Fronthaul für 5G
Da sich die Cloud bei der Computerdatenspeicherung (integrierte Ferngeräte) durchgesetzt hat, hält sie nun auch Einzug in die Netzkommunikation. Ein Cloud-Funkzugangsnetz fasst Schlüsselfunktionen (digital, Verarbeitung und Basisband) an einer zentralen Stelle zusammen und Rundfunksender und -empfänger (Antennen, Verstärker) an einer anderen. In einem solchen Netz ermöglicht die Hochleistungsverarbeitung die Virtualisierung von Schlüsselfunktionen. Jede von einer beliebigen Anzahl von Basisstationen benötigte Funktion kann nach Bedarf zugeschaltet werden. Diese Netze bieten Kosteneinsparungen und gewinnen in städtischen Umgebungen immer mehr an Bedeutung. Doch zuerst benötigen sie einen schnellen, effizienten und kostengünstigen Fronthaul. Das Geschwindigkeitsproblem Ein Fronthaul ist ein Netz, das die zentralisierten Basisbandeinheiten mit den Remote-Funkeinheiten verbindet. Jedoch sind aktuelle Fronthauls einfach zu langsam. Ein 4G-System mit acht Antennen erfordert Fronthaul-Frequenzen von 5 Gb/s. Fortgeschrittene 4G-Systeme benötigen noch mehr Antennen sowie Geschwindigkeiten von etwa 1 Tb/s. Die nächste Mobilfunkgeneration 5G setzt sogar noch schnellere Frequenzen voraus. Derartige Geschwindigkeiten wären nur schwer zu erreichen. Darüber hinaus erlauben Fronthauls derzeit keine Effizienzgewinne (statistisches Multiplexing), wenn beispielsweise einige Antennen mehr Nutzer aufweisen als andere. Eine mögliche Lösung ist die sogenannte Funktionsaufteilung, die es ermöglicht, vorher zentralisierte Funktionen an dezentrale Einheiten auszulagern, wodurch die erforderlichen Netzgeschwindigkeiten verringert werden. Solche Systeme sind auch flexibler und effizienter. Das EU-finanzierte Projekt iCIRRUS untersuchte daher verschiedene Funktionsaufteilungen, einschließlich möglicher Aufteilungspunkte. Das Team zeigte die Chancen und Herausforderungen auf, die sich durch den Einsatz der Ethernet-Technologie in Fronthaul-Bestandteilen moderner 4G- und 5G-Mobilfunknetze ergeben. Die Arbeit konzentrierte sich auf die Herausforderungen im Zusammenhang mit dem paketbasierten Charakter des Ethernets sowie auf Verzögerungen bei der Übermittlung von Datenpaketen (z. B. Pufferung und Schnittstellenkonflikte). Die Bedeutung von Funktionsaufteilungen Kurz gesagt, betrieben die Forscher unter verschiedenen technischen Bedingungen erfolgreich das 4G-Testnetz eines Betreibers über Ethernet. Weitere Höhepunkte waren der erfolgreiche Betrieb eines softwarebasierten 4G-Netzes, die Übertragung von 5G-Signalen und die Darstellung von Ethernet-Aggregationsknoten. „All dies zeigt, dass wir die Bedeutung von Funktionsaufteilungen erkannt und verdeutlicht haben“, so Projektleiter Professor Nathan Gomes. „Sie spielen in bestimmten Szenarien eine sehr wichtige Rolle, zum Beispiel bei verschiedenen Funktechniken.“ Die Hauptleistung des Teams war die Entwicklung von Ethernet-Mappern, die Daten von verschiedenen Funktionsaufteilungen zu Ethernet-Paketen umwandeln. Diese Entwicklung zeigt, dass ein gewisses Potenzial besteht, Fronthauls über Ethernet zu betreiben. Ein weiteres Ergebnis war die Entwicklung einer proprietären Lückenfüllmethode (FUSION), die in einem Ethernet-Fronthaul mit 100 Gb/s demonstriert wurde. Zudem hat das Projekt auch einige andere sehr technische und dennoch wichtige Meilensteine erreicht. „Unsere Studien zur Extraktion von Leistungsparametern mittels In-Line-Ethernet-Sonden waren die ersten, die je an einem Fronthaul durchgeführt wurden“, so Professor Gomes weiter. „Diese Arbeit besitzt Potenzial, aber es gibt noch viel zu tun, um die vorgeschlagenen Techniken zu validieren.“ Insbesondere waren die Signale des Projekts nicht an einem vollständigen 5G-Netz angeschlossen, was allerdings für die Erprobung dieser Art von Netz sehr wichtig wäre. Die endgültigen Ergebnisse des Projekts werden auf End-to-End-Netze sowie zur Optimierung von Netzsegmenten angewendet. In Zukunft wird die Fähigkeit Fronthauls zu überwachen und zu optimieren für virtualisierte und softwaredefinierte Netze von großer Bedeutung sein. Die wichtigsten Auswirkungen der Arbeit werden sich auf den neuen Fronthaul beziehen. Auf Grundlage der von iCIRRUS geleisteten Vorarbeit werden die Fronthauls der Zukunft in gewisser Weise Ethernet-basiert, aber auch auf einfache Weise optimiert und schneller sein. Andere EU-finanzierte Projekte, darunter 5G-PICTURE, werden die Arbeit von iCIRRUS fortsetzen.
Schlüsselbegriffe
iCIRRUS, Fronthaul, Ethernet, 5G, Funktionsaufteilung, Cloud-Funkzugang
