La elección de cómo dividir las funciones NR en la arquitectura depende de algunos factores relacionados con los escenarios de implementación de la red de radio, las limitaciones y los casos de uso admitidos previstos. Tres claves son:
- La necesidad de admitir QoS específica por servicios ofrecidos (por ejemplo, baja latencia, alto “Throughput” para áreas urbanas) y aplicaciones en tiempo real / no real.
- Soporte de densidad de usuarios específica y demanda de carga por área geográfica dada.
- Redes de transporte disponibles con diferentes niveles de desempeño, desde ideales hasta no ideales.
Los operadores móviles necesitan la flexibilidad para elegir diferentes divisiones (splits) basadas en los mismos componentes de red y hardware basados en COTS. La flexibilidad proviene del uso de diferentes implementaciones de software. Las capas de protocolo pueden residir en diferentes componentes según la disponibilidad de fronthaul y los escenarios de implementación. Este enfoque reducirá el costo de las operaciones y el costo total para los operadores móviles.
Las divisiones funcionales (splits) más altas son más deseables para los casos de uso de capacidad en áreas urbanas densas, mientras que las divisiones funcionales más bajas serán las soluciones óptimas para los casos de uso de cobertura. Por lo tanto, mientras que las divisiones funcionales inferiores utilizan fronthauls menos que perfectos, existe una mayor dependencia del rendimiento de fronthaul para divisiones funcionales más altas.
El mapeo de funciones a dispositivos da como resultado diferentes opciones de Splits de RAN. Es decir, a qué capas de la pila de protocolos se asignan una RU, DU o CU. La división entre DU y RU ahora está formalmente definida por 3GPP.
Esta nueva arquitectura de RAN dividida hace posible implementar las funciones de DU y CU ya sea de forma centralizada o en el borde cerca de la RU, según los requisitos de latencia y ancho de banda del backhaul. Por lo tanto, proporciona una mayor flexibilidad para cumplir con diferentes escenarios de implementación.
Para aprovechar al máximo la arquitectura dividida que puede ofrecer interoperabilidad, capacidad para seleccionar los mejores componentes y escalabilidad, cualquier red necesita soporte para funciones de banda base 2G, 3G, 4G y 5G. Para obtener el mejor requisito de soporte de latencia, las funciones de banda base DU y el software CU se desacoplan del hardware y se implementan en NFVI o como contenedores. Un MNO puede utilizar cualquier requisito de VM o cualquier hipervisor u proveedor de orquestación para habilitar estas divisiones funcionales.
Es posible que una división (Split) no sirva para todos. Una solución que puede admitir muchas tecnologías, incluidas no solo 4G y 5G, sino también 2G y 3G, es la más atractiva para los operadores de redes móviles (MNO), ya que simplificará la administración de la red y reducirá los costos. Split 7.2 es el mejor para 4G y 5G; split 8 será la mejor opción para 2G y 3G. Ambas opciones pueden funcionar en radios 7.2 Open RAN.
Split funcional 6: Split de Small Cell
La interfaz de “small cells” nFAPI (red FAPI) en el “Split” funcional 6 de RAN habilita el ecosistema de Open RAN al permitir que cualquier CU / DU de small cell se conecte a cualquier unidad de radio de small cell (S-RU). 5G FAPI fomenta la competencia y la innovación entre los proveedores de plataforma de hardware, plataforma de software y software de aplicación de small cells al proporcionar una API común. Estas interfaces ayudarán a los arquitectos de redes al permitirles mezclar unidades distribuidas y centrales de diferentes proveedores.
Split funcional 7: Zonas densas y urbanas
En caso de requisitos para un servicio más sensible a los retrasos, según la disponibilidad de fronthaul adecuada, la división MAC-PHY será la solución preferida. En la Opción 7 la arquitectura dividida es donde la DU maneja las funciones RRC / PDCP / RLC / MAC y PHY superiores, mientras que la RU maneja las funciones PHY y RF inferiores. La funcionalidad de CU puede integrarse con el DU en el mismo servidor, o puede insertarse en la red como una entidad de agregación virtualizada, junto con un controlador o agregador OpenRAN. La opción 7 (Figura 7) permite a los operadores compartir o agrupar las ganancias mientras mantienen las utilizaciones de procesamiento más bajas tanto en la DU como en la RU, lo que genera una opción muy rentable con un bajo costo y una opción ideal para una implementación de RAN distribuida, incluido Massive MIMO.
