Selon Statista, le nombre d'abonnés mobiles uniques dans le monde devrait augmenter de 160 millions, passant de 5,7 milliards d'abonnés en 2020 à 5,86 milliards en 2025. Cette croissance massive des données signifie davantage d'attentes concernant la vitesse des données, la capacité et l'expérience client.


(Source : Moniem-Tech)

La technologie 4G fournit l'architecture réseau pour transmettre d'énormes quantités de données sur les interfaces radio mobiles et selon le rapport de la GSMA, 85 % ou plus des connexions mobiles devraient être 4G ou 5G. Cela nécessitera une augmentation massive du nombre d'antennes pour accueillir tous les nouveaux abonnés et autres appareils. Cela augmentera également la quantité de traitement du signal à gérer, nécessitant ainsi des quantités croissantes d'espace pour les tours de téléphonie mobile, ce qui pose un problème important, en particulier dans les zones urbaines.

La 5G concerne le réseau de transport

La 5G prend en charge différents cas d'utilisation avec de nouvelles technologies telles que le MIMO massif, le spectre à bande élevée et la formation de faisceaux qui conduisent à une plus grande capacité de données, ce qui est l'un des défis traditionnels des réseaux des générations précédentes. Par exemple, la 4G prend en charge l'interface radio publique commune (CPRI). La première question est donc : qu'est-ce que la CPRI ?

Qu'est-ce que la CPRI ?

L'initiative CPRI a été initialement menée par un consortium de fournisseurs, principalement Ericsson, Huawei, NEC, Nortel Networks et Siemens. La connexion entre les RRU et la station de base est souvent appelée « fronthaul ».

La première spécification a été publiée en 2003 et couvre les données du plan utilisateur, les mécanismes de transport du plan de contrôle et les moyens de synchronisation. Le CPRI n'impose pas de séparation fonctionnelle entre l'unité radio et l'unité de traitement en bande de base, mais fait référence à une séparation fonctionnelle radio qui est RF-PHY (3GPP option 8).


Description de l'interface CPRI (Source : Moniem-Tech)

Le transport a une structure TDM avec un débit binaire constant et une échelle avec le nombre de branches d'antenne et la bande passante d'antenne prise en charge dans l'air. Le CPRI est adapté aux connexions point à point entre l'unité radio (RU) et l'unité numérique (BBU), lorsque l'unité numérique est proche du site de l'antenne.


Concept frontal (Source : Moniem-Tech)

L'interface radio publique commune, ou CPRI, est un protocole largement utilisé pour transmettre des données RF numérisées sur fibre optique entre les radios et les équipements en bande de base. En tant que flux série sans possibilité d'agrégation de paquets, le CPRI est inefficace en termes de bande passante, ce qui entraîne des coûts de transport plus élevés. Le groupe de travail IEEE 1914.3 a développé une nouvelle norme Radio over Ethernet (RoE) pour résoudre ce problème.

Le protocole Radio over Ethernet (RoE) permet d'envoyer le trafic radio 4G via Ethernet standard. Cela se fait en encapsulant la 4G dans des trames Ethernet au niveau du site cellulaire avec la passerelle fronthaul et en utilisant une autre passerelle fronthaul pour la décapsuler vers CPRI au niveau du site central avant de la transmettre à la BBU 4G. La décapsulation est nécessaire au niveau du site central car les BBU 4G utilisent toujours CPRI.

Étant donné que CPRI est un flux TDM à débit binaire constant avec une interface série, pour prendre en charge le CPRI sur Ethernet, il doit convertir CPRI en Ethernet qui transmet un flux constant de paquets dans le réseau, offrant une charge fixe. Étant donné que la demande de pointe doit être prise en compte, cette charge fixe est souvent la charge de pointe. Ainsi, la conversion CPRI vers Ethernet au niveau du commutateur/de la passerelle finit par utiliser beaucoup plus de bande passante dans le réseau de transport que ce qui est réellement nécessaire.


