Netzwerkarchitekten können mithilfe des C-RAN-Konzepts eine Reihe von Netzwerktopologien unterstützen. Insbesondere bei der Implementierung neben makrozellulären und mikrozellulären Netzen werden C-RAN-basierte Small-Cell-Architekturen voraussichtlich erhebliche Einsparungen bei Investitions- und Betriebskosten ermöglichen, was wiederum zu Kosteneinsparungen für Endnutzer führen kann.
Verbindungsanforderungen und Installationsoptionen:
Um die Netzwerkkapazität und Dienstqualität zu verbessern, erfüllen sowohl traditionelle als auch neue Architekturen die höheren Datenübertragungsgeschwindigkeiten der LTE- und LTE-Advanced-Protokolle. Diese Protokolle bieten dank verschiedener Techniken der PHY- und MAC-Schicht, wie z. B. Carrier Aggregation (CA), MIMO, Coordinated Multipoint (CoMP) und Interferenzunterdrückung, eine deutlich höhere spektrale Effizienz. LTE-A ermöglicht die Aggregation von bis zu fünf 20-MHz-LTE-Trägern. In Kombination mit MIMO können CA-Techniken Geschwindigkeiten von bis zu mehreren hundert Gigabit/s zwischen Funk- und Basisbandeinheiten (d. h. der lokalen Verbindung oder dem Fronthaul) erreichen. Sobald die I- und Q-Abtastquantisierung verfügbar ist, kann der Empfänger verschiedene Arten der Interferenzunterdrückung, MIMO-Decodierung und CoMP-Algorithmen anwenden, um das Signal-Rausch-Verhältnis im Netzwerk zu verbessern. Tabelle 1 zeigt ein Beispiel für die Berechnung eines 3-Sektor-LTE-A-Systems mit fünf 20-MHz-Trägern.
Für den Datentransport über die lokale Verbindung können Betreiber bestehende Glasfaser- oder Kabelverbindungen nutzen. Alternativ stehen ihnen neue Technologien wie Wireless Fronthaul zur Verfügung. Die Entscheidung für eine dieser Technologien hängt in der Regel von den Gegebenheiten der Infrastruktur ab. Beispielsweise ist in dicht besiedelten Stadtgebieten die Verlegung neuer Glasfaserleitungen aufwendig oder eine platzsparende Lösung erforderlich; in solchen Fällen ist eine drahtlose Verbindung besser geeignet. In Gebieten mit bereits vorhandenen Glasfaseranschlüssen können Betreiber hingegen die bestehende Infrastruktur nutzen.
Unabhängig vom Einsatzort müssen Gerätehersteller eine effiziente und energiesparende Lösung bereitstellen, die sich problemlos in Systeme mit höherer Kapazität integrieren lässt. Diese effizienten Lösungen basieren typischerweise auf dem Einsatz kostengünstiger optischer Steckverbinder, einer reduzierten Anzahl an Verbindungen und einer verbesserten spektralen Effizienz im lokalen Netzwerk. Eine Möglichkeit, diese Einsparungen zu erzielen, ist die Datenkomprimierung. Beispielsweise lassen sich mit einer 2:1-Komprimierung im lokalen Netzwerk in C-RAN- und Small-Cell-Netzen Datenübertragungsraten von bis zu 4,9152 Gbit/s erreichen, obwohl der optische Steckverbinder nur bis zu 2,5 Gbit/s unterstützt. Durch den Einsatz optischer Steckverbinder mit niedrigeren Datenübertragungsraten und weniger Verbindungen können sowohl Kosten als auch Stromverbrauch reduziert werden. Darüber hinaus ermöglicht diese Konfiguration die einfache Übertragung von 15-Bit-I<sub>I</sub>- und 15-Bit-Q<sub>Q</sub>-Abtastwerten für bis zu drei Sektoren mit 2x2 MIMO und zwei LTE-Komponententrägern (einer mit 10 MHz und einer mit 20 MHz) in einem einzigen System. Dies wiederum ermöglicht den Einsatz fortschrittlicher Interferenzunterdrückungs- und Lastmanagementverfahren auf Basis der Quantisierung von I- und Q-Abtastwerten, wodurch die Kosten und der Stromverbrauch des Systems im Funkzugangsnetz reduziert werden. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel für eine Systemarchitektur auf Basis von C-RAN und einer Small Cell mit I2Q-Komprimierung.
Leistungsanforderungen:
Neben einer verbesserten Spektraleffizienz gewährleisten drahtlose Protokolle eine bestimmte Signalqualität (z. B. Fehlervektormagnitude oder EVM), um eine spezifische Dienstgüte im gesamten Netzwerk sicherzustellen. Die EVM-Anforderungen können je nach Modulationsverfahren variieren. Tabelle 2 fasst die LTE-A-EVM-Anforderungen für verschiedene Modulationsverfahren zusammen. Andere drahtlose Protokolle wie WCDMA und GSM haben ähnliche Anforderungen.
Beispiel für die Leistungsfähigkeit:
Um eine höhere Dienstqualität zu erreichen, muss die im Fronthaul-Netzwerk eingesetzte Komprimierungstechnologie die von den Funkprotokollen vorgegebenen EVM-Anforderungen erfüllen. Darüber hinaus müssen die gewählten Komprimierungsverfahren ausreichend Spielraum für andere Module in der Signalkette bieten, damit Betreiber neben einem verbesserten Netzwerkdurchsatz auch eine optimale EVM-Leistung erzielen können. Abbildung 2 zeigt ein typisches Beispiel für das Signalspektrum im 3GPP E-TM3.1 Downlink und die zugehörige EVM-Leistung mit der I2Q-Datenkomprimierungstechnologie. In diesem Beispiel wird ein 20-MHz-LTE-A-Signal mit einer EVM von unter 1 % RMS bei einem Komprimierungsverhältnis von 2:1 komprimiert und dekomprimiert. Dadurch bleibt ausreichend Spielraum für die anderen Module in der Signalkette, um die EVM-Anforderungen des Systems zu erfüllen.
Zusammenfassung:
Organisationen und Betreiber evaluieren verschiedene Komprimierungstechniken, um die Kapazität ihrer traditionellen und neuen Funkzugangsnetze durch Systeme mit höherer Kapazität zu erweitern. Mit einem höheren EVM-Niveau (Enhanced Value Management) lässt sich die Datenkomprimierung in drahtlosen Netzwerken realisieren, während gleichzeitig ausreichend Reserve für andere Module in der Signalkette erhalten bleibt. Basierend auf den verfügbaren I- und Q-Werten einer komprimierungsfähigen Lösung können Systemarchitekten und OEMs die Systemleistung in neuen C-RAN- (Computer-Aided Rank-to-Radio) und Small-Cell-Netzen mithilfe fortschrittlicher Signalverarbeitungs- und Netzwerkressourcen-Sharing-Techniken optimieren.
Autor:
Von: Mohammad Akhter, Chefarchitekt, Integrated Device Technology, Inc.
