Demonstrador C-RAN para redes móveis de próxima geração

Abstract

Nas últimas décadas, o caminho da evolução nas redes de telecomunicações tem vindo a ser percorrido com vista a proporcionar melhor serviço móvel ao nível de capacidade e disponibilidade aos utilizadores. Mais recentemente, com a introdução do 3G e 4G, tem-se assistido a novas formas de aceder a informação impulsionadas pela proliferação dos dispositivos m oveis ligados à rede. Este fenómeno tem levado a um aumento exponencial do consumo de dados e, consequentemente, ao aumento dos custos de operação e manutenção das infraestruturas de acesso por parte dos operadores de telecomunicações. No âmbito desta evolução, surge o paradigma C-RAN, que propõe uma reformulação das atuais arquiteturas de redes de acesso r adio. Esta reorganização passa pela simplificação das atuais base stations em aparelhos de menor complexidade, as Remote Radio Heads (RRH), com a centralização das funções da camada física em Base Band Unit (BBU). A nova arquitetura proposta requer equipamentos com elevada exibilidade e interoperabilidade, tais como soluções baseadas em Software De ned Radio (SDR). Nesta dissertação de Mestrado é apresentado um demonstrador para C-RAN com foco na componente digital da RRH, desenvolvido em plataforma reconfigurável, sob o paradigma SDR. A interface com a BBU é implementada de acordo com a especifcação da interface Comon Public Radio Interface (CPRI), que tem como objetivo padronizar as interfaces em base stations, garantindo a interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes. O demonstrador consiste em dois kits de desenvolvimento baseados em Field Programable Gate Arrays (FPGAs), com ligação ótica entre si, sendo que um simular a BBU e o outro integra uma prova-de-conceito da RRH. Nesta última, o andar de R adio Frequência (RF) foi implementado com um front end analógico encarregue de efectuar a conversação de sinal entre os domínios analógico e digital. Deste modo foi possível, em laboratório, testar e validar a transferência de dados de utilizador pela ligação ótica, analisar a qualidade da transmissão em RF, assim como a medição de atrasos do sistema.

In the last decade, the path of evolution in telecommunications networks has to be traversed in order to provide best mobile service in terms of capacity and availability to users. More recently, with the introduction of 3G and 4G, we've seen new forms of access to information pushed by the proliferation of mobile devices connected to the network. This phenomenon has led to an exponential increase in data consumption and, consequently, the increased expense of operation and maintenance of access infrastructure by operators of telecommunications. As part of this evolution, the CRAN paradigm, proposes a redesign of the current radio access network architecture. This reorgnization involves the simpli cation of existing base stations in less complex devices as the Remote Radio Heads (RRH) as well as the centralization of the functions of the physical layer, on the Base Band Unit (BBU). The proposed architecture requires new equipment with high exibility and interoperability, such as Software De ned Radio (SDR) solutions. In this Master's thesis, a demonstrator for C-RAN, focusing on digital component of RRH and based on a recon gurable platform under the SDR paradigm is presented. The interface with the BBU is implemented according to the speci cation of Comon Public Radio Interface (CPRI) interface, which aims to standardize interfaces in base stations, guaranteed interoperability between equipment from di erent manufacturers. The demonstrator consists on two development kits based on Field Programmable Gate Array (FPGA), with optical connection between them, one of which will simulate the BBU and the other contains a proof-of-concept for a RRH. In this last one, the Radio Frequency (RF) stage was implemented with an analog front end to make the signal conversion between analog and digital domains. Thus, it was possible, in the laboratory, to test and validate the transfer of user data through the optical link as well as analyse the RF transmission quality, and measure the system's delays.