Analizzare le reti C-Ran

Il mercato mondiale delle telecomunicazioni sta affrontando una duplice sfida, la crescita esplosiva del traffico dati mobile da un lato e dall’altro la necessità di ridurre i costi operativi delle reti mobile. Ciò ha portato all’emergere di nuove architetture di rete, compreso l’utilizzo di centralised radio o C-Ran (Cloud radio access networks). Queste reti possono essere meglio comprese ripensando all’evoluzione delle reti mobili, specialmente il ruolo delle stazioni base. Originariamente, le stazioni base consistevano in un rack di apparecchiature all’interno di un edificio, con un lungo cavo coassiale che collegava le apparecchiature all’antenna. Oggi invece le stazioni base sempre di più utilizzano apparecchiature radio remote. Il modulo Rf, noto come Rrh (Radio remote head), è posizionato vicino all’antenna, tra la Rrh e la stazione base dove la connessione viene realizzata da una fibra ottica attraverso cui il segnale Rf è digitalizzato, modulato e trasportato su fibra ottica, con l’evidente vantaggio di una bassa perdita di segnale, leggerezza, robustezza, facilità di connessione e immunità alle interferenze. Per gli operatori, la fibra riduce i costi di energia e delle apparecchiature, estende la distanza possibile tra stazione base e antenna, e facilita l’installazione. C-Ran rappresenta un passo in avanti per le reti mobili dato che è pronta per la rivoluzione 5G. In particolare, consente la modularità, riduce i costi delle apparecchiature e il consumo di energia, incrementa qualità, larghezza di banda e copertura, e semplifica l’installazione.

L’architettura C-Ran 

La transizione verso C-Ran ha creato due aree all’interno delle reti mobili: fronthaul e backhaul. La funzione del fronthaul è di consentire alle baseband unit di connettersi facilmente alle unità radio remote senza impattare negativamente sulle performance radio. Questa sezione contiene le antenne di collegamento al Rrh e la baseband unit. La funzione del backhaul è di connettere le baseband unit (note come “Bbu hotel”), sparse geograficamente, alla rete metropolitana. Nella sezione fronthaul, sono attualmente implementati due standard: il Cpri (Common public radio interface) e la Obsai (Open station architecture initiative). Pur non avendo la stessa origine, quanto meno definiscono i physical e link layer. Ci sono protocolli di framing, codifica, controllo e sincronizzazione, mentre la velocità di linea è definita per il traffico up e down in uno spettro che spazia tra 600 Mbit/s e 10 Gbit/s e, più di recente, anche fino a 25 Gbit/s. Per il physical layer, sono possibili diverse topologie, tra cui a stella, lineare, ad albero e ad anello. Sebbene possa essere utilizzato un supporto come il rame, il collegamento ottico è quello preferito. La rete backhaul utilizza lo standard Ethernet per collegare le unità Bbu una all’altra. Ci sono tre tipi di topologie rete di di fronthaul C-Ran: passive, attive e semi-passive. Queste reti utilizzano la tecnologia Wdm (Wavelength division multiplexing), che permette di estendere le capacità di connessione e di migliorare la scalabilità. La tecnologia di rete passiva è la più semplice modalità per realizzare un fronthaul C-Ran, oltre che minimizzare il consumo di energia. Tuttavia, non è facile modificare la configurazione della connessione o avere configurazioni multi-operatore, ed è meno scalabile. Le reti attive richiedono più apparecchiature e hanno un consumo più elevato, ma in compenso consentono maggiore scalabilità, una più semplice connettività, e funzionalità aggiuntive quali Oam (Operation administration maintenance).

Test su reti ottiche fronthaul 

Se confrontate con le reti longhaul, come reti metropolitane e sistemi core, le reti fronthaul hanno un raggio di azione breve, inferiore ai 40 km, e utilizzano fibra single-mode, con conseguente perdita ottica complessiva di molto inferiore a 20 dB. Ciò significa che il range dinamico richiesto dagli strumenti di analisi non è eccessivo. Il collegamento tra Bbu ed Rrh include un minimo di fino a sei connettori e diverse fibre corte, e la sfida del test sarà quella di identificare e verificare questi brevi collegamenti ed assicurare che fibre e connettori siano in buone condizioni funzionali e connessi al posto giusto. Per queste verifiche, sono normalmente utilizzati un microscopio ed un identificatore di fibre. Nel caso siano richieste fibre lunghe, sarà necessario un Otdr (Optical time domain reflectometer) per caratterizzare le fibre, mentre dove vi fosse un problema con il collegamento ottico, l’Otdr sarà in grado di localizzare il problema. Tutte queste apparecchiature, insieme a un misuratore ottico della potenza, un optical loss test set e una sorgente di luce visibile per aiutare nell’identificazione della fibra, sono ora disponibili e integrate in un singolo chassis nel tester MT1000A di Anritsu.

