كيفية ضمان التوافق بين وحدة الإرسال والاستقبال اللاسلكية (RRU) ووحدة المعالجة الأساسية (BBU) في شبكتك؟

فهم العلاقة الوظيفية بين وحدة الإرسال والاستقبال اللاسلكية (RRU) ووحدة المعالجة الأساسية (BBU)

دور وحدة المعالجة الأساسية (BBU) في شبكات الوصول اللاسلكية الحديثة

في صميم شبكات الوصول اللاسلكية تقع وحدة القاعدة النطاقية (BBU)، والتي تعمل بشكل أساسي كعقل العمليات المعقدة كافة. فهي تتولى بروتوكولات مهمة مثل بروتوكول تقارب بيانات الحزم (PDCP) وبروتوكول التحكم بالارتباط الراديوي (RLC). وماذا تفعل هذه البروتوكولات فعليًا؟ إنها تُعنى بإدارة أمور مثل تصحيح الأخطاء عند حدوثها، وتقليل حجم البيانات لكي تنتقل بسرعة أكبر، وتحديد أفضل طريقة لتوزيع الموارد ديناميكيًا. ويحافظ هذا الإجراء بأكمله على اتصال هواتفنا بالشبكة التي تتصل بها بشكل موثوق. والآن ومع ظهور تقنية الجيل الخامس (5G)، أصبحت وحدات BBU أكثر ذكاءً بفضل ما يُعرف ببروتوكول تكييف بيانات الخدمة (SDAP). ويتيح هذا العنصر الجديد للشبكات أن تكون أكثر تحديدًا فيما يتعلق بمتطلبات جودة الخدمة، وأن تقرر نوعية المرور الذي يُعامل بالأولوية بناءً على الخدمات العاملة في كل لحظة.

فهم وظيفة وحدة الإرسال والاستقبال اللاسلكي (RRU) وتكاملها داخل معمارية المحطة الأساسية

تُعد وحدات الراديو عن بُعد أو ما يُعرف بـ RRUs في الأساس نقطة الاتصال بين إشارات القاعدة الرقمية التي نتعامل معها والإرسال الفعلي لموجات الراديو. وغالبًا ما تُوضع هذه الوحدات قريبة جدًا من الهوائيات نفسها، وغالبًا لا تزيد المسافة عن 300 متر. وما تقوم به هو أخذ المعلومات الرقمية القادمة من وحدة القاعدة الرقمية وتحويلها إلى إشارة يمكن أن تنتقل عبر الهواء على شكل موجات تناظرية. كما تتولى أيضًا بعض العمليات المتقدمة مثل تقنيات تشكيل الحزمة (beamforming) وتقنيات المعالجة متعددة المدخلات والمخرجات (MIMO). إن قرب هذه الوحدات من الموقع الذي تُبث منه الإشارات فعلاً يُحدث فرقًا كبيرًا. إذ يقلل فقدان الإشارة بشكل ملحوظ، وهو أمر بالغ الأهمية عند التعامل مع نطاقات الجيل الخامس ذات التردد العالي، ولا سيما ترددات المليمتر (mmWave). ويُساعد وضع كل هذه المعالجات عالية التردد عند حافة الشبكة بدلًا من العودة إلى المواقع المركزية المشغلين على الاستفادة بشكل أفضل من موارد الطيف الخاصة بهم. كما أنه يقلل من تعقيد الكابلات المطلوبة في التركيبات الكبيرة حيث تكون المساحة محدودة.

معالجة الإشارات والتحويل بين وحدة الإرسال اللاسلكية عن بعد (RRU) ووحدة معالجة القاعدة (BBU) في أنظمة الجيل الرابع والجيل الخامس

تختلف مسؤوليات معالجة الإشارات بشكل كبير بين الجيل الرابع والجيل الخامس:

• 4G LTE : تُعَالِج وحدات BBU جدولة الطبقة الوسطى (MAC) وتشفير التصحيح الأمامي (FEC)، بينما تتولى وحدات RRU مخططات التعديل الأساسية مثل QPSK و16QAM.
• 5G NR : تتولى وحدات RRU مهام أكثر تقدماً مثل الترميز المسبق لمجموعة الهوائيات الضخمة (massive MIMO) ومعالجة جزئية لطبقة PHY، مما يقلل احتياجات النطاق الترددي للارتباط الأمامي بنسبة تصل إلى 40% مقارنة بأنظمة CPRI التقليدية للجيل الرابع (الإصدار 15 من 3GPP).

يتيح هذا التحوّل استخداماً أكثر كفاءة لقدرات الربط الأمامي، ويدعم متطلبات الأداء الأعلى لتطبيقات الجيل الخامس.

