Miércoles, 03 Julio 2013

Las redes de célula pequeña y de acceso por radio centralizado (Centralised Radio Access Network, C-RAN) han generado recientemente un notable interés entre investigadores, proveedores de dispositivos y fabricantes OEM (Project C-RAN). Se espera que las arquitecturas emergentes proporcionen un notable ahorro de energía mediante diversas técnicas como el compartimiento de recursos de la red, la descarga de tráfico y la gestión de interferencias. Los arquitectos de redes pueden ofrecer soporte a un conjunto de topologías de red basadas en el concepto C-RAN. En concreto, cuando se instalan junto a una red macrocelular y microcelular, se espera que las arquitecturas de célula pequeña basadas en C-RAN ofrezcan importantes ahorros en el gasto de capital y los gastos de explotación, lo cual, a su vez, se podría traducir en ahorros para los usuarios finales.

Requisitos del enlace y opciones de instalación
Con el fin de mejorar la capacidad de la red y la calidad de servicio, tanto las arquitecturas tradicionales como las emergentes cumplirán los requisitos de mayor velocidad de transmisión de datos que ofrecen los protocolos LTE y LTE-Advanced. Estos protocolos ofrecen una eficiencia espectral notablemente más elevada gracias a un conjunto de técnicas de capa PHY y MAC, como agregación de portadora (Carrier Aggregation, CA), MIMO, multipunto coordinado (Co-ordinated multi-point, CoMP), cancelación de interferencias, etc. En concreto, LTE-A ofrece la agregación de hasta cinco portadoras LTE de 20 MHz. Cuando se combina con MIMO, las técnicas CA podrían alcanzar hasta centenares de gigabits/s entre las unidades de radio y de banda base (es decir, el enlace local o front-haul). Una vez disponibles la cuantificación de las muestras de I y Q, el receptor puede aplicar diversos tipos de cancelaciones de interferencias, decodificación MIMO y algoritmos CoMP para mejorar la relación señal/ruido en la red. La Tabla 1 muestra un ejemplo para el cálculo de un sistema LTE-A de 3 sectores con cinco portadoras de 20 MHz.

Para el transporte de los datos en el enlace local, las operadoras pueden utilizar las conexiones de fibra o cable ya existentes. Como alternativa se puede recurrir a técnicas emergentes como en enlace local (front-haul) inalámbrico. La decisión sobre su instalación se ve influida generalmente por las limitaciones de la infraestructura. Por ejemplo, en zonas urbanas densamente pobladas resulta complicado instalar nuevas fibras o bien se necesita una solución que no ocupe espacio, sería más adecuado un enlace inalámbrico. Por otra parte, las zonas que ya dispongan de enlaces de fibra, las operadoras pueden aprovechar las infraestructuras existentes.

Con independencia de su despliegue, los proveedores de equipamiento deben suministrar una solución eficiente de bajo consumo que puede adoptar con facilidad sistemas de mayor capacidad. Estas soluciones eficientes generalmente dan como resultado la utilización de conectores ópticos de bajo coste, un ahorro en el número de enlaces y mejoras en la eficiencia espectral en la red de enlace local. Una posible manera de obtener este ahorro es mediante la compresión de datos. Por ejemplo, con una compresión 2:1 en el enlace local en redes C-RAN y de célula pequeña, es posible alcanzar una velocidad de transmisión de los datos de hasta 4,9152 Gbps conservando un conector óptico que solo llegue hasta 2,5 Gbps. Mediante conectores ópticos con una baja velocidad de transmisión de los datos y un menor número de enlaces es posible reducir tanto el coste como el consumo de energía. Además, con esta configuración resulta sencillo transportar muestras de I de 15 bit I y de Q de 15 bit hasta para 3 sectores con 2x2 MIMO y dos portadoras de componentes LTE (uno de 10 MHz y uno de 20 MHz) en un sistema. Esto ofrece a su vez la oportunidad de aplicar técnicas avanzadas de cancelación de interferencias y de gestión de carga, basadas en la cuantificación de las muestras de I y Q, que disminuyen el coste y el consumo de energía del sistema en la red de acceso por radio. La Figura 1 ilustra el ejemplo de una arquitectura de sistema basada en C-RAN y célula pequeña con compresión I2Q.

Requisitos para las prestaciones
Junto con la mejora en la eficiencia espectral, los protocolos inalámbricos mantienen una cierta calidad de señal (p.ej., la magnitud vectorial de error o EVM) de manera que se pueda mantener una determinada calidad de servicio en la red. Por otra parte, los requisitos de EVM pueden variar en función de las técnicas de modulación. La Tabla 2 resume los requisitos de LTE-A EVM para varias técnicas de modulación. Otros protocolos inalámbricos presentan requisitos similares, como es el caso de WCDMA, GSM, etc.

Ejemplo de prestaciones
Para alcanzar un nivel superior de la calidad de servicio, la tecnología de compresión utilizada en la red de enlace local (front-haul) debería cumplir los requisitos de EVM especificados por los protocolos inalámbricos. Asimismo, los métodos de compresión escogidos deberían conservar unos márgenes suficientes para otros módulos en la cadena de señal, de forma que las operadoras pueden lograr las prestaciones de EVM junto con un mayor rendimiento de la red. La Figura 2 muestra un ejemplo típico de espectro de señal en el enlace descendente de 3GPP E-TM3.1 y las prestaciones de EVM correspondientes con la tecnología de compresión de datos I2Q. En este ejemplo, se comprime y descomprime una señal LTE-A de 20 MHz con una EVM inferior al 1% RMS para un factor de compresión de 2:1. Esto deja el margen suficiente para que los otros módulos de la cadena de señal cumplan los requisitos de EVM en el sistema.

Resumen
Organizaciones y operadoras están evaluando diversas técnicas de compresión para una evolución sencilla hacia un sistema de mayor capacidad en redes de acceso por radio tradicionales y emergentes. Con un nivel superior de EVM es posible alcanzar una compresión de los datos en redes inalámbricas y mantener el margen suficiente para otros módulos en la cadena de señal. Basándose en las muestras disponibles de I y Q en una solución apta para compresión, arquitectos de sistemas y fabricantes OEM tendrán la oportunidad de optimizar las prestaciones del sistema mediante un conjunto de técnicas avanzadas de proceso de señal y de compartimiento de recursos de red en las redes emergentes C-RAN y de célula pequeña.