FRONTHAUL & BACKHAUL MOVIL

Jueves, 18 Febrero 2016

Con la tecnología 3G se inaguró la era de arquitectura de estación base distribuida, donde la unidad de función de radio, también conocida como Cabeza de Radio Remota (RRH – Remote Radio Head), se desagrega de la unidad de función digital, o Unidad de Banda Base (BBU – Base Band Unit) conectándose entre sí mediante fibra óptica.

Las señales de banda base (BBU) se transportan sobre fibra, utilizando el estándar OBSAI o CPRI (señal de radio digitalizada), hasta las unidades de radio remotas, RRH.

CLOUD RAN
A esta arquitectura se le conoce por el nombre de Cloud RAN o simplemente C-RAN. Actualmente la mayor parte de los operadores se encuentran en una fase inicial del C-RAN, denominada LOCAL RAN o RAN Local. Esto indica que tanto BBU como las RRH se encuentran desplegadas en un mismo emplazamiento, pero conectadas entre sí mediante fibra. En el emplazamiento se encuentra un CSG (Cell Site Gateway) que realiza el backhaul de la celda hasta la troncal del operador mediante fibra.

Pero los operadores móviles se encuentran en proceso de adopción de una configuración “CENTRALIZED RAN” o RAN Centralizada. En este esquema las BBU se alojan en una central o PoP (punto de presencia), conectándose mediante fibra con las RRH situadas a distancias inferiores a los 10 kilómetros. Actualmente una BBU da servicio de media a 6 cabezas remotas, RRH. En el caso de una celda LTE, se emplean generalmente 3 RRH, 1 por sector para cubrir los 360º. Por dar una idea de dimensiones, una macro celda con servicios LTE, 3G y 2G puede requerir hasta 15 RRH. Cada RRH precisa de una conexión de fibra para el transporte de la señal CPRI con la unidad de banda base, BBU.