أثر الانقسامات الوظيفية في وحدة معالجة القاعدة (BBU)، مثل انقسامات O-RAN مثل FH 7.2 وFH 8

إعادة توزيع الانقسامات الوظيفية التي حددها تحالف O-RAN لكيفية توزيع المعالجة بين وحدة BBU ووحدة RRU:

• الانقسام 7.2 (FH 7.2) : تتولى وحدة RRU وظائف الطبقة الفيزيائية الدنيا مثل FFT/IFFT وإزالة البادئة الدورية، مما يتطلب عرض نطاق ترددي أعلى للارتباط الأمامي (تصل إلى 25 جيجابت في الثانية)، ولكن مع الحفاظ على التحكم المركزي.
• الانقسام 8 (FH 8) : يتم نقل المعالجة الكاملة لطبقة الفيزياء (PHY) إلى وحدة الإرسال/الاستقبال البعيدة (RRU)، مما يقلل احتياجات الاتصال الأمامي إلى حوالي 10 جيجابت في الثانية، على حساب زيادة بنسبة 15٪ في زمن التأخير (O RAN WG1 2022).

تسمح هذه الانقسامات المرنة للمشغلين بتحسين التكلفة والأداء والقابلية للتوسيع في البيئات متعددة البائعين، خاصةً ضمن أطر الشبكة اللاسلكية الافتراضية (vRAN).

بروتوكولات واجهة الاتصال الأمامي: CPRI مقابل eCPRI لتوصيل وحدة الإرسال/الاستقبال البعيدة (RRU) بوحدة معالجة القاعدة (BBU)

بروتوكول واجهة الراديو العامة المشتركة (CPRI) لتوصيل وحدة الإرسال/الاستقبال البعيدة (RRU) بوحدة معالجة القاعدة (BBU) والتحكم فيها

تظل تقنية CPRI هي الحل المفضل للاتصالات الأمامية في معظم شبكات الجيل الرابع اليوم. ما يحدث في الأساس هو أن جميع عمليات معالجة طبقة PHY تتم عند طرف وحدة BBU، بينما تُرسل عينات الإشارة الرقمية (I/Q) إلى وحدة RRU عبر خطوط ألياف بصرية مخصصة. يمكن للنظام التعامل مع أوقات تأخير منخفضة للغاية تقل عن 100 ميكروثانية، ويقدم قدرات نطاق ترددي ممتازة تصل إلى حوالي 24.3 جيجابت في الثانية لكل قطاع. وهذا يساعد على الحفاظ على أداء ثابت عبر ظروف شبكة مختلفة. ولكن هناك مشكلة هنا يا سادة. إن التكوين بأكمله غير مرن نسبيًا بسبب هندسته الصارمة. ومع الانتقال نحو نشر شبكات الجيل الخامس، تصبح هذه المسألة مشكلة، لأن الشبكات الأحدث تحتاج إلى حلول أكثر تكيفًا بكثير، يمكنها موازنة الأحمال ديناميكيًا والاندماج بسلاسة مع البنية التحتية السحابية. كثير من المشغلين يواجهون بالفعل صعوبات في توسيع أنظمتهم الحالية القائمة على CPRI لتلبية متطلبات الأجيال القادمة.

التطور من CPRI إلى eCPRI في الشبكة الراديوية الافتراضية (vRAN) وشبكات الجيل الخامس (5G)

استجابةً لعيوب واجهة CPRI التقليدية، توصلت الصناعة إلى واجهة eCPRI في عام 2017. يعمل هذا الإصدار الأحدث على الحزم بدلًا من تدفقات البيانات الأولية (I/Q)، مما يقلل بشكل كبير من احتياجات النطاق الترددي للاتصال الأمامي، وتُقدَّر هذه التخفيضات بنحو 70٪ وفقًا لأغلب التقديرات. ما يميز واجهة eCPRI هو طريقة تعاملها مع تقسيم الوظائف، ولا سيما إعدادات مثل خيار O-RAN 7.2x، حيث يتم نقل جزء من معالجة الطبقة الفيزيائية إلى جانب وحدة الإرسال والاستقبال البعيدة (RRU)، مما يساعد فعليًا على تحسين كفاءة النظام ككل. والأهم من ذلك أن واجهة eCPRI تعمل عبر شبكات إيثرنت/بروتوكول الإنترنت القياسية، ما يمكن المشغلين من مشاركة بنيتهم التحتية للنقل بين الخدمات المختلفة، ونشر حلول معرّفة بالبرمجيات عند الحاجة. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض المشكلات المعقدة في جعل جميع المكونات تعمل معًا بسلاسة. فقد أظهر تحليل حديث للسوق في أواخر عام 2023 أن واحدًا من كل خمسة إعدادات تعتمد على موردين أو أكثر تواجه مشكلات أثناء الدمج، وذلك بسبب اختلاف الموردين في تنفيذ المواصفات، ما يؤدي إلى عقبات في التوافق لا أحد يتمنى التعامل معها.

