5G的前傳網(wǎng)絡(luò)會(huì)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(méi)有想過(guò)這對(duì)手機(jī)信號(hào)塔背后的網(wǎng)絡(luò)意味著什么?5G 的幾個(gè)方面正在密謀可能壓倒前傳網(wǎng)絡(luò)——你的手機(jī)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(yàn)。當(dāng)很多人同時(shí)開(kāi)始使用手機(jī)時(shí)，例如在擁擠的體育場(chǎng)中場(chǎng)休息時(shí)，或者當(dāng)飛機(jī)降落并且每個(gè)人都重新打開(kāi)手機(jī)時(shí)，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(jī)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(shí)會(huì)發(fā)生什么?

我們可以處理速度嗎?

首先，手機(jī)和手機(jī)信號(hào)塔頂部的無(wú)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(wú)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(jī)和基站無(wú)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(gè)令人信服的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

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(gè)蜂窩站點(diǎn)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(shí)處理更多用戶，同時(shí)提高傳輸速率和連接可靠性。

第三個(gè)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(gè)天線都需要一個(gè)單獨(dú)的信號(hào)，并且可以使用超過(guò) 100 個(gè)天線。第四，無(wú)線電接入網(wǎng)絡(luò)(稱為 C-RAN)的集中化正在將一些無(wú)線電處理功能移回移動(dòng)核心，這意味著更大的未壓縮無(wú)線電數(shù)據(jù)需要傳輸更大的網(wǎng)絡(luò)部分。

這是一場(chǎng)完美風(fēng)暴：每個(gè)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(gè)都會(huì)強(qiáng)調(diào)從基站到互聯(lián)網(wǎng)的連接;結(jié)合起來(lái)，它們構(gòu)成了一個(gè)更大的問(wèn)題。

問(wèn)題的核心

蜂窩塔上的無(wú)線電通過(guò)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(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒Q為基帶單元 (BBU) 的處理站點(diǎn)?；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(yùn)營(yíng)商能夠?qū)?BBU 從單個(gè)蜂窩塔移到更靠近網(wǎng)絡(luò)中心的位置。由于可以通過(guò)集中處理和管理來(lái)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(wú)線電的前傳鏈路。這就是數(shù)十或數(shù)百個(gè) MIMO 流的未壓縮無(wú)線電數(shù)據(jù)創(chuàng)建多達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)的流量的地方。4G LTE 網(wǎng)絡(luò)使用稱為通用公共無(wú)線電接口 (CPRI) 的 2003 年前傳標(biāo)準(zhǔn)。CPRI 支持高達(dá) 10 Gbps 的數(shù)據(jù)速率，跨越超過(guò) 10 公里(略超過(guò) 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(jì)上無(wú)法接受。

eCPRI 是由一組 5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商 CPRI 論壇開(kāi)發(fā)的基于數(shù)據(jù)包的前傳接口。成員預(yù)計(jì)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(lái)源：CPRI 論壇

其他提議的解決方案包括無(wú)線電單元和 BBU 之間不同級(jí)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(wú)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(píng)估針對(duì)前傳數(shù)據(jù)緊縮的不同解決方案。系統(tǒng)級(jí)仿真是此類評(píng)估中的重要工具。通過(guò)參數(shù)化系統(tǒng)模型，可以評(píng)估不同的架構(gòu)，并可以整體比較前傳數(shù)據(jù)負(fù)載。

與此同時(shí)，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(yàn)。