I det första inlägget i min tredelade serie om xHaul-nätverk fokuserade jag på 4G/5G fronthaul-nätverk. Jag berättade om hur branschen rör sig bort det senaste årtiondets stängda 4G/LTE-arkitektur, mot en mer öppen och standardiserad 5G fronthaul-arkitektur. Branschen genomgår en liknande utveckling när det gäller midhaul-nätverk, något jag ska berätta mer om i detta inlägg. I det tredje och avslutande inlägget i denna serie kommer jag att titta närmare på 4G/5G backhaul. 

Vad vinner vi på öppna standardiserade transportnätverk?

Varför vill du som nätverksoperatör ha öppna standardiserade xHaul-nätverk (fronthaul, midhaul, backhaul)? Därför att det leder till en bredare och säkrare leveranskedja, oavsett om du säljer nätverkstjänster till en slutkund eller ett telekombolag. Så fungerar det redan på andra områden i den globala nätverksbranschen. Tänk tillgång och efterfrågan. I ett brett ekosystem slipper du vara låst till en enda leverantör, innovationscyklerna snabbas upp och priserna går ned. Allt tack vare den ökade konkurrensen. Ett öppet standardiserat xHaul-nätverk skapar helt enkelt en lukrativ marknad, särskilt om du levererar nätverkstjänster till telekombolag. Då innebär ett öppet nätverk att du kan överge dyr svartfiber, som är vanlig inom 4G, till förmån för standardiserade paketbaserade nätverkstjänster, inte helt olika dagens backhaul-tjänster.

Vad är midhaul och i vilken del av mobilnätverket finns det?

En traditionell basstation har en hårdvarubaserad basbandsenhet (BBU) som kopplats till flera radioenheter (RU) uppe i masten. Basbandsenheten genererar och bearbetar digitaliserade radiosignaler. Radioenheterna omvandlar sedan dessa till analoga radiovågor som sänds ut från antennerna. Så har det sett ut genom i princip hela mobilnätens historia.

Med 5G kommer detta helt att förändras. Som nätverksoperatör kan du förvänta dig mer flexibilitet och prestanda.

I ett 4G Distributed Radio Access-nätverk (D-RAN) är basbandsenheten placerad i nederdelen av mobilmasten. I ett 4G Centralized/Cloud Radio Access-nätverk (C-RAN) finns den istället hos ett företag eller i ett datacenter längre bort. Fronthaul refererar till den del av nätverket som kopplar samman avlägsna radioenheter med basbandsenheter. Men var hittar vi midhaul-delen? Den kopplar samman de nya disaggregerade 5G-basbandsenheterna. 

Disaggregering av basbandsenheten

5G kommer att bygga på 4G-nätens arkitektur, med basbandsenheter och Remote Radio Heads (RRH). Men de nya näten kommer det att fungera som nedan, med en distribuerad enhet (DU), en centraliserad enhet (CU) och en aktiv antennenhet (AAU).

Bild 1: Den nya 5G-arkitekturen

När basbandsenheterna disaggregeras kommer en del sublager (PHY, MAC och RLC) istället att finnas i den distribuerade enheten (DU). Återstående sublager (så som PDCP, SDAP och RRC) kommer att utgöra den centraliserade enheten (CU). 5G-systemen kommer huvudsakligen att använda AAU, med integrerade RRH och antennsystem i en och samma enhet. De distribuerade och centraliserade enheterna (DU och CU) kan virtualiseras i RAN-anläggningar. Dessa kan finnas i olika delar av nätverket, helt beroende på strategi.

För ett virtualiserat RAN (vRAN) krävs särskild COTS-hårdvara. Den hjälper x86 CPUn att virtualisera innehåll från de distribuerade och centraliserade enheterna. Dessa acceleratorer krävs för att tillgodose kraven för IEEE 1588 Precision Timing Protocol (PTP) och synkront Ethernet (SyncE). Dessutom utför de exempelvis Forward Error Correction (FEC) i det övre fysiska lagret.

4G:s fronthaul-gränssnitt kommer att gå från dagens stängda Common Public Radio Interface (CPRI) till ett öppet gränssnitt, baserat på O-RAN 7.2x-specifikationerna. O-RAN 7.2x-fronthaul är helt paketbaserat. Därför kan transportnätverket använda sig av helt vanligt Ethernet för att leverera fronthaul-trafiken.

Disaggregering av 5G:s radiosystem kommer också att resultera i ett nytt paketbaserat midhaul-gränssnitt. Detta kommer att koppla samman distribuerade och centraliserade enheter via ett nytt 3GPP F1-gränssnitt. Fördröjnings- och jitterkraven för F1-gränssnittet är inte lika hårda som för O-RAN 7.2x-fronthaul. Därför kan F1-trafiken skickas med hjälp av olika paketbaserade funktioner, så som IP/MPLS, Segment Routing och E-VPN. De centraliserade enheterna kommer att disaggregeras ytterligare till CU User Plane (CU-UP) och CU Control Plane (CU-CP). Som du kan se nedan kopplas dessa till distribuerade enheter med F1-U respektive F1-C. CU-UP och CU-CP kommer att kopplas samman med hjälp av det nya 3GPP E1-gränssnittet. Midhaul-nätverk kan använda en rad olika topologier, såsom hub-and-spoke, mesh och ringformad, helt beroende på dina specifika behov.

Bild 2: Disaggregerade 5G (och ng-LTE) radio system-gränssnitt (ref: 3GPP TS 38.401, TS 37.470)

Vi räknar med att midhaul-nätverken kan klara upp till 100 km med en fördröjning på max 5 ms. Midhaul kan stödja olika Ethernet-hastigheter. Vi pratar 10 GbE initialt och sedan 25 GbE eller 50 GbE i system med distribuerade enheter. 3GPP F1 bör transporteras med hjälp av deterministisk Ethernet-teknik, såsom Time-Sensitive Networking (TSN) och FlexE/G.mtn. Då får slutanvändaren snabbare anslutning och kortare responstider.

Cienas främsta expert på mobila nätverk är Remus Tan, vår Product Line Manager med ansvar för Cienas 5G-produkter. Eftersom han sitter på unik kunskap om framtidens midhaul-nätverk, frågade jag honom vilka utmaningar och möjligheter han ser. Han svarade: ”3GPP och O-RAN har mognat och nu kommer produkter för 5G New Radio (NR) som är kompatibla mellan olika tillverkare och följer de senaste specifikationerna. De möjliggör ett RAN som är helt disaggregerat och virtualiserat, och som kan installeras i stor skala till ett rimligt pris. Under 2021 lär vi få se allt fler disaggregerade vRAN-installationer. Dessa kommer samtidigt som vi ser en ny våg av investeringar i xHaul-utrustning. Eftersom Ciena precis har lanserat 5G xHaul-routrar har vi ett utmärkt marknadsläge när denna disaggregerade vRAN-infrastruktur ska byggas upp.

Nu är det dags att öppna RAN

Nu är det hög tid för branschen att se till att de kommande midhaul-nätverken blir öppna och standardiserade. Annars väntar samma öde som för de stängda CPRI-baserade fronthaul-näten. Som tur är arbetar flera branschgrupper mot samma mål, exempelvis 3GPP och O-RAN Alliance. Standardisering och öppna specifikationer kommer att främja öppna midhaul-nätverk och alla de fördelar vi just nämnt.

OK, men vad gäller för backhaul?

Det får du läsa om inom kort. Mitt avslutande inlägg i denna tredelade serie kommer nämligen att handla om just 4G/5G backhaul.