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Fronthaul C-RAN baseado em ethernet
For the last decade mobile data traffic has been increasing at impressive
rates. The proliferation of mobile devices together with high-bandwidth
services like video and music streaming, social media and other cloud
services have increased the load on top of the mobile network infrastructure.
In order to support this massive increase in both users and bandwidth the
next generation of mobile telecommunications network - 5G - explores new
approaches, like the utilization of new frequency bands and the densification
of base stations. This kind of requirements along with the inefficiency of
the co-location of base band processing near the radio units encourages
a rethink of traditional radio access networks. In this scenario emerges
the C-RAN paradigm that intend to centralize all the base band processing
(BBU) and replace current base stations for simpler, more efficient and
compact solutions that only incorporate the radio front-end and respective
radio processing (RRH). In addition to these benefits, centralized processing
facilitates virtualization and resource sharing, interference management and
cooperative processing technologies. This split of functions brings however,
some challenges in respect to the data rates, bandwidth and latency in the
link that connects BBUs and RRHs - the fronthaul. Today’s existing standards
like CPRI weren’t originally designed for such applications and present some
intrinsic bandwidth and flexibility limitations. It’s considered that another
approach, based on packet switching, could mitigate some of these problems
in addition to bring some advantages such as statistical multiplexing, flexible
routing and compatibility with current widespread packet switching networks.
They do however, present a number of challenges regarding latency and
synchronization.
This dissertation work focuses on the study and development of a fronthaul
solution based in 10 Gigabit Ethernet over optical fiber. Development
is done on top of two development kits based in Field Programmable Gate
Array (FPGA) and implemented in an already operational C-RAN test-bed -
currently with CPRI based fronthaul - at the Instituto de Telecomunicações -
Aveiro.Durante a última década o tráfego de dados móveis tem aumentado a um
ritmo impressionante. A proliferação de dispositivos móveis juntamente com
serviços consumidores de grande largura de banda como streaming de vÃdeo
e música, redes sociais e serviços na cloud têm colocado grande pressão
na infraestrutura da rede móvel. Para suportar este aumento massivo de
utilizadores e largura de banda a próxima geração de telecomunicações
móveis – o 5G – explora novos conceitos, entre eles a utilização de bandas
de frequências mais elevadas e a massificação das estações base. A este
tipo de requisitos junta-se o facto da ineficiência da co-localização do processamento
junto da unidade de rádio que incentiva a uma restruturação da
arquitectura tradicional das redes móveis. Neste cenário surge o paradigma
C-RAN, que pretende centralizar todo o processamento em banda base
(BBU) e substituir as base stations atuais por soluções mais simples, eficientes
e compactas que englobam apenas o processamento da parte de rádio e
respetivo front-end de rádio frequência (RRH). Para além destes beneficios, a
centralização do processamento facilita a virtualização e partilha de recursos,
a gestão da interferência e tecnologias de processamento cooperativo. Esta
divisão de funções traz no entanto alguns desafios no que diz respeito a
largura de banda, taxas de dados e latências na interligação entre BBUs e
RRHs – o fronthaul. Standards atualmente utilizados no link de fronthaul
como o CPRI não foram originalmente desenhados para aplicações desta
dimensão e apresentam algumas limitações, sendo intrinsecamente pouco
flexÃveis e eficientes. Acredita-se que outro tipo de abordagem, baseada
em comutação de pacotes, poderia mitigar alguns destes problemas para
além de trazer vantagens como a multiplexagem estatÃstica, routing flexÃvel
e compatibilidade com redes de comutação de pacotes actuais. Apresentam
no entanto vários desafios a nÃvel de latência e sincronização associados.
Este trabalho de dissertação foca-se então no estudo e desenvolvimento
de uma solução para o fronthaul baseada em 10 Gigabit Ethernet sobre
fibra ótica. O desenvolvimento será feito em dois kits de desenvolvimento
baseados em Field Programmable Gate Array (FPGA) e implementado num
demonstrador C-RAN já operacional - com fronthaul atualmente baseado em
CPRI - no Instituto de Telecomunicações de Aveiro.Mestrado em Engenharia Eletrónica e Telecomunicaçõe