Pressupostos

O termo C-RAN deriva de quatro pressupostos; são eles: centralized processing, collabo- rative radio, real-time cloud computing e clean system. Nas subsecções seguintes é feita uma breve descrição das quatro caraterísticas mais relevantes do C-RAN face à RAN atual. 2.2.1.1 Centralized Processing

Com o processamento de banda base centralizado é possível uma consolidação/partilha de recursos mais flexível. Por exemplo, durante períodos de menor tráfego, uma BBU pode processar dezenas de subportadoras LTE, enquanto que, durante períodos de maior tráfego, esta pode processar um número reduzido de subportadoras, podendo, assim, tirar partido de técnicas de cooperação como o CoMP, introduzido na Release 11 do standard LTE [GSX+_12].

Dependendo do tipo de funcionalidades que se pretende alcançar, existem duas topologias C-RAN, Fully Centralized e Partially Centralized. Cada uma delas apresenta algumas vanta- gens e desvantagens relativamente à outra. A principal diferença entre elas está no local onde é implementada a camada L1 (Physical Layer - PHY), como mostra a figura 2.6.

A primeira (com L1 centralizada) é mais prática do ponto de vista de expansão da capaci- dade do sistema e da manutenção de equipamentos. Esta solução apresenta igualmente outras vantagens, das quais se destacam o suporte Multi-Radio Access Technology (multi-RAT), a maximização da partilha de recursos disponíveis e a facilidade de implementação de técni- cas de rádio cooperativo, como o CoMP. Por outro lado, a sua grande desvantagem são as restrições em termos de largura de banda no fronthaul para o transporte de sinais In phase/Quadrature (I/Q) banda base. Por exemplo, para o caso do LTE com MIMO 4x4 com uma largura de banda de 20 MHz por canal, é necessária uma taxa de transmissão de,

RRH RRH RRH RRH RRH RRH RRH Virtual BS Pool

L1/L2/L3/O&M L1/L2/L3/O&M L1/L2/L3/O&M

Fiber

(a) Topologia Fully Centralized.

RRH/L1 RRH/L1 RRH/L1 RRH/L1 RRH/L1 RRH/L1 RRH/L1 Virtual BS Pool

L2/L3/O&M L2/L3/O&M L2/L3/O&M

Fiber or Microwave

(b) Topologia Partially Centralized.

Figura 2.6: Ilustração dos diferentes tipos de topologia de implementação da arquitetura C-RAN (retirado de [Lig14]).

aproximadamente, 8 Gbit/s [CPLC+_{13]. A segunda topologia (com L1 distribuída), Partially}

Centralized, ao contrário da anterior, tem a vantagem de necessitar menor largura de banda, já que integra o processamento da camada L1 nas RRHs. Comparando ambas as topologias, a ligação entre a BBU e a RRH, na segunda, necessita apenas de transportar dados desmo- dulados, o que representa entre 2% a 5% dos dados I/Q modulados. Como a modulação I/Q está integrada na RRH, o sistema torna-se menos flexível e as técnicas de rádio cooperativo mais difíceis.

Com o C-RAN, a implementação e atualização de sistemas de nova geração (LTE ou LTE- Advanced) torna-se mais barato, mais rápido e mais flexível. Por exemplo, é possível aumentar a capacidade e a cobertura destes sistemas ligando apenas mais uma RRH ao centralized office ou BBU pool. A solução fully centralized facilita o desenvolvimento de sistemas baseados em SDR que possibilitam a atualização das interfaces rádio apenas por software, focando-se em plataformas abertas como hardware reconfigurável e General Purpose Platform (GPP), aumentando a flexibilidade quanto ao suporte de multi-RAT [Chi13] [All13].

2.2.1.2 Collaborative Radio

O C-RAN fornece uma gestão de recursos rádio coordenada através do seu processamento centralizado. A partir do rádio cooperativo e de um sistema de antenas distribuído nas RRHs consegue-se uma elevada eficiência espetral, devido à facilidade de implementação de técnicas avançadas de processamento espacial, tal como o CoMP. Deste modo, consegue-se melhorar os níveis de cobertura, minimizar a interferência entre células (Inter-Cell Interference - ICI) e permitir a atribuição dinâmica dos recursos entre vários eNBs, aumentando a capacidade da rede [Chi13]. O CoMP é introduzido na subsecção 3.6.2 do Capítulo 3. Na figura 2.7, encontra-se um exemplo de rádio cooperativo numa arquitetura C-RAN.

interference interference

signal

(a) Processamento Separado.

signal signal signal

(b) Rádio Cooperativo.

Figura 2.7: Abordagem de rádio cooperativo entre unidades de rádio (eNBs) com vista a diminuir as interferências entre células (adaptado de [Chi13]).

2.2.1.3 Real-Time Cloud Computing

No C-RAN, ao centralizar o processamento de banda base num centralized office ou pool de BBUs, é possível partilhar recursos entre diversas RRHs. O centralized office é constituído por um conjunto de BBUs virtuais que implementam diversos standards de acesso rádio e que efetuam processamento paralelo. O cloud computing permite, assim, que se faça um pro- cessamento em tempo real de enormes quantidades de dados provenientes de várias RRHs, facilitado pelo uso de plataformas abertas e de virtualização com base em GPP, as quais per- mitem agregar processos e alocar de forma dinâmica os recursos disponíveis às BBUs virtuais. Desta forma faz-se uso da capacidade máxima de processamento, ao contrário do que acon- tece nas atuais RANs. Como a virtualização é feita ao nível do software, é fácil atualizar a plataforma de acordo com os requisitos do operador bem como o suporte para multi-RAT, de modo a suportar, para além do LTE, GSM e UMTS [Chi13] [GSX+_12].

2.2.1.4 Clean System

Com a centralização do processamento na BBU, o espaço ocupado por uma estação base torna-se bastante mais reduzido. Assim, a climatização do espaço e o consumo energético de equipamentos de suporte pode ser substancialmente reduzido, conseguindo os operadores de serviços móveis uma (significativa) redução de custos. A densidade de RRHs por unidade de área pode aumentar, graças às técnicas de rádio cooperativo. É assim possível instalar RRHs mais simples e mais pequenas que, por sua vez, podem transmitir potências menores, sem que a qualidade de cobertura da rede seja afetada. Do ponto de vista de O&M é mais simples e eficiente.