Fronthaul pour 5G
De la même manière que le sujet du stockage des données informatiques inclut le thème du cloud (dispositifs éloignés intégrés), c’est aussi le cas avec les communications en réseau. Le Cloud RAN (Radio Access Network) conserve les fonctions clés (numérique, traitement et bande de base) dans un site centralisé, et les équipements radio (antenne, amplificateurs) dans un autre. Avec ce type de réseau, le traitement haute performance permet la virtualisation des fonctions clés. Toute fonction requise par les stations de base quel que soit leur nombre peut être déplacée en ligne selon les besoins. Ces réseaux permettent de réaliser des économies et sont amenés à devenir de plus en plus importants dans les environnements urbains. Cependant, ils nécessiteront en premier lieu un fronthaul rapide, efficace et économique. Le problème de la vitesse Un fronthaul est le réseau qui connecte les unités de bande de base centralisées aux unités radio éloignées. Les fronthauls actuels sont trop lents. Un système 4G huit-antennes nécessite un fronthaul d’un débit de 5 Gb/s, mais les systèmes 4G LTE auront besoin de plus d’antennes et d’un débit plus important d’environ 1 Tb/s. Par ailleurs, les systèmes 5G plus puissants demanderont des débits encore plus rapides. De tels débits seront difficiles à atteindre. À l’heure actuelle, les fronthauls ne permettent pas non plus de gagner en efficacité (multiplexage statistique) dans les cas où certaines antennes ont plus d’utilisateurs et d’autres moins. Une des solutions potentielles serait ce que l’on appelle le split fonctionnel. Il permet le déplacement de certaines fonctions qui étaient centralisées auparavant vers des unités éloignées, ce qui réduit ainsi le débit nécessaire. De tels systèmes sont également plus flexibles et plus efficaces. Le projet iCIRRUS financé par l’UE a étudié les splits fonctionnels, notamment les points de split possibles. L’équipe a mis en évidence les opportunités et les défis découlant de l’adoption d’une technologie Ethernet dans les parties fronthaul des réseaux mobiles 4G et 5G avancés. Les travaux ont surtout porté sur les défis liés à la nature «en paquets» d’Ethernet et sur les retards dans les opérations en mode paquet (c’est-à-dire la mise en mémoire tampon et la saturation des connexions). L’importance des splits fonctionnels En bref, les chercheurs ont exploité avec succès le réseau 4G test d’un opérateur sur un Ethernet, dans différents types de conditions techniques. Parmi les réalisations notables, citons l’exploitation réussie d’un réseau logiciel 4G, le transport de signaux adaptés à la 5G et la mise au point d’un pilote d’agrégation de nœuds Ethernet. «Cela signifie que nous avons reconnu et démontré l’importance des splits fonctionnels», déclare le professeur Nathan Gomes, chef du projet. «Ils sont très importants dans certains scénarios, par exemples pour différentes techniques radio». Le plus grand succès de l’équipe a été la création de topologies Ethernet qui transforment les données provenant de plusieurs splits fonctionnels en paquets Ethernet. Cette avancée contribue à démontrer le potentiel de l’exploitation des fronthauls sur Ethernet. Un autre résultat a été le développement d’une technique de «remplissage» (FUSION) qui a été démontrée dans un fronthaul Ethernet de 100 GB/s. Le projet a également franchi quelques autres étapes très techniques mais très importantes. «Nos études sur l’extraction des paramètres de performance utilisant des sondes Ethernet en ligne ont été les premières jamais effectuées sur un fronthaul», poursuit le professeur Gomes. «Ces travaux ont montré le potentiel existant, mais il reste encore beaucoup à faire pour valider les techniques proposées». En particulier, les signaux du projet n’étaient pas connectés à un réseau 5G complet, et les tests sur ce type de réseau seront très importants. Les améliorations du projet seront appliquées aux réseaux de bout en bout et à l’optimisation du découpage du réseau. Dans le futur, la capacité à superviser et à optimiser le fronthaul sera importante pour les réseaux virtualisés et logiciels. Ces travaux auront principalement un impact sur le nouveau fronthaul. Grâce aux bases posées par les travaux du projet iCIRRUS, les fronthauls du futur seront d’une manière ou d’une autre liés à Ethernet, mais seront également facilement améliorés et plus rapides. D’autres projets financés par l’UE, notamment 5G-PICTURE, poursuivront les travaux commencés par iCIRRUS.
Mots‑clés
iCIRRUS, fronthaul, Ethernet, 5G, split fonctionnel, Cloud RAN