Test su collegamenti Cpri e Obsai 

Le specifiche di rete fronthaul includono le raccomandazioni per i collegamenti Cpri e Obsai. La qualità dei dati richiede un bit error rate inferiore a 10-12, per qualsiasi bit rate, mentre la latenza di Rtt (Round-trip time) deve essere inferiore a 5 µs escluso il cavo e 150 µs per una distanza di 30 km. Per il physical layer ottico, la lunghezza d’onda e potenza devono essere conformi alle specifiche dell’interfaccia Sfp. Inoltre, durante l’installazione o manutenzione, è raccomandato un controllo sul modulo Sfp. Dove la configurazione fosse una rete attiva, possono essere testati alcuni protocolli specifici quali sistema di commutazione automatica di protezione per lo standard Otn. Lo standard Cpri integra uno specifico protocollo conosciuto come “L1Inband” per stabilire il collegamento tra Bbu ed Rrh. Un tester come l’MT1000A di Anritsu può emulare questo protocollo per verificare se Bbu o Rrh siano in funzione e possano essere connessi alla rete durante l’installazione o manutenzione. È anche possibile configurare l’analizzatore perché compia test di controllo utilizzando un accoppiatore ottico (Tap) o impostando il tester sulla modalità “thru”.

Test Rf in una rete fronthaul

I dati Rf digitalizzati nel collegamento a fibra sono l’immagine speculare del segnale Rf inviato all’antenna. Se i dati Rf possono essere estratti dal collegamento in fibra, l’analisi di segnale e interferenza può essere eseguita utilizzando i dati digitali come potrebbe essere fatto con il segnale Rf all’antenna. I test sui segnali Rf attraverso Cpri o Obsai (RfoCpri/Obsai) possono essere realizzati sia in uplink che downlink. Lo spettro del segnale può essere visualizzato sul tester, e le interferenze o errori di segnale rilevati. Per analizzare il segnale Rf digitalizzato possono essere utilizzati due tipi di tester, a seconda dell’applicazione. Uno specialista di manutenzione Rf potrebbe utilizzare un analizzatore di spettro e un tester per cavi Rf per misurare il segnale elettrico , mentre uno specialista di installazioni di reti utilizzerà un Otdr e un tester digitale per misurare il collegamento ottico e il segnale digitale. In entrambi i casi, i moderni strumenti di analisi hanno opzioni che rendono possibile analizzare lo spettro del segnale Rf ottico digitalizzato. I test del segnale Rf digitalizzato devono essere eseguiti mentre il collegamento è attivo, il che richiede un accoppiatore ottico da inserire nel collegamento in fibra. Il Tap può essere posizionato nel Bbu hotel al fine di minimizzare il numero di spostamenti richiesti per testare più siti. Nelle configurazioni lineari o ad anello, più Rrh possono essere analizzati simultaneamente. In downlink, è possibile verificare la corretta funzionalità del Bbu, i livelli di Cpri e la conformità del segnale digitale con la capacità Rrh. Tuttavia, i test RFoCpri/Obsai sono utili specialmente per l’uplink. Poichè un telefono cellulare ha una potenza di trasmissione di molto inferiore a quella Rrh, l’interferenza ha sul sistema il suo impatto maggiore nell’uplink. L’uplink è anche soggetto a interferenze da Pim (Passive intermodulation). Il rilevamento delle Pim e la distanza dalla sorgente di Pim possono essere prontamente analizzati nel digital domain utilizzando i dati Cpri IQ. La Fig. 4a mostra un effettivo spettro di uplink attraverso il collegamento Cpri, mentre la Fig. 4b mostra un’immagine dello spettrogramma che consente di osservare interferenze intermittenti.

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