie (eCPRI) führte auch zu einer Verschiebung der Fronthaul-Anforderungen von 10G mit herkömmlichem 4G LTE zu 25G mit 5G. Während eCPRI 10-mal effizienter als CPRI ist, ist 5G 100-mal schneller als 4G und bewältigt einen viel höheren Durchsatz und unterstützt bis zu 1 Million Geräte auf einem Quadratkilometer. Infolgedessen hat 5G einen erhöhten Bandbreitenbedarf. Während Verbindungen bis zu 10G früher ausreichend Kapazität für 4G waren (in einem früheren Blog Wir stellten fest, dass die CPRI-Geschwindigkeiten zwischen 600 Mbit/s und 10 Gbit/s lagen), 5G-Fronthaul erfordert eine Verbindungskapazität von bis zu 25 Gbit/s. Dadurch Nachfrage nach 25G optische Transceiver wird nur noch stärker werden, wenn immer mehr Netzbetreiber und MSOs 5G-Netze auf der ganzen Welt einführen.

Ein Wort zu Open RAN

Geben Sie 3GPP TR 38.801, IEEE und ITU-T ein. Wie wir bereits geschrieben habenhat dieses Modell das RAN in drei Hauptkomponenten geöffnet: eine Funkeinheit (RU), eine verteilte Einheit (DU) und eine zentralisierte Einheit (CU). Die Fronthaul-Verbindung besteht zwischen RU und DU, während die Verbindung zwischen DU und CU als Midhaul bezeichnet wird. Die Netzwerkverbindung zwischen der CU und dem Kern wird zur neuen Backhaul-Umgebung.

Diese neue Architektur baut auf früheren, schrittweisen Schritten (Cloud RAN, Virtual RAN) auf, um das RAN für Commercial-off-the-Shelf (COTS)-Geräte und herstellerneutrale softwaredefinierte Technologien zu öffnen. Und jetzt ist die Branche einen weiteren wichtigen Schritt weiter gegangen. Während CRAN und VRAN sich hauptsächlich darauf konzentrierten, die BBU zu verschieben und zu virtualisieren, hat modernes Open RAN die Idee der Disaggregation mit den Komponenten RU, DU und CU auf die nächste Stufe gehoben. Open RAN-Designs sind von Natur aus Open Source und ermöglichen es Netzbetreibern, Geräte und Software verschiedener Anbieter zu kombinieren und aufeinander abzustimmen, um die 5G-Architekturen zu erstellen und bereitzustellen, die ihren Anforderungen am besten entsprechen.

Hier gibt es viele Bereitstellungsoptionen. Wenn es um 5G-Skalierbarkeit und Kosteneffizienz geht, ist der Standort alles, und 5G steht vor einem besonderen Rätsel. Während sein Wellenlängenbereich kürzer als 4G ist, wird 5G viel mehr Geräte und damit deutlich mehr Daten unterstützen. Infolgedessen suchen Netzbetreiber nach kreativen Wegen zur Bereitstellung der 5G-Infrastruktur. Während Standard-Makrozellen auf Gebäuden und Mobilfunkmasten weiterhin in Mode sein werden, nutzen die Betreiber auch andere einzigartige Installationen wie Mast- und Litzenhalterungen. Die Möglichkeit, Cell-Site-, Split-, Dual-Split-, Remote-CU-UP- und zentrale CU-UP-RAN-Designs zu nutzen, fügt modernen 5G-Rollouts eine weitere Ebene der Anpassung, Flexibilität und Komplexität hinzu.

Network Slicing: Ein Weg nach vorne für 5G

Netzwerkarchitekturen sind jedoch nur eine Seite der Gleichung. Denken Sie an alle potenziellen Anwendungsfälle (die uns bekannt sind) für 5G: mobiles Breitband, Streaming von Ultra-HD-Inhalten, Spiele, Kommunikation von Maschine zu Maschine, autonome Fahrzeuge, Robotik, Fernoperationen usw. Per SDX Central, erfordert jeder dieser Anwendungsfälle einen „einzigartigen Satz optimierter Ressourcen und Netzwerktopologien – die bestimmte SLA-spezifische Faktoren wie Konnektivität, Geschwindigkeit und Kapazität abdecken“. Flexible Bereitstellungsarchitekturen können dazu beitragen, die Verbreitung von 5G zu beschleunigen, aber der eigentliche Beweis für 5G wird darin bestehen, wie es verschiedene Anwendungsanforderungen erfüllt.

Network Slicing ist wohl ein Schlüsselelement des 5G-Puzzles. Die grundlegende Prämisse des Network Slicing ist die Erstellung mehrerer virtueller Netzwerke, die dieselbe physische Infrastruktur gemeinsam nutzen. Diese Technik steigert effektiv die Netzwerkagilität und die Erschwinglichkeit des Einsatzes von 5G. Anstatt jedem Marktsegment die volle Funktionalität auf einmal anzubieten, können Netzwerkkapazität und andere Ressourcen je nach Bedarf dynamisch zugewiesen werden. Beispielsweise können Anwendungen, die mobiles Breitband nutzen, ein eigenes Slice oder virtuelles End-to-End-Netzwerk zugewiesen werden, während andere Anwendungen rund um das IoT ein anderes nutzen können. Jede Scheibe wird individuell angepasst, um die anspruchsvollen Anforderungen dieser Anwendung zu erfüllen. Network Slicing beschleunigt somit die 5G-Einführung, indem es die im Voraus erforderlichen Investitionsausgaben senkt.

Der Präzisions-OT-Wert

Neue Netzwerkarchitekturen und Virtualisierungstechniken wie Network Slicing helfen Netzwerkbetreibern, die Bereitstellung von 5G zu beschleunigen. Gleichzeitig stellen sie Dienstleister vor unzählige neue Herausforderungen in Bezug auf Interoperabilität, Aggregation und Datentransport sowie die Installation von Mobilfunkstandorten.

Wir bei Precision OT sehen uns als Klebstoff, der Netzbetreibern dabei helfen kann, all die verschiedenen Komponenten ihrer 5G-Netze für einen nahtlosen Netzbetrieb zusammenzufügen. Bei unseren Kunden tragen wir viele Hüte auf. Einerseits können wir ihnen helfen, ein Netzwerk zu entwerfen und die richtigen Komponenten für 5G-Fronthaul auszuwählen, z unsere Reihe von 25G DWDM Fixed, Tunable und Bidirectional Transceivers mit Reichweiten zwischen 10km und 40km. Diese Produkte haben unterschiedliche Angebote, einschließlich industrieller Temperaturbereiche, um die Umweltherausforderungen von RAN-Bereitstellungen im Freien zu bewältigen. Zusätzlich zu den verschiedenen Transceiver-Optionen bieten wir auch eine Reihe von passive optische Komponenten B. MUX/DEMUX-Lösungen, die Ihren 5G-spezifischen Bereitstellungsanforderungen entsprechen.

Noch wichtiger ist, dass wir Fachwissen in der Systeminteroperabilität bieten. Unterstützt durch ein Testlabor und ein Team innovativer Ingenieure (sehen Sie sich unsere Advanced Engineering-Gruppe hier), können wir unseren Kunden helfen, sicherzustellen, dass alle Teile ihres Netzwerks wie gewünscht funktionieren. Wir haben es uns zur Aufgabe gemacht, die Anbieterbindung zu beenden, aber das lässt sich am besten mit Hilfe von Experten und vertrauenswürdigen Partnerschaften erreichen. Wir sind dieser Partner.

Was auch immer Ihre 5G-Fronthaul-Anforderungen sind, wir können Ihnen helfen. Kontaktiere uns heute.