Intégration et supervision des liens Fronthaul dans les réseaux 5G

par Zakaria Tayq

Thèse de doctorat en Electronique des hautes fréquences, optoélectronique et photonique

Soutenue le 12-12-2017

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) .

Le jury était composé de Christelle Aupetit-Berthelemot, Philippe Chanclou, Luiz Anet Neto, Nathan J. Gomes, Xavier Lagrange, Philippe Sehier.

Les rapporteurs étaient Maryline Hélard, Didier Érasme.


  • Résumé

    Le Cloud RAN a été préconisé pour la 5G. Cependant, sa mise en place rencontre des difficultés notamment sur l'intégration du fronthaul, ce dernier généralement basé sur l’interface CPRI représente le segment situé entre la Digital Unit et la Radio Unit. Vu les contraintes de débit, de latence et de gigue sur cette interface, le multiplexage en longueur est la solution adéquate pour son transport. En revanche, les technologies radio recommandées pour la 5G augmenteront considérablement les débits CPRI, ce qui rend l’utilisation du WDM bas coût très difficile. Cette thèse traite quatre sujets principaux : L'introduction d'un canal de contrôle dans le CPRI permettrait la supervision de l'infrastructure WDM et l'accordabilité en longueurs d'onde des transceivers. L’impact de l’intégration de ce canal de contrôle dans le fronthaul est étudié dans le chapitre II. La radio analogique sur fibre peut améliorer de manière significative l'efficacité spectrale du fronthaul, permettant potentiellement le transport des interfaces 5G. Une étude approfondie sur le gain réel apporté par cette solution est rapportée dans le chapitre III. La compression du CPRI basée sur la quantification uniforme et non uniforme est également une solution pour améliorer l'efficacité spectrale du CPRI. Le chapitre IV démontre expérimentalement les taux de compression réalisables. Enfin, les nouveaux splits fonctionnels sont considérés comme une solution prometteuse pour la 5G. Deux nouvelles interfaces ont été identifiées pour les splits couche haute et couche basse. Une étude théorique et expérimentale de ces nouvelles interfaces est présentée dans le chapitre V.

  • Titre traduit

    Fronthaul integration and monitoring in 5G networks


  • Résumé

    Cloud Radio Access Network (RAN) was identified as a key enabler for 5G. Its deployment is however meeting multiple challenges notably in the fronthaul integration, the latter being the segment located between the Digital Unit and the Radio Unit generally based on CPRI. Giving its bit-rate, latency and jitter constrains, Wavelength Division Multiplexing (WDM) is the most adequate solution for its transport. However, the radio technologies recommended for 5G will drastically increase the CPRI bit-rate making its transport very challenging with low-cost WDM. This thesis deals with four main topics : The introduction of a control channel in the CPRI enables offering the WDM infrastructure monitoring and the wavelength tunability in the transceivers. The study of this control channel integration in the fronthaul link is reported in the second chapter as well as an investigation on the wireless transmission of CPRI. The use of Analog Radio over Fiber (A-RoF) can significantly improve the fronthaul spectral efficiency compared to CPRI-based fronthaul enabling, potentially, the transport of 5G interfaces. A thorough investigation on the actual gain brought by this solution is stated in the third chapter. CPRI compression based on uniform and non-uniform quantization is also a solution to enhance the CPRI spectral efficiency. The fourth chapter describes this solution and experimentally shows the achievable compression rates. Finally, establishing a new functional split in the radio equipment was considered as a promising solution for 5G. Two new interfaces have been identified for high and low layer functional splits. A theoretical and experimental study of these new interfaces is reported in the fifth chapter.


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