5. Phương pháp nghiên cứu
2.1.3 Kiến trúc 5G Fronthaul
Sự phát triển của kiến trúc fronthaul 5G đã tạo ra tám tùy chọn triển khai chức năng riêng biệt, mỗi tùy chọn đều có những lợi ích và nhược điểm cố hữu liên quan đến độ trễ, dung lượng và độ phức tạp. Mỗi tùy chọn được xác định bởi các điểm phân chia được chọn giữa các lớp Vật lý, Dữ liệu và Mạng liên quan đến cấu hình và vị trí RU, DU và CU. Tùy chọn 8 tương đương với cấu hình CPRI hiện tại với sự phân chia mức cao xảy ra giữa lớp Vật lý thấp của BBU và RRH.
Các ứng dụng không dây cố định cung cấp dịch vụ băng thông cao cho người dùng ở các địa điểm cố định có lợi cho tùy chọn 2, trong đó đặt các chức năng thời gian thực vào đầu bộ đàm và tạo ra một phần tử chức năng RU / DU. Vì việc phối hợp nhiều phần tử vô tuyến ở mức cao là không cần thiết, việc đặt thêm chức năng tại vị trí RU có thể giảm gánh nặng băng thông và độ trễ đặt lên fronthaul, do đó cho phép CU được định vị cách đầu radio hàng chục km.
Ngược lại, đối với trường hợp sử dụng eMBB, các tùy chọn 6 và 7 chỉ ghép nối các chức năng vô tuyến lớp vật lý với RU với các lớp bổ sung còn lại trong CU / DU. Điều này có lợi hơn cho việc phối hợp nhiều bộ đàm trong các ứng dụng di động và giảm hỗ trợ tốc độ bit fronthaul. Các tùy chọn này cũng đưa ra các yêu cầu nghiêm ngặt hơn về độ trễ hạn chế sự phân cách địa lý giữa RU và DU.
37
Hình 2.9: eMBB, mMTC, URLLC của mạng 5G
eCPRI Fronthaul:
Để chuẩn hóa kiến trúc phân tách của các thành phần giao diện người dùng 5G, tập đoàn CPRI đã phát hành giao thức Giao diện vô tuyến công cộng chung nâng cao (eCPRI) ban đầu vào năm 2017. Mục đích đã nêu của việc áp dụng giao diện người dùng eCPRI là giảm nhu cầu tốc độ dữ liệu giữa thiết bị vô tuyến (eRE) và thiết bị vô tuyến kiểm soát (eREC) đồng thời hạn chế độ phức tạp. Truyền dữ liệu CPRI đồng bộ được thay thế bằng các giao thức dựa trên gói, hiệu quả hơn sử dụng Ethernet hoặc IP.
Giao diện fronthaul bằng chứng eCPRI trong tương lai tối ưu hóa hiệu suất vô tuyến bằng cách sử dụng các thuật toán điều phối để phân tích và ưu tiên lưu lượng truy cập trong thời gian thực. Giao thức eCPRI xác định ba mặt phẳng cần thiết cho sự tương tác giữa eRE và eREC. Các mặt phẳng này bao gồm mặt phẳng người dùng, mặt phẳng đồng bộ hóa và mặt phẳng điều khiển và quản lý. Các định nghĩa truyền tải mặt phẳng người dùng chuẩn hóa các định dạng khung dữ liệu, gói và tiêu đề trong khi các mặt phẳng đồng bộ hóa và điều khiển và quản lý không bị giới hạn rõ ràng bởi các giao thức eCPRI.
38
Các nút mạng truyền tải Fronthaul (FTN):
Khi CPRI và eCPRI được triển khai đồng thời trong cấu hình fronthaul hội tụ, một nút mạng truyền tải fronthaul (FTN) có thể được sử dụng để quản lý vòng truy cập Ethernet. Kịch bản này yêu cầu một giải pháp kiểm tra hiệu quả để đảm bảo các yêu cầu về độ trễ và đồng bộ hóa nằm trong thông số kỹ thuật.
