Samsung zaprezentował 5G virtual RAN ze wsparciem pasma C oraz Massive MIMO Radio

Adam Kmieć. Lider zespołu tworzącego oprogramowanie dla infrastruktury sieci 5G w Samsung R&D w Krakowie. Swoją przygodę z telekomunikacją rozpoczął w szkole średniej, uzyskując licencję krótkofalarską oraz rozwijając pasję do eksperymentowania i tworzenia nowych urządzeń radiowych. Od ponad 20 lat zawodowo związany jest z tworzeniem oprogramowania dla systemów telekomunikacyjnych w technologiach CDMA1X na rynki amerykańskie i azjatyckie. Szczególnie wspomina pracę nad stworzeniem od podstaw oprogramowania Call Processing dla stacji bazowych LTE (eNB). Absolwent Politechniki Krakowskiej i Stockholm University.

Zanim zaproszę Was do zapoznania się z tym „pierwszym na świecie” wydarzeniem, warto przybliżyć najważniejsze elementy tej układanki. Zacznijmy od niekwestionowanych zalet zastosowania wirtualizacji w sieci dostępowej (RAN – Radio Access Network):

• tak jak każda wirtualizacja, RAN dostarcza lepszą elastyczność. Przykładowo, jeśli zachodzi potrzeba powiększenia sieci o tuzin gNB (stacji bazowych 5G), wystarczy skonfigurować i uruchomić zwirtualizowane gNBs, bez potrzeby instalowania fizycznego sprzętu (hardware). Sytuacja jest analogiczna do uruchomienia kilku maszyn wirtualnych na komputerze PC z użyciem VirtualBoxa.
• Użycie dedykowanego, specjalnie zaprojektowanego sprzętu (embedded hardware), jest już przestarzałym sposobem. Niewątpliwą zaletą jest pełna optymalizacja urządzenia pod kątem wykonywanej funkcji, niemniej wiążą się z tym pewne uniedogodnienia:
  1. inżynier/technik musi pobrać urządzenie z magazynu, zawieźć na miejsce instalacji (często rozproszone w mieście) i mechanicznie je zamontować/zainstalować,
  2. każda zmiana w architekturze jest kosztowna i czasochłonna. Zazwyczaj wymaga zaprojektowania/przeprojektowania urządzenia fizycznego (nowy schemat, PCB, konstrukcja mechaniczna).
• Użycie COTS* x86 zamiast dedykowanego sprzętu wbudowanego (embedded hardware), jest rozwiązaniem zoptymalizowanym kosztowo (*COTS x86 dostępnych ˶od ręki” serwerów ogólnego zastosowania, np. Dell PowerEdge R740).
• Szeroki dostęp do narzędzi deweloperskich, bibliotek, platform programistycznych, rozwiązań Open-Source.
• Na platformie x86 dostępne jest pełne spektrum języków programowania, zazwyczaj w najświeższych wersjach (m.in. C++, Java, Go, Rust, Javascript, Node.js). Warto również zwrócić uwagę na dostępność wielu bibliotek pomocnych w rozwiązywaniu specyficznych problemów czy w zastosowaniu interfejsów komunikacyjnych.
• Środowiska programistyczne IDE – Eclipse, MS Visual Studio/Code, Jetbrains IDEs – są świetnie zintegrowane z platformą x86.
• Rozwiązania Open-Source, których liczba jest wprost trudna do oszacowania. Wspomnijmy choćby system operacyjny Linux, który de facto jest standardem w rozwiązaniach 5G i Cloud Native. Rekomenduję tu odwiedzenie strony Cloud Native Computing Founation, która przedstawia rozwiązania Open-Source w dobrze usystematyzowany sposób.

Dlaczego C-Band?

Aby opanować to zagadnienie, potrzebne jest zrozumienie podstaw fizyki dotyczących propagacji fal radiowych. Generalna zasada jest taka, że fale o niższej częstotliwości lepiej rozchodzą się na większe odległości (dziesiątki kilometrów), jest to jednak okupione ograniczoną szerokością pasma, co jest jednoznaczne z ograniczoną prędkością transmisji. Dodatkowo propagacja na falach o niższych częstotliwościach zazwyczaj wprowadza większe opóźnienia, będące konsekwencją większego zasięgu (odległość: stacja bazowa – telefon komórkowy). Fale milimetrowe (high-band) charakteryzują się bardzo szerokim pasmem, często liczonym w setkach MHz, umożliwiającym przesyłanie danych z dużą prędkością, nierzadko powyżej Gbps.

