5G Radio Access Network
Funktionsaufteilung – die Grundlage eines offenen 5G-RAN
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Aufteilung auf unterer Ebene
Die funktionalen Aufteilungsoptionen 6, 7 und 8 werden von der Branche als Low-Level-Splits betrachtet, wobei jede Option die Vorteile der Netzwerkzentralisierung unterstützt und gleichzeitig unterschiedliche Bitraten im Fronthaul-Netzwerk erzeugt.
Option 6 teilt die Basisbandfunktion an der Grenze der MAC- und PHY-Ebenen auf, sodass alle PHY-Funktionen in der RU verbleiben. Dies führt zu einer erheblich verringerten Fronthaul-Bitrate, da die Nutzlast der Verbindung aus den zwischen der MAC- und der PHY-Ebene übertragenen Transportblöcken besteht. Diese Bandbreitenreduzierung mindert die Vorteile, die durch ein zentrales Pooling der Basisbandfunktion erzielt werden könnten. Bei Option 6 ist das Pooling auf die Funktionen in den Datenverbindungs- und Netzwerkebenen beschränkt, was nur 20% des gesamten Pooling-Potenzials ergibt (die restlichen 80% basieren auf Funktionen der PHY-Ebene).
Die drei Funktionsaufteilungen der Option 7, 7.1, 7.2 und 7.3 unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie die physikalische Ebene (PHY) des Stacks zwischen DU und RU aufteilen (siehe Bild anbei).
Die Aufteilungen der Stufe 7 unterstützen alle die wichtigsten Vorteile der Zentralisierung, einschließlich Carrier Aggregation, MIMO und CoMP. Der Hauptunterschied zwischen ihnen sind die Datenraten im Fronthaul-Netzwerk. Alle drei Optionen belassen die FFT (Fast Fourier Transformation) in der RU, was die Fronthaul-Bitrate deutlich reduziert. Durch Zuweisen von mehr Funktionen (Vorcodierung und Mapping von Ressourcen) an die RU verringert die Option 7.2 die Fronthaul-Bitrate im Vergleich zu Option 7.1 noch weiter. Da die Ressourcen-Zuordnung nicht verwendete Unterträger der HF-Verbindung erkennt, führt das Unterbringen dieser Funktion in der RU zu einer variablen Bitrate im Fronthaul-Netzwerk (Option 7.1 ergibt eine konstante Bitrate). Option 7.3 ist eine reine Downlink-Option und verringert die Fronthaul-Bitrate weiter, indem der RU noch mehr Funktionen zugewiesen werden, was zu einer höheren Komplexität führt.
Alle drei Aufteilungen bieten einen guten Kompromiss zwischen Zentralisierungs- und Fronthaul-Anforderungen, ermöglichen relativ einfache RU-Konfigurationen und eignen sich daher für Netze mit hoher Kapazität in dichten städtischen Gebieten. Option 7.2 hat jedoch in der Branche zunehmend an Bedeutung gewonnen, da ihre niedrigere und variable Fronthaul-Bitrate mit dem eCPRI-Protokoll kompatibel ist.
Welche Funktionsaufteilung?
Es gibt keine ideale Funktionsaufteilung, da verschiedene Optionen für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass alle acht Optionen von der Branche praktisch unterstützt werden können. Um Skalierbarkeit und Offenheit zu gewährleisten, arbeiten verschiedene Branchenallianzen daran, einen Konsens über die besten Optionen zu erzielen. 3GPP hat die Option 2 für stark zentralisierte Anwendungen wie FWA (Fixed Wireless Access) empfohlen, bei denen keine Koordination am Zellenstandort erforderlich ist und die Anforderungen an Latenz und Bandbreite im Transportnetz relativ gering sind. Gleichzeitig wird die Option 6 vom SCF (Small Cell Forum) als optimale Aufteilung für kostengünstige Anwendungen mit geringer Kapazität vorgeschlagen. Das SCF, zu dessen Mitgliedern führende Betreiber als auch Anbieter von Ausrüstung gehören, hat Spezifikationen für diese Aufteilung entwickelt, die als nFAPI (Network Functional API) bekannt sind.
Inzwischen unterstützt die ebenso einflussreiche O-RAN-Alliance die Option 7.2 für Netze mit hohen Anforderungen an die Kapazität und Zuverlässigkeit. Diese Funktionsaufteilung ermöglicht eine relativ einfache RU, deren Größe und Stromverbrauch die Netzwerkverdichtung unterstützt, wie auch die gemeinsame Nutzung durch mehrere Betreiber. Dadurch vereinfacht sich der entwickelnde neutrale Host-Markt. Die Fähigkeit von eCPRI, über Ethernet zu agieren, ist ein wesentlicher Vorteil in städtischen Gebieten und in Innenräumen wie Fertigungseinrichtungen und Bürogebäuden, in denen eine 5G-Abdeckung erforderlich sein wird.
Erfolgsfaktor Offenheit
Der Erfolg von 5G hängt von den aktuellen Bestrebungen der Branche in Richtung eines offenen RAN ab, das von einer veränderten Lieferkette unterstützt wird, in der neue Marktteilnehmer Innovationen einbringen und die Cloud-Ebene vorantreiben. Die Disaggregation der RAN-Funktionen bringt mehr Flexibilität bei der Netzwerkbereitstellung und ermöglicht die Spezialisierung der Anbieter, wodurch die traditionelle, vertikal integrierte Lieferkette durchbrochen wird.
Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Schnittstellen innerhalb des disaggregierten RAN wirklich offen sind und die Funktionsaufteilung des 3GPP ein wichtiger Schritt in Richtung des offenen RAN ist. Die Arbeit des 3GPP wurde durch die Bemühungen wichtiger Branchenverbände gefestigt. Sie haben daran gearbeitet, einen Konsens über die besten Untergruppen von Optionen für den praktischen Einsatz zu erzielen. Mit diesem Grad an Standardisierung und Unterstützung seitens der Branche können neue Marktteilnehmer im 5G-Ökosystem fundierte Entscheidungen bei der Entwicklung ihrer Produkte treffen.
Olli Andersson, Senior Vice President Americas, Benetel
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