5G Radio Access Network

Funktionsaufteilung – die Grundlage eines offenen 5G-RAN

13. Oktober 2021, 8:47 Uhr | Autor: Olli Andersson / Redaktion: Diana Künstler

Die laufende Umgestaltung der 5G-Lieferkette ebnet neuen Marktteilnehmern den Weg. Die funktionale Trennung des 3GPP untermauert die offenen Standards des 5G-RAN. Die optimale Funktionsaufteilung hängt dabei von den zu erbringenden Netzwerkdiensten und den verfügbaren Datentransportverbindungen ab.

Die Disaggregation des 5G-RAN war ein wichtiger Schritt zur Öffnung des Netzwerks, und um neue Teilnehmer in diesem Markt zu fördern. Diese Aufgliederung hat neue Schnittstellen zwischen drei neu definierten logischen Knoten des RAN geschaffen, wobei Fronthaul- und Midhaul-Transport zu den traditionellen Backhaul-Netzwerken hinzukommen. Die Eigenschaften dieser Verbindungen, insbesondere des Fronthauls, werden durch die Art und Weise bestimmt, wie die im 5G-RAN-Stack implementierte Basisbandverarbeitung auf die logischen Knoten verteilt ist. 3GPP – also die internationale Organisation, die für die technischen 5G-Standards verantwortlich ist – hat eine Reihe von Optionen für die Funktionsaufteilung definiert, von denen jede beschreibt, wie die logischen Knoten miteinander in Beziehung stehen und welche speziellen Aktivitäten von jedem Knoten durchgeführt werden.

Bei der Einführung eines Netzes müssen die Betreiber die beste funktionale Aufteilung auf der Grundlage der zu erbringenden Dienste und der Wirtschaftlichkeit der verfügbaren Transportnetze auswählen. Gleichzeitig müssen Hersteller bei der Entwicklung von Netzwerkausrüstung entscheiden, welche Option für die von ihnen avisierten Märkte am besten geeignet ist. Keine einzelne Funktionsaufteilung eignet sich für alle Szenarien, und es ist nicht immer einfach herauszufinden, welche Option für eine bestimmte Anwendung oder Netzwerkbereitstellung am besten geeignet ist. Verschiedene Faktoren müssen dabei berücksichtigt werden.Im Folgenden werden die Möglichkeiten bei der Funktionsaufteilung beschrieben und ihre jeweiligen Vor- und Nachteile erörtert. Der Schwerpunkt liegt in der Aufteilung der unteren Ebene (Option 7.x), die derzeit in der Branche am meisten Beachtung findet.

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Das 3GPP 5G-NR-Architekturmodell

In Release 15 seiner technischen Standards definiert 3GPP eine neue, flexible Architektur für das 5G-RAN, bei der die Basisstation oder gNodeB (gNB) in drei logische Knoten aufgeteilt ist: die Central Unit (CU), die Distributed Unit (DU) und die Radio Unit (RU) (siehe Bild anbei). Diese können jeweils unterschiedliche Funktionen des 5G-NR-Stacks übernehmen.

Diese Architektur erkennt an, dass die Verfügbarkeit des Transportnetzwerks zusammen mit bestimmten 5G-Anwendungen die optimale Netzwerkkonfiguration diktieren wird. Daher werden acht Optionen für die Funktionsverteilung des 5G-NR-RAN-Stacks über das Fronthaul-Netzwerk spezifiziert – die Funktionsaufteilung. Parallel zur Arbeit des 3GPP haben sich mehrere Standardisierungsgremien mit der Definition der neuen Transportschnittstellen befasst, also Front-, Mid- und Backhaul, wobei insbesondere die beiden letzteren von der Wahl der Funktionsaufteilung betroffen sind. Das Fronthaul-Netzwerk ist entscheidend für einen flexiblen RAN-Einsatz. Der erweiterte CPRI-Standard (eCPRI) hat sich als Nachfolger von CPRI entwickelt, das für die ursprüngliche C-RAN-Konfiguration (Centralized RAN) definiert wurde. Dieses vom eCPRI-Forum entwickelte Protokoll nutzt die Bandbreite wesentlich effizienter als sein Vorgänger und ist paketbasiert, sodass es mit Ethernet agieren kann. Dies bringt enorme Vorteile für das Fronthaul-Netzwerk, das je nach Funktionsaufteilung nun Ethernet-Anbindung nutzen kann, anstatt sich auf die Verfügbarkeit von Glasfaser zu verlassen. eCPRI ist auch eine offene Schnittstelle, über die Betreiber nun Ausrüstung von verschiedenen Anbietern kombinieren können.