5G的前传网络会被大量数据击垮吗？

我们都知道 5G 的承诺：超快的速度和更高的响应能力(更低的延迟)，但你有没有想过这对手机信号塔背后的网络意味着什么?5G 的几个方面正在密谋可能压倒前传网络——你的手机和互联网之间的链接之一。

考虑一下您使用当前部署的 4G LTE 网络的体验。当很多人同时开始使用手机时，例如在拥挤的体育场中场休息时，或者当飞机降落并且每个人都重新打开手机时，连接速度似乎停止了，网络响应速度变为零. 当每部手机都试图以当前 4G 速度的 100 倍流式传输 4K 视频或处理下载时会发生什么?

我们可以处理速度吗?

首先，手机和手机信号塔顶部的无线电需要处理更高的数据传输速率。使用新的 5G 频段(包括更高频率的毫米波频段)、更宽的带宽和更复杂的调制方案，无线链路应该能够支持更高的 5G 传输速率和更低的延迟。制造作为智能手机和基站无线电核心的调制解调器芯片组的高通公司最近展示了 4Gbps 峰值传输速率作为一个令人信服的数据点。

但新的 5G 基站不仅必须处理更高的每用户传输速率，还必须支持每个蜂窝站点更多的用户。新的 5G 技术大规模 MIMO(多输入多输出)将利用蜂窝塔上的大型天线阵列同时处理更多用户，同时提高传输速率和连接可靠性。

第三个复杂因素是大规模 MIMO 需要的射频数据流比服务的用户数量多得多。每个天线都需要一个单独的信号，并且可以使用超过 100 个天线。第四，无线电接入网络(称为 C-RAN)的集中化正在将一些无线电处理功能移回移动核心，这意味着更大的未压缩无线电数据需要传输更大的网络部分。

这是一场完美风暴：每个用户的传输率更高，用户更多，数据流比用户多，未压缩数据流更大。这些变化中的每一个都会强调从基站到互联网的连接;结合起来，它们构成了一个更大的问题。

问题的核心

蜂窝塔上的无线电通过前传网络和回传网络连接到互联网。前传网络将未压缩的无线电数据传输到称为基带单元 (BBU) 的处理站点。回程网络将分组数据从 BBU 传输到互联网。BBU 以前位于蜂窝塔的底部，但网络虚拟化和 C-RAN 使运营商能够将 BBU 从单个蜂窝塔移到更靠近网络中心的位置。由于可以通过集中处理和管理来降低基础设施成本，因此像 C-RAN 这样的服务提供商。

在这种配置中，挑战在于从 BBU 到蜂窝塔无线电的前传链路。这就是数十或数百个 MIMO 流的未压缩无线电数据创建多达两个数量级的流量的地方。4G LTE 网络使用称为通用公共无线电接口 (CPRI) 的 2003 年前传标准。CPRI 支持高达 10 Gbps 的数据速率，跨越超过 10 公里(略超过 6 英里)，适用于采用 C-RAN 架构的 4G LTE 网络。新的 5G 基站可能需要高于 600 Gbps 的数据速率，这可能需要新的光纤并且服务提供商在经济上无法接受。

eCPRI 是由一组 5G 网络设备供应商 CPRI 论坛开发的基于数据包的前传接口。成员预计现有 CPRI 规范的效率和链路容量利用率将不足以满足 5G 网络的需求。资料来源：CPRI 论坛

其他提议的解决方案包括无线电单元和 BBU 之间不同级别的功能划分(在基础设施成本和易于管理方面有各种权衡)、数据压缩(由于5G 所需的较低延迟可能无法工作)、或减少大规模 MIMO 基站上的天线数量。

服务提供商和网络设备制造商正在评估针对前传数据紧缩的不同解决方案。系统级仿真是此类评估中的重要工具。通过参数化系统模型，可以评估不同的架构，并可以整体比较前传数据负载。

与此同时，作为一名工程师，在学术期刊和新闻文章中看到吞吐量和延迟性能、连接可靠性、网络架构和基础设施部署成本之间的权衡是一种有趣的体验。