La popularización del C-RAN viene determinado por factores operacionales y económicos, como la simplificación de los emplazamientos de las antenas, con menor necesidad de espacio y consumo energético al desaparecer del mismo la BBU. Además están cuestiones de emplazamientos compartidos entre varios operadores, así como la necesidad de nuevos emplazamientos para mejorar la cobertura del 4G, o más tecnologías de radio (LTE) en emplazamientos con poco espacio libre disponible.
Otros factores que cobran especial relevancia son la facilidad de reparación al reducirse la complejidad, estructuras metálicas más livianas y de menor tamaño, en muchos casos desaparición de unidades de refrigeración y posibilidad de alimentar en parte mediante paneles solares (como en el caso de celdas pequeñas, small-cells).
Por tanto, se puede resumir que la reducción de costes y la facilidad de despliegue y mantenimiento son los principales factores que empujan la adopción de C-RAN.
También es relevante señalar que una misma BBU podría estar dando servicio tanto a una macro celda como a celdas pequeñas (small cells), por lo que el C-RAN se convierte en un escenario todavía más interesante que si tomamos el caso de las macro celdas únicamente.
Una vez planteado el nuevo escenario podemos comprobar que surge una nueva pieza en la arquitectura, de gran criticidad para determinar el TCO o coste total de propiedad: el FRONT-HAUL
FRONT HAUL
La mayor parte del “backhaul” y “fronthaul” móvil que se despliega actualmente son enlaces punto a punto sobre fibra obscura, empleando transceptores grises. El crecimiento de la red de acceso impulsado por la demanda de datos móviles tiene un impacto directo sobre las conexiones de fibra requeridas. Sean estas alquiladas, o nuevos despliegues, se plantean retos presupuestarios y de diseño.
El FRONT HAUL es la conexión mediante fibra entre las cabezas de radio remotas (RRH) y las unidades de banda base (BBU) emplazadas en la central (si excluimos la arquitectura Local C-RAN). Se plantean dos alternativas principalmente: utilización de fibra obscura, o WDM para multiplexar varias señales (o RRH) sobre fibra, y así reducir el número de fibras requeridas. Para hacerse una idea, una macro celda con 15 RRH necesitaría 15 fibras obscuras desde el emplazamiento hasta la central donde se encuentran las BBU. En caso de utilizar tecnología WDM, las 15 señales CPRI se multiplexan sobre una única fibra, ahorrando las 14 restantes.
FRONT HAUL WDM
Como se ha apuntado, la multiplexación de señales de múltiples antenas sobre una única y ya existente fibra puede evitar o retrasar la decisión de alquilar o desplegar nuevas fibras. Tanto el “fronthaul” como el “backhaul” de fibra se pueden implementar mediante una arquitectura pasiva, que simplifica el despliegue y reduce la inversión y coste operacional. Los elementos de esta red pasiva lo constituyen transceptores CPRI coloreados y multiplexores ópticos, apoyados por sistemas de supervisión y de protección ante rotura de fibras.
La tecnología CWDM es muy madura, sencilla, eficiente y escalable a DWDM. Los transceptores CPRI están disponibles en la práctica totalidad del espectro CWDM (también disponibles en el espectro DWDM).
La transición a una red “coloreada” puede parecer fácil, sin embargo las redes “fronthaul” móvil plantean nuevos retos debido a limitaciones ambientales y de la propia tecnología CPRI. Los transceptores y multiplexores tienen que soportar condiciones ambientales extremas allí donde estén ubicadas las antenas.
Además, la supervisión y protección del enlace desempeña un papel clave en el mantenimiento del máximo rendimiento de la red. Haciendo frente a los desafíos técnicos y de negocio paso a paso asegura que la evolución del “front/back- haul” sea simple, eficiente y a prueba de futuro.
HUBER+SUHNER Cube Optics combina la experiencia de H+S en el diseño y fabricación de soluciones de cableado para planta externa durante muchos años, con dilatada experiencia en RF, fibra y tecnología móvil (MASTERLINE Ultimate). Cube Optics (CUBO) a su vez es importante referente en el diseño y fabricación de tecnología WDM aplicadas al sector OEM de transceptores de última generación (40G, 100G) y soluciones Telecom.
El “fronthaul” requiere soluciones WDM pasivas flexibles, que puedan adaptarse a diferentes escenarios: transmisión sobre una fibra o par de fibra, longitud del enlace, menor pérdida de inserción posible, capacidad de combinar enlaces punto a punto con enlaces punto a multipunto (Daisy-Chain), capacidad de expansión al añadir nuevas RRH, capacidad de combinar longitudes de onda DWDM con CWDM ya instalado, etc. Desde el punto de diseño de red, la flexibilidad será siempre un reto, y la capacidad de elegir a la carta el número de canales y colores proporciona ventajas competitivas al operador de red móvil. A esto hay que añadir el conocimiento y capacidad de testeo y homologación de transceptores CPRI (hasta 10G) sean CWDM, DWDM, y variantes para rangos de temperatura para uso industrial (-40°C a 85°C).
Las antenas remotas (RRH) se encuentran a menudo en lugares desprotegidos, en condiciones ambientales adversas. Esto requiere que los multiplexores y transceptores CPRI (RF over Fiber) tengan que alojarse en elementos estancos que son además parte del cableado de la macro-celda o celda-pequeña. La conexión y desconexión de los conectores de fibra hasta las RRH deben ser rápida y sencilla. Los conectores de fibra deben estar protegidos y fácil de limpiar con el fin de evitar que el polvo, suciedad y elementos extraños repercuta en una mayor atenuación total del camino desde la BBU hasta la RRH. No se debe minusvalorar este efecto, que es la causa más frecuente de fallo o inestabilidad en los enlaces de fibra.
A menudo la macro celda se encuentra en una ubicación estratégica, en un campus o junto a sedes de empresas, edificios gubernamentales o centros comerciales, y el operador debe asegurar el cumplimiento de acuerdos de nivel de servicio (SLA). El corte de la fibra del “fronthaul” supondría una interrupción de los servicios de telefonía móvil y de datos, por lo que es habitual que la macro celda se conecte con la central mediante 2 caminos alternativos. H+S Cube Optics proporciona soluciones de conmutación óptica para enrutar hacia el camino alternativo todo el tráfico entre BBU y RRH.
Un factor importante a considerar desde el punto de vista de operaciones de red consiste en la monitorización de la calidad óptica del enlace de fibra.
Con el fin de simplificar esta monitorización, H+S Cube Optics ha diseñado una solución pasiva, combinada con la multiplexación óptica, de manera que se añade un nuevo canal óptico con una “lambda piloto” (1625 ó 1650nm, …), y un reflector en el extremo (macro celda) que refleja la lambda piloto, de forma que mediante un OTDR en la central (manual o automático) podemos caracterizar el estado de la fibra, y si ha sufrido alguna degradación. Al contar el enlace con una lambda piloto y un reflector en su extremo simplifica de manera importante la necesidad de entrenamiento para el operador del OTDR (Optical Time Domain Reflectometer - aparato de medidas de reflectometría óptica). También se puede emplear un OTDR automático, con capacidad de supervisión de múltiples fibras de “fronthaul” mediante conmutación óptica. El enlace se caracteriza en el momento inicial del despliegue, y a partir de ese momento toda desviación medida generará una alarma de mantenimiento.
H+S Cube Optics resuelve la problemática de integrar lambda piloto, puerto de monitorización y reflector en el ensamblaje de multiplexación de la macro-celda.

MASTERLINE Ultimate SC E1 (with CWDM) Multiriser cable with compact connector head
MLU SC E1 4port
2 fibras de entrada y 3 o 4 puertos (Q-ODC®-2) de salida

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