5G的前傳網(wǎng)絡(luò)會被大量數(shù)據(jù)擊垮嗎？

我們都知道 5G 的承諾：超快的速度和更高的響應(yīng)能力(更低的延遲)，但你有沒有想過這對手機信號塔背后的網(wǎng)絡(luò)意味著什么?5G 的幾個方面正在密謀可能壓倒前傳網(wǎng)絡(luò)——你的手機和互聯(lián)網(wǎng)之間的鏈接之一。

考慮一下您使用當(dāng)前部署的 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)的體驗。當(dāng)很多人同時開始使用手機時，例如在擁擠的體育場中場休息時，或者當(dāng)飛機降落并且每個人都重新打開手機時，連接速度似乎停止了，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度變?yōu)榱? 當(dāng)每部手機都試圖以當(dāng)前 4G 速度的 100 倍流式傳輸 4K 視頻或處理下載時會發(fā)生什么?

我們可以處理速度嗎?

首先，手機和手機信號塔頂部的無線電需要處理更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。使用新的 5G 頻段(包括更高頻率的毫米波頻段)、更寬的帶寬和更復(fù)雜的調(diào)制方案，無線鏈路應(yīng)該能夠支持更高的 5G 傳輸速率和更低的延遲。制造作為智能手機和基站無線電核心的調(diào)制解調(diào)器芯片組的高通公司最近展示了 4Gbps 峰值傳輸速率作為一個令人信服的數(shù)據(jù)點。

但新的 5G 基站不僅必須處理更高的每用戶傳輸速率，還必須支持每個蜂窩站點更多的用戶。新的 5G 技術(shù)大規(guī)模 MIMO(多輸入多輸出)將利用蜂窩塔上的大型天線陣列同時處理更多用戶，同時提高傳輸速率和連接可靠性。

第三個復(fù)雜因素是大規(guī)模 MIMO 需要的射頻數(shù)據(jù)流比服務(wù)的用戶數(shù)量多得多。每個天線都需要一個單獨的信號，并且可以使用超過 100 個天線。第四，無線電接入網(wǎng)絡(luò)(稱為 C-RAN)的集中化正在將一些無線電處理功能移回移動核心，這意味著更大的未壓縮無線電數(shù)據(jù)需要傳輸更大的網(wǎng)絡(luò)部分。

這是一場完美風(fēng)暴：每個用戶的傳輸率更高，用戶更多，數(shù)據(jù)流比用戶多，未壓縮數(shù)據(jù)流更大。這些變化中的每一個都會強調(diào)從基站到互聯(lián)網(wǎng)的連接;結(jié)合起來，它們構(gòu)成了一個更大的問題。

問題的核心

蜂窩塔上的無線電通過前傳網(wǎng)絡(luò)和回傳網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)。前傳網(wǎng)絡(luò)將未壓縮的無線電數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒Q為基帶單元 (BBU) 的處理站點?；爻叹W(wǎng)絡(luò)將分組數(shù)據(jù)從 BBU 傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)。BBU 以前位于蜂窩塔的底部，但網(wǎng)絡(luò)虛擬化和 C-RAN 使運營商能夠?qū)?BBU 從單個蜂窩塔移到更靠近網(wǎng)絡(luò)中心的位置。由于可以通過集中處理和管理來降低基礎(chǔ)設(shè)施成本，因此像 C-RAN 這樣的服務(wù)提供商。

在這種配置中，挑戰(zhàn)在于從 BBU 到蜂窩塔無線電的前傳鏈路。這就是數(shù)十或數(shù)百個 MIMO 流的未壓縮無線電數(shù)據(jù)創(chuàng)建多達兩個數(shù)量級的流量的地方。4G LTE 網(wǎng)絡(luò)使用稱為通用公共無線電接口 (CPRI) 的 2003 年前傳標(biāo)準(zhǔn)。CPRI 支持高達 10 Gbps 的數(shù)據(jù)速率，跨越超過 10 公里(略超過 6 英里)，適用于采用 C-RAN 架構(gòu)的 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)。新的 5G 基站可能需要高于 600 Gbps 的數(shù)據(jù)速率，這可能需要新的光纖并且服務(wù)提供商在經(jīng)濟上無法接受。

eCPRI 是由一組 5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商 CPRI 論壇開發(fā)的基于數(shù)據(jù)包的前傳接口。成員預(yù)計現(xiàn)有 CPRI 規(guī)范的效率和鏈路容量利用率將不足以滿足 5G 網(wǎng)絡(luò)的需求。資料來源：CPRI 論壇

其他提議的解決方案包括無線電單元和 BBU 之間不同級別的功能劃分(在基礎(chǔ)設(shè)施成本和易于管理方面有各種權(quán)衡)、數(shù)據(jù)壓縮(由于5G 所需的較低延遲可能無法工作)、或減少大規(guī)模 MIMO 基站上的天線數(shù)量。

服務(wù)提供商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商正在評估針對前傳數(shù)據(jù)緊縮的不同解決方案。系統(tǒng)級仿真是此類評估中的重要工具。通過參數(shù)化系統(tǒng)模型，可以評估不同的架構(gòu)，并可以整體比較前傳數(shù)據(jù)負載。

與此同時，作為一名工程師，在學(xué)術(shù)期刊和新聞文章中看到吞吐量和延遲性能、連接可靠性、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施部署成本之間的權(quán)衡是一種有趣的體驗。