ما الذي يجعل وحدة المعالجة الأساسية (BBU) متوافقة مع محطات الإرسال والاستقبال الأساسية؟

الدور الأساسي لوحدة المعالجة الأساسية في بنية محطة الإرسال والاستقبال والتكامل الوظيفي

تنسيق معالجة الطيف الأساسي: كيف تدير وحدة المعالجة الأساسية التعديل والتشفير وتوزيع الموارد

في صميم بنية محطة الإرسال القاعدية (BTS) تكمن وحدة القاعدة الزمنية (BBU)، التي تتولى إدارة جميع مهام المعالجة الرقمية للإشارات الأساسية. فكّر في أمور مثل تقنيات التعديل، وطرق الترميز على القنوات، وكيفية تخصيص الموارد ديناميكيًا عبر القنوات المختلفة. عند إرسال الإشارات، تقوم هذه الوحدة باستقبال تدفقات البيانات الأولية وتحويلها إلى رموز معدلة من خلال أساليب متعددة مثل تعديل السعة بالتربيع (QAM). كما تُضيف أكواد التصحيح الأمامي للأخطاء لحماية البيانات من التلف أثناء النقل. يحدث السحر الحقيقي عندما تدخل خوارزميات تخصيص الموارد في الوقت الفعلي حيز العمل، حيث تقوم بتوزيع عرض النطاق الترددي المتاح بين المستخدمين المتعددين بحيث لا يبقى أحد عالقًا في الانتظار لفترة طويلة لاستلام بياناته، وفي الوقت نفسه تضمن الاستخدام الأقصى الممكن لمجال الطيف المتاح. في الجانب المستقبل، تقوم وحدة BBU بجميع عمليات التفكيك والفك الترميزي الضرورية. وهنا تأتي أهمية امتلاك قدرات معالجة قوية، لأن ذلك يؤثر على كل شيء بدءًا من سرعة انتقال المعلومات (زمن الوصول) وصولاً إلى معدلات نقل البيانات الكلية (معدل الإنتاجية)، وكذلك ما إذا كانت الأنظمة قادرة على التكيّف بشكل مناسب عندما تتغير جودة الإشارة بشكل غير متوقع.

الاقتران المعماري مع وحدات التردد اللاسلكي: تدفق الإشارة من القاعدة النطاقية إلى التردد اللاسلكي في نشرات وحدة المحطة الأساسية المتكاملة

تعمل وحدات النطاق الأساسي (BBUs) بشكل وثيق مع وحدات الراديو عن بُعد (RRUs) من خلال اتصالات الألياف القياسية، باستخدام عادةً إما بروتوكولات CPRI أو eCPRI. تنتقل إشارات النطاق الأساسي المعالجة كبيانات رقمية من وحدة BBU إلى وحدة RRU مع الحفاظ على جودتها أثناء الإرسال. وعندما تصل هذه الإشارات إلى وحدة RRU، يتم تحويلها من التنسيق الرقمي إلى التنسيق التناظري قبل تضخيمها لإرسالها عبر التردد اللاسلكي من خلال الهوائيات. وفي الاتجاه المعاكس، عندما تستقبل الهوائيات إشارات التردد اللاسلكي (RF)، يتم أولاً تحويلها إلى صيغة رقمية في موقع وحدة RRU، ثم إرسالها عائدَة إلى وحدة BBU حيث تتم عملية فك التشفير. يتيح هذا المسار ثنائي الاتجاه ذي التأخير الأدنى توقيتاً دقيقاً بين المكونات المختلفة. وتُعد هذه المزامنة مهمة جداً لتقنيات مثل تشكيل الشعاع المنسق وتنفيذ أنظمة MIMO الضخمة في الشبكات المنتشرة عبر محطات قاعدة إرسال واستقبال متعددة (BTS).