Las divisiones (splits) más altas, como en 7.x, son ideales para 4G y 5G y pueden soportar el tráfico en áreas urbanas densas.
O-RAN Alliance ha definido una interfaz de fronthaul de múltiples proveedores entre DU y RU basada en Split 7-2x. En la terminología O-RAN, RU se denota como O-RU y DU se denota como O-DU.
Las especificaciones de fronthaul incluyen protocolos de plano de control, usuario y sincronización (CUS) y administración (M).
Split funcional 8: Para 2G y 3G
Además, O-RAN Alliance facilita la integración de múltiples proveedores mediante la definición de perfiles de interoperabilidad (IOT), configuraciones de prueba y casos de prueba adecuados, de modo que las pruebas de conformidad de radio relacionadas con 3GPP permanezcan independientes de las pruebas de fronthaul de O-RAN.
El Split 8 se basa en la interfaz CPRI estándar de la industria y ha existido desde hace tiempo. Con el Split 8, todas las funciones (desde las capas PHY a RRC) excepto RF son manejadas por el DU, mientras que la capa RF reside en la radio.
El Split 8 es altamente efectivo en 2G y 3G, donde las tasas de tráfico son mucho más bajas (y, por lo tanto, el procesamiento en sí es más bajo, hasta cierto punto) y se puede realizar fácilmente en un servidor x86, al tiempo que permite a los operadores utilizar RUs de costo optimizado con un mínimo de lógica y procesamiento. La DU y la RU deben ser interoperables con otras DU y RU de terceros. La mejora con respecto al Split-8 tradicional es que, para que las RUs ejecuten varias tecnologías en la misma interfaz de fronthaul, ahora deben utilizar eCPRI en lugar de la interfaz CPRI tradicional entre la RU y la DU. Este enfoque permite la agregación de tráfico centralizado de las RUs, lo que a su vez permite una ruta de migración sin problemas desde el ecosistema LTE tradicional al ecosistema NR.
Las funciones L2 en tiempo real de RAN DU y el procesamiento de banda base. En el grupo de trabajo de la O-RAN Alliance, se propone que el DU soporte múltiples RUs. Para manejar adecuadamente el procesamiento de la señal digital y acelerar el tráfico de la red, se puede utilizar una FPGA. La aceleración de hardware se considera un requisito para 5G, pero menos para 2G, 3G e incluso 4G.
Es por eso que se ha centrado la atención en los aceleradores de hardware (FPGA y GPU) para acelerar el procesamiento sensible en tiempo real para las capas más bajas de la banda base de radio 5G. Los FPGA de la RUs no solo realizan tareas de procesamiento digital, sino que también pueden integrar algunos de los subsistemas analógicos. Xilinx, por ejemplo, ha integrado subsistemas digitales analógicos mixtos (incluidos DACs y ADCs) en su familia de dispositivos RFSoC.
Ericsson y Nokia están considerando la aceleración basada en GPU para algunas cargas de trabajo de RAN virtual (vRAN), especialmente para 5G M-MIMO y para IA. Reducir el costo general será una prioridad, y una solución en torno a las arquitecturas de procesadores GP para ofrecer elementos de cómputo, almacenamiento y red más eficientes y rentables impulsará la innovación.
Implementaciones de la vida real
O-RAN alliance ya ha especificado O-Cloud (O-RAN Cloud) ya que O-RAN incluye la cloudificación de RAN para inquilinos únicos o múltiples y la automatización de RAN de extremo a extremo. O-Cloud incluye tanto la nube de borde (vCU) como la nube de borde lejano (vDU / vRU).
Dado que se requiere que el equipo de borde sea compacto, energéticamente eficiente y resistente, muchos operadores y proveedores se están inclinando hacia la implementación de DU y CU en el sitio (nube de borde lejano) en un servidor para reducir el costo y la complejidad de la implementación. Según su experiencia, Nokia cree que la única división válida es entre RU y DU. El tiempo dirá si la integración de la DU de un proveedor con la CU de otro proveedor brindará flexibilidad y ahorros.
En general, puede esperar que las divisiones funcionales (splits) de RAN reduzcan los costos de red si las interfaces entre los componentes de hardware y software están abiertas.
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