CPRI之上:为5G前传制定计划

      2017-07-20

      之前发表在Light Reading

      我的上一篇博客主要关注为准备5G而进行的物理层网络规划。本博客将关注物理层之上的移动前传协议。在这里,情况变得更加复杂,目前有许多活动部分,必须将它们集合起来。(参阅《让传输网为5G做好准备: 未来将由光纤主宰》。)

      这个问题的核心取决于通用公共无线接口(CPRI)协议,它在位于蜂窝发射塔顶部的射频拉远头(RRH)和下面基站之间的光纤上传输数字化射频数据。CPRI在2003年首次被定义出来,旨在替换蜂窝发射塔上的铜缆和同轴线缆,它的数据速率从最低的614 Mbit/s到最高的10 Gbit/s。

      CPRI/RRH和基带单元(BBU)之间的光纤连接也已成为未来集中化RAN架构的关键部分。然而,虽然对于基于光纤的前传将在未来处于主导地位的说法很少有争论,但人们担心按照现在情况,CPRI无法扩展以满足5G的需求。接下来,我们将探讨已经浮出水面的三大挑战。

      MIMO扩展

      CPRI要求每个天线都有一个专用链路——无论是一条专用的光纤,或更可能是光纤上的一个专用波长。随着无线厂商投资于多输入多输出(MIMO)技术,使用多个发射器和接收器同时传输数据,从而增加4G和5G无线传输的数据速率,这个专用链路要求会带来一些问题。举例说明,有3个矢量的2x2 MIMO传输需要12个CPRI数据流,因为每个输入、输出和矢量都要求自己的CPRI链路(即12个波长)。而4x4 MIMO传输将这个数量增加到24个CPRI链路/波长。事实上,建议用于5G的MIMO数量将明显高于这些数字。起初的时候,DWDM厂商非常看好采用CPRI链路和WDM波长的想法,但现在对于业内人士来说,显而易见的是,由于MIMO的原因,CPRI不能非常划算地扩展到5G所期望的天线数。

      功能划分

      鉴于上述的可扩展性挑战,业内人士知道要实现5G传输,就需要一种更有效的前传技术。然而,这种技术最终是什么可能仍然是一个激烈争论的问题。在技术向前迈进之前必须解决的一个关键问题是即“功能划分”,即确定哪些1层、2层和3层功能位于RRH,哪些处理功能位于BBU。在RRH内至少有一些2层功能(以太网),而在数据到达前传网前会发生汇聚和统计复用——从而减少(且可能是大幅减少)实现前传传输所需的波长数量。

      电气电子工程师协会(IEEE)目前正进行以太网前传的标准化(IEEE P.1914.1),而5G 基础设施公私合作伙伴关系(5GPP)目前也在这个领域开展一些项目。然而,第一个挑战是对于应在哪儿进行RRH和BBU之间的功能划分还没有共识,目前有八个划分方案在考虑之中(如下所示)。最可能出现的情况是,这些标准中会定义多个(虽然不是所有八个)划分方案。

      图1:5G功能划分方案

      (来源:3GPP)

      (来源:3GPP)

      功能划分的第二个挑战是需要在处理和延迟方面做一些权衡。蜂窝发射塔处进行的处理越多,传输到达BBU前造成的延迟越大。我们接下来将更详细地探讨延迟。

      延迟

      由于光纤距离的原因,C-RAN架构本身会导致在RRH和BBU之间出现延迟。由于蜂窝发射塔上的光纤较短,因此延迟不是考虑因素,但在C-RAN架构中,可以将BBU放置在离蜂窝发射塔最远20 km的地方。

      除了距离之外,在RRH进行的更高层处理(如功能划分部分所述)会造成必须仔细规划和了解的更多延迟。基于CPRI的较低层的功能划分会造成极低的延迟,但其带宽使用效率低下且成本较高。如果使用更高层的功能划分,就可能将成本较低的分组传输用于前传,但这么做也会带来更高的延迟。某些5G应用,如触觉互联网、增强/虚拟现实、实时游戏等,会对RRH与BBU间的延迟很敏感。

      未来考虑因素

      要求包括延迟、功率损耗和CPRI误码率,它们可能对于3G和LTE不是非常重要,但当整个行业向LTE-Advanced Pro和5G迁移时,它们会成为主要关注的问题。我们已经探讨了整个行业在寻找满足未来5G应用要求的最佳方法时,采用的协议方案和功能划分。无论这些协议场景如何展现,部署的物理光纤基础设施都会保持不变。在本博客的第1部分中,我们探讨了在运营商开始采用集中型RAN架构,RRH和BBU间的光纤长度增加时,所造成的色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)风险。所有这些光纤鉴定测试考虑因素仍然适用。

      协议层的关键是运营商必须知道前传不再由CPRI独自主导,以太网传输也会发挥作用。也可能会出现其它协议,如基于OTN的前传。规划团队需要非常灵活,能够适应最终展现的任何一种场景。