Moni operaattori tutkii nyt avoimia arkkitehtuureja 5G-verkkojensa toteuttamiseksi. 5G on kuitenkin erittäin vaikeaa. ORAN-laitteiden piirejä kehittävän Picocomin perustaja Peter Claydon esitteli Siemensin Realize LIVE -tapahtumassa, mikä 5G:n kantataajuuslaskennasta tekee niin vaikeaa.
Picocom on juuri esitellyt ORANIC-alustan (kuvassa), jolla voidaan toteuttaa sekä avoimen 5G-piensolun jaettu yksikkö (DU) että radioyksikkö (RU). Kortit perustuvat vaihtelevaan määrään PC802-piirejä, joilla varsinainen signaalinkäsittely tapahtuu. Piirejä ei vielä ole valmiina, joten alustan kaupallisten toimitusten aloittamisesta ei ole kerrottu tarkempia tietoja.
Claydon kertoi, että tyypillinen toimistorakennuksen ORAN-pohjainen 5G-toteutus perustuu rakennuksen ulkopuolelle suojatusti sijoitettuun ja core-verkkoon liitettyyn keskusyksikköön (CU), rakennuksen alakertaan asennettuun jakeluyksiköön (DU) ja radioyksiköihin, joita voi olla yksi jokaista kerrosta kohti. Yksiköiden väliset fyysiset yhteydet perustuvat kuituun ja standardoituihin protokolliin ethernetin yli.
PC802-piirillä on kaksi liitäntää, ethernet ja PCIe. Protokollatason prosessointi tehdään kahdessa Andes Technologyn RISC-V-ytimeen pohjautuvassa prosessoriryppäässä ja signaalin DSP-laskenta Cevan XC12-piireillä. Prosessorit tarvitsevat sekä SRAM- että DDR4-tyypin SDRAM-muistia. Kaikki osat on liitetty SoC-piirin sisällä toisiinsa Arteris-verkolla, joka on uudenlainen väyläratkaisu järjestelmäpiirien toteutukseen.
Claydonin mukaan 5G-signaalinkäsittelyn haasteet johtuvat pitkälti standardin joustavuudesta. Prosessointi perustuu slotteihin, jotka muodostuvat neljästätoista OFDM-symbolista. Slottien pituus voidaan konfiguroida 31,25 mikrosekunnista yhteen millisekuntiin, mikä on slotin pituus 4G:ssä. Uplink- ja downlink-signaalin prosessointi tapahtuu samaan aikaan.
5G:ssä käytetään selvästi enemmän erilaisia slottirakenteita kuin 4G:ssä. Osa prosessoinnista täytyy tapahtua paljon 4G:tä lyhyemmissä aikajaksoissa. Esimerkiksi 5G:n ultralyhyt latenssi -vaatimus (URLLC) tarkoittaa, että data voi tulla uplink- tai downlink-prosessointiin milloin tahansa ja se pitää prosessoida välittömästi.
Lisähaasteita aiheuttaa se, että yksi SoC-piiri voi tukea useita antenneja (MIMO-matriisi yhdessä solussa tai kahden erillisen solun antenneja). Antennit voivat kuulua eri operaattoreille, joilla on omat ohjelmistonsa ja parametrinsa signaalinkäsittelyyn. Kaiken lisäksi piirin pitää tukea Open RAN -standardeja, jotta hankkeen tavoittelema plug-and-play -tyyppinen laitteiden kokoonpano on mahdollinen.
Claydonin mukaan kantataajuuslaskennan iso ongelma on 5G:ssä se, että niin monia asioita tapahtuu samanaikaisesti. Järjestelmässä on kymmeniä prosesseja ja laitetason kiihdytystä, jotka kaikki riippuvat toisistaan. Jos prosessi kohtaa vaikkapa virheen datanhaussa välimuistista, prosessi myöhästyy, mikä myöhästyttää kaikkia siihen sidoksissa olevia prosesseja. Virhe ei saa myöhästyä niin paljon, että slotin aikaraja ylitetään.
Näitä ongelmia on Claydonin mukaan erittäin hankala löytyy laboratoriossa. Jos koodia muuttaa, se muuttaa koko järjestelmän ajastusta. Ongelma voi muodostua myös myöhemmin kentällä, kun tukiasemapiiriin tehdään ohjelmistopäivitys.
Picocomin ratkaisu ongelmiin on käyttää Siemensin analytiikkamoduuleja, jotka lisätään piirille erillisenä IP:tä. Moduulien avulla voidaan analysoida monia parametreja, kuten Arteris-väylää ja järjestelmän statusta. Moduulit monitoroivat piirin toimintaa ajonopeudella ja RTL-tasolla, eivätkä ne vaikuta piirin omaan toimintaan. Kyse on käytännössä erittäin kehittyneestä sulautetusta analytiikasta piirin sisällä. Sen avulla voidaan esimerkiksi havaita, jos CPU-prosessorit tukkivat käytössä olevan SRAM-kapasiteetin. Välimuistin hidastuessa prosessori ei pysty käsittelemään dataa vaaditulla nopeudella.