Ta niewątpliwa zaleta wiąże się jednak ze słabym przenikaniem fal przez ściany, mocno uliścione drzewa czy podczas opadów deszczu i śniegu. Pasmo C, które należy do tzw. mid-bands, obejmuje zakres częstotliwości 3.7 ~ 4.2 GHz i charakteryzuje się dobrym balansem między zaletami low-bands i high-bands, oraz zauważalnie większą prędkością transmisji niż ta, którą znamy z LTE. Transmisja w Paśmie C charakteryzuje się również propagacją na odległość kilku kilometrów.

Wspomniane faktory wyjaśniają, dlaczego Pasmo C jest tak ważne w rozwoju sieci 5G. Pozwala ono bowiem „zwykłym użytkownikom” zauważyć różnicę między LTE i 5G, wykraczającą ponad małą ikonkę na ekranie smartfonu. Warto również wspomnieć, że w Korei Południowej pasmo 3.5 GHz odpowiada za najwyższy wskaźnik penetracji wśród użytkowników sieci 5G. Podobnie kraje Unii Europejskiej – albo już dokonały alokacji pasma 3.48~3.8 GHz do użytkowania w sieciach 5G, albo planują aukcje spektrum w najbliższym czasie (w tym roku?). Niemcy, Włochy, Hiszpania, Szwecja czy Wielka Brytania już cieszą się zaletami pasma mid-band w sieciach 5G.

Co to jest massive MIMO?

Massive MIMO tłumaczy się na (massive) Multiple Inputs, Multiple Outputs i odnosi do technologii użycia wielu anten nadawczych i wielu anten odbiorczych podczas transmisji radiowej. Technologia Massive MIMO jest również znana pod nazwą Smart Antennas. Podstawowa transmisja radiowa, jaką znamy z użycia przez ogólnodostępne stacje radiowe czy ze starych filmów, wymagała tylko jednej anteny nadawczej i jednej anteny odbiorczej. Taka konfiguracja wystarczy do przeprowadzenia transmisji radiowej; ma do tego wiele zalet. Aby nie być gołosłownym:

• redundantna komunikacja: wszyscy znamy sytuację, kiedy słuchamy radia i nagle sygnał zanika; zwykle wystarczy wówczas przemieścić się o kilka centymetrów, by wrócić do doskonałego odbioru. Przy wykorzystaniu więcej niż jednej anteny, często dochodzi do sytuacji, gdy jedna z nich ma słaby sygnał, a druga/następne mają doskonały odbiór. Połączenie sygnałów z wielu anten umożliwia uniknięcie zaniku sygnału, jeśli choć jedna antena odbiera go w dobrej jakości
• większa prędkość transmisji: typowym sposobem wykorzystania technologii MIMO jest transmisja różnych danych przez poszczególne anteny. Ten rodzaj transmisji powoduje pomnożenie prędkości transmisji przez liczbę anten użytych do transmisji
• formowanie wiązek radiowych (beam forming): najmłodsza i najbardziej skomplikowana technologia. Formowanie wiązek radiowych jest realizowane przez sterowanie fazami sygnałów dostarczanych do poszczególnych anten. Tak skoordynowana transmisja umożliwia wzmocnienie sygnału w określonym kierunku, np. w kierunku użytkownika smartfonu. Ponadto istnieją algorytmy, które pozwalają na śledzenie położenia i dokonywanie ciągłych korekt ustawień anten, tak aby sygnał „podążał” za poruszającym się użytkownikiem smartfonu.

Samsung vRAN rozszerza swoje możliwości o obsługę Massive MIMO Radio

Jeśli mój wstęp zainteresował Was rozwiązaniami, które tworzymy w Samsung R&D, zachęcam do zapoznania się z oficjalnym newsem przedstawionym w poniższym video:

A jeśli zagadnienia związane z technologią 5G, tworzeniem rozwiązań chmurowych oraz udział w tworzeniu oprogramowania dla tych fascynujących technologii wydały się Wam interesujące, zapraszam do zapoznania się z naszymi ofertami pracy.

Oferty pracy z