آثار عرض النطاق والت latency على واجهات الفرونت هول CPRI/eCPRI

تعمل تقنية CPRI بشكل جيد حقًا في الحالات التي تتطلب زمن انتقال منخفض، كما هو الحال في إعدادات D-RAN التقليدية، ولكن هناك مشكلة تتعلق باحتياجات عرض النطاق الترددي. فالمدن على وجه الخصوص تعاني من هذه المشكلة لأن كل تلك البيانات تُعد عبئًا كبيرًا على البنية التحتية للألياف الحالية. وهنا تأتي أهمية eCPRI مع نهجها القائم على الإيثرنت، ما يجعل التوسع أسهل وأقل تكلفة في التنفيذ، رغم أنها تتطلب تحمّل قدرًا أكبر قليلًا من زمن الانتقال مقارنة بـ CPRI القياسية. وعند النظر إلى تطبيقات URLLC مثل أنظمة أتمتة المصانع أو السيارات ذاتية القيادة، بدأ المهندسون باستخدام أساليب متزامنة هجينة. تحافظ هذه الأساليب على دقة التزامن الكافية للعمليات الحرجة، مع الاستفادة في الوقت نفسه من المرونة والأداء التي يوفرها الربط الأمامي القائم على الحزم.

نماذج معمارية الشبكة وتأثيرها على تكامل RRU وBBU

تكامل RRU وBBU في معمارية 4G D-RAN مقابل معمارية C-RAN المركزية

يشكل منظور تكامل وحدة الإرسال اللاسلكي (RRU) ووحدة معالجة القاعدة (BBU) بشكل رئيسي عبر نهجين: الشبكة اللاسلكية الموزعة (D-RAN) والشبكة اللاسلكية المركزية (C-RAN). بالنسبة لشبكات الجيل الرابع (4G) التي تستخدم تقنية D-RAN، نجد عادةً أن وحدات BBU وRRU مجمعة معًا في كل موقع خلية، مما يُشكّل محطات قاعدة مستقلة. تكون هذه التجهيزات بسيطة من حيث التركيب والتزامن، ولكنها تأتي مع سلبيات مثل تكرار الأجهزة عبر المواقع واستهلاك طاقة أعلى. من ناحية أخرى، تتبنى تقنية C-RAN نهجًا مختلفًا من خلال تجميع جميع وحدات BBU في مواقع مركزية. يسمح هذا التجميع للمشغلين باستخدام مواردهم المُعَدة بكفاءة أكبر. تشير أبحاث حديثة من عام 2023 إلى أن الانتقال إلى C-RAN يمكن أن يقلل من تكاليف الطاقة بنسبة تصل إلى 28%. ومع ذلك، هناك عقبة تتمثل في الحاجة إلى اتصالات أمامية قوية تتعامل مع تدفقات بيانات ضخمة، تتراوح بين 10 إلى 20 جيجابت في الثانية من حركة مرور CPRI التي تنتقل ذهابًا وإيابًا بين وحدات RRU البعيدة ووحدات BBU المركزية.

أثر الشبكة الراديوية الافتراضية (vRAN) على تطور وحدة الإرسال والاستقبال عن بُعد (RRU) في شبكة الجيل الخامس (5G)

تُحوّل تقنية الشبكة الافتراضية للوصول اللاسلكي (vRAN) وحدة المعالجة الأساسية (BBU) إلى برنامج يعمل على خوادم تجارية عادية بدلاً من الأجهزة المتخصصة. يعني هذا الفصل أن المشغلين يمكنهم توسيع الموارد حسب الحاجة، ونشر التحديثات بشكل أسرع، وتجنب الاعتماد على معدات خاصة باهظة الثمن. وفيما يتعلق بشبكات الجيل الخامس (5G)، فإن vRAN تقود تطوير طرق جديدة لتقسيم الوظائف، مثل تكوين FH 7.2 المحدد في معيار O-RAN. مع هذا النهج، يمكن نقل بعض عمليات الطبقة الفيزيائية بالفعل إلى موقع أقرب من وحدة الإرسال والاستقبال عن بعد (RRU). على سبيل المثال، أجرت شركة فيريزون اختبارًا ميدانيًا حديثًا في عام 2024، وحققت انخفاضًا بنسبة 40 بالمئة تقريبًا في زمن انتقال الإشارة عند استخدام وحدات RRU المتوافقة التي تقوم بمعالجة البيانات عبر الطبقات المختلفة. تُظهر هذه النتائج فعليًا كيف تعمل الافتراضية بالتوازي مع قدرات المعالجة الموزعة الذكية.