RoE (Source : Moniem-Tech)

Le CPRI est-il adapté à la 5G ?

Comme je l'ai mentionné précédemment, la 5G prend en charge différents cas d'utilisation avec des exigences différentes, ce qui conduit à l'introduction de nouvelles divisions dans la pile de protocoles RAN, la division de couche inférieure (LLS), également connue sous le nom de fronthaul, et la division de couche supérieure (HLS), qui conduit à différentes divisions avec des exigences de latence et de bande passante différentes en fonction du cas d'utilisation et du scénario.


Architecture du protocole RAN telle que décrite dans le 3GPP TR 38.801 (Source : Moniem-Tech)

La séparation de la couche inférieure, entre l'unité radio (RU) et l'unité de bande de base (BBU), était basée sur l'interface radio publique commune (CPRI) dans le segment de transport fronthaul en 4G. En 5G, pour offrir une meilleure efficacité de débit et une meilleure évolutivité des nœuds, davantage de fonctionnalités de bande de base ont été déplacées vers la radio et la nouvelle interface eCPRI basée sur Ethernet a été introduite. L'efficacité de débit et l'évolutivité sont dues au fait que l'eCPRI transporte des données de couche entre la radio et les nœuds de calcul RAN 5G, tandis que le CPRI transporte des échantillons de porteuse dans le domaine temporel par antenne. Pour cette raison, le CPRI n'est pas adapté à la 5G, ce qui conduit à une nouvelle évolution appelée eCPRI, car lorsque nous passerons à la 5G, la fibre entre les RRU et l'unité de bande de base va transporter beaucoup plus de trafic, ce qui rend difficile la réalisation d'une interface série.

Qu'est-ce que l'eCPRI ?

La spécification eCPRI a été développée par Ericsson AB, Huawei Technologies Co. Ltd, NEC Corporation et Nokia. Il s'agit d'un protocole basé sur les paquets destiné aux réseaux de transport basés sur les paquets (Ethernet ou IP). Le 31 août 2017, Ericsson AB, Huawei Technologies Co. Ltd, NEC Corporation et Nokia ont publié les spécifications eCPRI.

eCPRI offre au réseau d'accès radio plus de flexibilité et, en exploitant les technologies standard de l'industrie comme Ethernet et la synchronisation 1588v2(PTP), permet une réduction des coûts de liaison frontale.


Description de l'interface eCPRI (Source : Moniem-Tech)

Par rapport au CPRI, l'eCPRI permet de diminuer les demandes de débit entre RRU et BBU via une décomposition fonctionnelle flexible tout en limitant la complexité du RRU.


(Source : Moniem-Tech)

La spécification eCPRI prendra en charge la 5G et permettra une efficacité accrue afin de répondre aux besoins prévus pour les réseaux mobiles 5G. Contrairement à la spécification CPRI, la spécification eCPRI prend en charge une plus grande flexibilité dans le positionnement de la division fonctionnelle à l'intérieur de la couche physique de la station de base cellulaire.

Conclusion

L'eCPRI facilite de nouveaux modèles de déploiement tels que les RAN centralisés (CRAN) qui complètent le modèle RAN distribué (DRAN) couramment déployé aujourd'hui. La coordination RAN et une utilisation plus élevée de la bande de base sont mieux évolutives avec des nœuds de calcul RAN déployés dans des sites de hub centralisés. L'eCPRI dans les DRAN améliore l'efficacité du réseau sur site en raison de la réduction des besoins en capacité sur le réseau fronthaul ainsi que des capacités de liaison et d'extension de port dans la commutation Ethernet/IP. Il s'agit d'une interface de trafic en temps réel qui utilise un nouveau LLS, utilisant des technologies standard qui ont prouvé une meilleure évolutivité de la bande passante et permettent ainsi l'utilisation d'algorithmes de coordination sophistiqués pour garantir les meilleures performances radio possibles.

Source : https://moniem-tech.com/2022/10/19/the-evolution-from-4g-to-5g-by-cpri-to-ecpri-transformation/