Hình 2.10: Nút mạng truyền tải Fronthaul
VIAVI T-BERD / MTS-5800-100G có thể được sử dụng để xác thực hiệu suất FTN trong phòng thí nghiệm, thực hiện các bài kiểm tra eCPRI và đo chính xác thông lượng, độ trễ và rung. Các thiết bị kiểm tra mạng cầm tay linh hoạt này cũng có thể thực hiện hiệu quả kiểm tra độ ổn định của tín hiệu GPS, kiểm tra lỗi thời gian PTP và kích hoạt Ethernet thông qua phương pháp kiểm tra RFC 2544 và Y.1564.
39
Mạng 5G fronthaul phụ thuộc rất nhiều vào kết nối cáp quang để có hiệu suất tối ưu. Kiến trúc fronthaul thế hệ tiếp theo cũng đòi hỏi khả năng phân tích phổ thời gian thực phức tạp, kiểm tra thời gian và đồng bộ hóa. Mô-đun mở rộng thời gian VIAVI (TEM) có thể bổ sung cho máy kiểm tra mạng dòng T-BERD / MTS-5800 cầm tay bằng cách cung cấp khả năng kiểm tra thời gian và đồng bộ hóa phía trước 5G chính xác nano giây trong một gói di động hiện trường chắc chắn. TEM cũng có thể thực hiện chính xác lỗi thời gian PTP và đo PDV.
Kiến trúc mạng truyền tải 5G:
Với 5G, một mạng vật lý được phân thành nhiều mạng ảo có thể hỗ trợ các mạng truy cập vô tuyến (RAN) khác nhau hoặc các loại dịch vụ khác nhau chạy trên một mạng vật lý. Network slicing chủ yếu được sử dụng để phân vùng trong mạng lõi, nhưng cũng có thể được thực hiện trong RAN. Network slicing có vai trò quan trọng trong mạng 5G vì cho phép hỗ trợ linh hoạt các dịch vụ mới trên nền tảng 5G 5G. Các dịch vụ mới này đặt ra các yêu cầu khác nhau về chức năng, hiệu suất và các thông số QoS khác nhau.
Trong 5G RAN BBU chia làm 3 phần: + Central Unit (CU)
+ Distributed Unit (DU) + Remote Radio Unit (RRU)
Thiết kế mới hỗ trợ ảo hóa mạng truy cập vô tuyến (RAN) tốt hơn.
Fronthaul là kết nối giữa RRU (Remote Radio Unit) và DU (CPRI and eCPRI interfaces)
Midhaul là kết nối giữa DU và CU (F interface)
Backhaul là kết nối giữa CU và 5G CN (NG interface) ; giữa các CUs (Xn interface).
Trong một số trường hợp, CU và DU cùng lắp trong gNB. Trong trường hợp này, RRU đến gNB là fronthaul và gNB đến 5G CN là backhaul.
40
Về cấu trúc mạng so với hiện tại cần thay đổi và mềm dẻo hơn Về năng lực truyền tải cần lớn hơn rất nhiều so với hiện tại Về độ trễ cần độ trễ cực kỳ thấp.
Hình 2.11: Cấu trúc truyền tải 5G
Backhaul:
Mạng BH kết nối đến core qua CU. Độ trễ của BH yêu cầu <=40ms
Khoảng cách từ core đến CU có thể lên tới 200km
Midhaul:
Mạng MH để kết nối giữa CU&DU Độ trễ yêu cầu khoảng 1ms
CU có thể điều khiển kết nối tới DU ở khoảng cách khoảng 80km
Fronthaul:
Mạng FH để kết nối DU với RU Độ trễ yêu cầu khoảng 100 µs
DU có thể điều khiển các RU ở khoảng cách lên tới 10km A DU may be serving RUs up to 10
41
Hình 2.12 Mạng lưới truyền tải
eCPRI được thiết kế để thích ứng với sự triển khai fronthaul:
- Đa điểm truy cập dịch vụ
- Dung lượng lớn
- Hoạt động được trong mạng chuyển mạch IP
- Có khả năng nâng cấp để tương thích với các dịch vụ mới
42
Hình 2.14 Kiến trúc mạng 5G x-haul
2.2 Các yêu cầu tốc độ cho Fronthaul đối với các mạng high-speed như 4G, đặc biệt 5G, 6G về sau (lưu thoát lưu lượng lớn và nhanh, ít trễ, đảm bảo cấu hình vô tuyến, chuyển giao, bảo vệ lưu lượng nhanh, nâng cao hiệu suất phổ):