معايير O-RAN وتأثيرها على التوافق والانفتاح في رابط النقل الأمامي (Fronthaul)

تتمحور تحالف O RAN حول إنشاء نظم بيئية مفتوحة للوصول اللاسلكي، حيث تعمل المعدات المختلفة معًا بسلاسة. وقد طوّر هذا التحالف معايير مثل واجهة الاتصال الأمامية المفتوحة (OFH) التي تتيح للتوريدات المختلفة العمل معًا بشكل متناغم. على سبيل المثال، تحدد مواصفات الانقسام 7.2x قواعد محددة لكيفية ظهور بيانات IQ والرسائل التحكمية، مما يجعل من الممكن دمج وحدات الإرسال والاستقبال عن بعد مع وحدات المعالجة الأساسية من شركات تصنيع مختلفة. وجد تقرير حديث صادر عن رابطة نظام الاتصالات العالمية (GSMA) عام 2025 أمرًا مثيرًا للإعجاب، وهو أن الشبكات المبنية باستخدام مكونات متوافقة مع O RAN تمكنت من إصلاح الأعطال أسرع بنسبة 92 بالمئة، وذلك بسبب توفر أدوات مراقبة مشتركة على نطاق واسع. وهناك أيضًا أخبار جيدة أخرى. تُظهر الاختبارات الأولية أنه عندما تقوم الذكاء الاصطناعي بتنسيق العمل بين وحدات RRUs وBBUs، فإن كفاءة الطيف تزداد بنسبة تتراوح بين 15 إلى 20 بالمئة. هذه الأرقام تبرز حقًا أهمية الانفتاح والأتمتة في مشهد الاتصالات اليوم.

التغلب على تحديات التوافق البيني للموردين في نشر وحدات RRU وBBU من موردين متعددين

التحديات الناتجة عن الأجهزة والبرمجيات المُلكية في أنظمة RRU وBBU

تظل الواجهات المُلكية عائقًا رئيسيًا في نشر شبكات RAN متعددة الموردين. ويُبلغ أكثر من 62٪ من المشغلين عن تأخيرات أثناء الدمج بسبب اختلاف بروتوكولات التحكم بين الموردين (STL Partners 2025). غالبًا ما تعتمد الأنظمة القديمة على طبقات برمجية خاصة بكل مورد تقاوم الدمج مع البيئات السحابية الافتراضية، مما يقوض المرونة التي تعد بها تقنية 5G وO-RAN.

ضمان توافق المعدات عبر الشركات المصنعة في شبكات الفرونثول

إن اعتماد المواصفات المفتوحة للفرونثول من O-RAN يقلل بشكل كبير من مخاطر عدم التوافق البيني. تحقق الشبكات التي تستخدم معدات مطابقة دمجًا أسرع بنسبة 89٪ مقارنةً بتلك التي تعتمد على الحلول المُلكية. وتشمل عوامل التوافق الحرجة ما يلي:

• تزامن الوقت ضمن هامش خطأ ±1.5 مايكروثانية
• مطابقة معدلات خطوط CPRI/eCPRI (تتراوح من 9.8 جيجابت في الثانية إلى 24.3 جيجابت في الثانية)
• خوارزميات مشاركة الطيف المشتركة

تضمن التوحيد الانتقالي السلس والأداء المتسق عبر مواقع الموردين المتنوعة.

دراسة حالة: فشل التكامل بسبب اختلاف معدلات خطوط CPRI

في عام 2023، كانت هناك مشكلة في النشر حيث تم توصيل مجموعة RRU للجيل الرابع تعمل بوضعية CPRI 8 وبمعدل 10.1 جيجابت في الثانية بوحدة BBU جاهزة للجيل الخامس تحتاج فعليًا إلى eCPRI بمعدل 24.3 جيجابت في الثانية. ما الذي حدث بعد ذلك؟ حدث عدم تطابق كبير في عرض النطاق بنسبة حوالي 58٪، مما أدى إلى مشكلات كبيرة في جودة الإشارة تكررت باستمرار. وأظهر التحقيق بعد وقوع المشكلة أن هذا الفوضى كان يمكن منعها لو تم التحقق فقط من تطابق الواجهات بشكل صحيح قبل التركيب. كان اتباع إرشادات الوثائق القياسية وإجراء اختبارات المطابقة المناسبة كافيًا لكشف هذا الخطأ في مرحلة مبكرة. أمور أساسية جدًا في الحقيقة، ولكن يبدو أنها تم تجاهلها أثناء الإعداد.

