Mobile Fronthaul for next generation radio access networks

Abstract

The ever-increasing demand for better fixed and mobile broadband connectivity is evident and necessitates the search for new mobile networks with new requirements. Heterogeneous communication systems that can support various innovative wireless technologies, services and applications are envisioned for fifth-generation (5G) and upcoming sixth-generation (6G) networks. While there are several proposed architectures for radio access networks, the Cloud Radio Access Network (C-RAN), which has been widely considered as a promising and viable solution for the next generation network, has been criticized for its stringent mobile fronthaul (MFH) requirements due to the Common Public Radio Interface (CPRI) to achieve seamless connectivity. Considering the desired high capacities, optical fiber is an obvious transmission medium for building transparent links due to its low attenuation, insensitivity to electromagnetic interference, and enormous bandwidth. Nevertheless, the transmission of high-speed wireless channels over optical fibers poses a great challenge, especially when low latency and jitter are required. To overcome these challenges, optical transport technologies are used in this work. Moreover, considering the above requirements, possible transport solutions without CPRI for mobile fronthaul are investigated. Finally, to realize a flexible mobile fronthaul, a modified C-RAN prototype architecture is developed based on the extensive use of an open-source platform to demonstrate optical wireless convergence is demonstrated and promising results are presented in this thesis.

A constante procura por melhores serviços de banda larga fixa e móvel é evidente e despoleta uma necessidade de desenvolver novas redes móveis com requisitos mais exigentes. As redes 5G e 6G já preveem a utilização de sistemas de comunicação heterogéneos que suportem novas aplicações e tecnologias wireless. De entre as várias arquiteturas propostas para as redes rádio de acesso, a Cloud Radio Access Network (C-RAN) tem sido considerada com o uma solução viável para as redes de próxima geração. No entanto, esta solução exige elevada largura de banda e baixa latência na ligação de fronhaul (MFH) devido ao uso da interface CPRI. Considerando a procura por alta capacidade, a fibra ótica é o meio de transmissão mais adequado para a implementação de links transparentes dada a sua baixa atenuação, insensibilidade a interferência eletromagnética e grande largura de banda. No entanto, a transmissão de sinais wireless de alta velocidade na fibra ótica apresenta um desafio, especialmente quando é exigida baixa latência e jitter. Dados estes requisitos, neste trabalho são estudadas possíveis soluções para tecnologias óticas de transporte que evitem o uso do CPRI. Finalmente, uma ligação de fronthaul flexível baseada numa arquitetura C-RAN modificada é realizada recorrendo a uma plataforma de código aberto, demonstrando convergência entre domínios ótico-wireless com resultados promissores.