أفضل الممارسات لضمان توافق وحدة RRU مع وحدة BBU أثناء النشر

التحقق من بروتوكولات الواجهة ومتطلبات التزامن قبل النشر

يأتي التأكد من توافق البروتوكولات ومواصفات المزامنة أولاً قبل بدء أي عمل تكامل. بالنسبة للمهندسين العاملين في هذا المجال، فإن التحقق من الاتفاق على معايير الربط الأمامي مثل CPRI أو eCPRI أمر بالغ الأهمية. كما يحتاجون إلى التأكد من تطابق معدلات الرموز وتحديد إعدادات ضغط الإشارة (IQ) المستخدمة، وهي أمور ذات أهمية خاصة في حالات الدمج بين شبكات 4G و5G التي نراها بكثرة هذه الأيام. وفقًا لبعض الأبحاث الصادرة العام الماضي، يُعزى حوالي ثلثي جميع حالات تأخير النشر إلى عدم التحقق السليم من كل المتطلبات مسبقًا. ولهذا السبب تصبح الاختبارات المناسبة حاسمة عند محاولة ربط وحدات الإرسال والاستقبال اللاسلكية القديمة بوحدات معالجة الإشارات الأساسية الحديثة. والأرقام تؤكد ذلك فعلاً، حيث توضح مدى أهمية التحضير الدقيق.

ضمان جودة الألياف البصرية وسلامة الإشارة في اتصالات وحدة الإرسال اللاسلكي بوحدة المعالجة الأساسية

يجب أن تتوافق روابط الألياف البصرية مع معايير ITU T G.652 للحفاظ على سلامة الإشارة. وتشمل المتطلبات الرئيسية ما يلي:

• التحاق أقل من 0.25 ديسيبل/كم عند طول موجة 1310 نانومتر
• نصف قطر الانحناء لا يكون أصغر من 30 مم
• انعكاسية موصلات APC/UPC أقل من 55 ديسيبل

تشير الدراسات الميدانية إلى أن التعامل غير السليم مع الألياف أثناء التركيب هو السبب في 42% من حالات فقدان الإشارة بعد النشر في شبكات الجيل الخامس ذات النطاق المتوسط، مما يبرز أهمية وجود فنيين مدربين وفحوصات ضمان الجودة.

استراتيجيات التوحيد القياسي باستخدام مواصفات تحالف O-RAN للإعدادات متعددة الموردين

إن اشتراط الامتثال لمعايير O-RAN عبر مستويات التحكم والمستخدم والبيانات يقلل من الاعتماد على مورد واحد بنسبة 58% وفقًا للمعايير المرجعية للتشغيل البيني لعام 2024. ويجب على المشغلين فرض الالتزام بما يلي:

• تنسيقات الرسائل الموحّدة (M Plane، CUS)
• واجهات برمجة تطبيقات إدارة الخدمات والتوزيع
• عوامل دقة التوقيت (±16 جزء في المليار للجيل الخامس المستقل)

تعزز هذه السياسات المرونة على المدى الطويل، وتبسّط عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها، وتدعم توفير الخدمات تلقائيًا.

مراقبة واستكشاف مشكلات التوافق بعد النشر

بعد الدمج، من المهم مراقبة عدة مقاييس رئيسية أثناء المراقبة. وتشمل هذه المقاييس معدل خطأ البت (BER)، والقيمة المتجهة للخطأ (EVM)، بالإضافة إلى التحقق من تقلبات زمن الوصول (jitter) التي يجب أن تظل أقل من 200 نانوثانية عند التعامل مع أنظمة eCPRI. توجد حاليًا أدوات آلية تعمل وفقًا للمواصفات الواردة في 3GPP TR 38.801. ويجد معظم المهندسين هذه الأدوات مفيدة، حيث تقوم فعليًا بإصلاح حوالي 8 من أصل 10 مشكلات انقسام الوظائف خلال يوم واحد فقط. ولا ينبغي نسيان الفحوصات المنتظمة أيضًا. إن اتباع توصيات ETSI EN 302 326 يحافظ على التشغيل السلس مع مرور الوقت، ويساعد الأنظمة على البقاء مستقرة مع الاستمرار في العمل بشكل جيد معًا حتى مع تغير الشبكات ونموها.