واجهات قياسية تمكن من التوافق بين وحدة وحدة المعالجة الأساسية (BBU) ووحدة المحطة القاعدية (BTS)

CPRI مقابل eCPRI: آثار زمن الانتقال والعرض الترددي والتوافق بالنسبة للتواصل بين وحدة المعالجة الأساسية (BBU) ووحدة الإرسال والاستقبال (RU)

يوفر بروتوكول CPRI تأخيرًا منخفضًا جدًا أقل من 100 ميكروثانية، وهو أمر بالغ الأهمية للعمليات الحساسة زمنيًا في الطبقة الفيزيائية. ولكن هناك مشكلة، فهو يحتاج إلى كميات هائلة من عرض النطاق الترددي للوصلة الأمامية تبلغ حوالي 24.3 جيجابت في الثانية لكل حامل إشارة هوائي. ويؤدي ذلك إلى مشكلات خطيرة في القابلية للتوسع عند محاولة النشر في شبكات الجيل الخامس المزدحمة. ومن ناحية أخرى، يتبع بروتوكول eCPRI نهجًا مختلفًا باستخدام تقنية إيثرنت القائمة على الحزم، إلى جانب تقسيم الوظائف مثل التقسيم Split-7.2. وتقلل هذه التغييرات احتياجات عرض النطاق الترددي بنسبة تقارب 60 بالمئة، مع السماح في الوقت نفسه بتحقيق افتراضية جزئية لوحدة القاعدة دون فقدان زمن الاستجابة الحرج الذي يقل عن جزء من الألف من الثانية والضروري للوظائف المهمة. ومع ذلك، هناك أمر واحد يجب مراعاته: عندما يدمج المشغلون بين أنظمة CPRI وeCPRI، يجب أن يتأكدوا من توافق برنامج وحدة الإرسال اللاسلكي بالكامل. وإلا قد نواجه عدم تطابق في التهيئة يؤدي إلى انهيار الاتصالات وتدهور الخدمات عبر الشبكة.

مواصفات 3GPP وO-RAN: ضمان توافق وحدة المعالجة الأساسية (BBU) من موردين متعددين عبر أنظمة بث BTS

حددت الإصدارة 15 من 3GPP بعض المعايير الأساسية لكيفية عمل المعدات معًا، بما في ذلك أشياء مثل تقسيم الطبقات الدنيا (مثل الخيار Option 2) ومزامنة التوقيت التي يمكن أن تختلف بزيادة أو نقصان 1.5 ميكروثانية. ويساعد هذا على ضمان سلوك وحدات المعالجة الأساسية بشكل متسق بغض النظر عن الشركة المصنعة. ثم جاء تحالف O-RAN ALLIANCE بنهجه الخاص، حيث وضع واجهات مفتوحة لا تميز أي شركة معينة. ويشكل مواصفات Fronthaul الخاصة به مثالاً جيدًا على ذلك، حيث فصلت بشكل أساسي بين الأجهزة والبرمجيات بحيث يمكن لوحدات المعالجة الأساسية من مختلف الشركات أن تعمل بسلاسة مع وحدات الراديو ضمن أي هيكل مناسب لمحطة القاعدة BTS. وتُظهر الأرقام الصناعية لعام 2023 أن معظم مشغلي الشبكات قد اعتمدوا الآن حلول O-RAN، إذ يبلغ عددهم نحو 7 من كل 10 مشغلين على مستوى العالم. والسبب الرئيسي هو رغبتهم في تجنب الاعتماد الدائم على معدات مورد واحد. كما ساهم هذا التحول في تسريع عمليات الاختبار بين البائعين المختلفين، وتقليل وقت اعتماد المنتجات الجديدة.

الانقسامات الوظيفية وتطور RAN: كيف تتغير مسؤوليات وحدة المعالجة الأساسية (BBU) عبر D-RAN وC-RAN وO-RAN

FH-7.2، FH-8، وانقسامات أخرى: تأثيرها على متطلبات واجهة وحدة المعالجة الأساسية (BBU) ومرونة دمج محطة القاعدة (BTS)

تُعيد الانقسامات الوظيفية — التي حددها تحالف O-RAN بشكل قياسي — تعريف مكان حدوث المعالجة في طبقة PHY، مع نقل المسؤوليات بين وحدات الراديو (RUs)، والوحدات الموزعة (DUs)، والوحدات المركزية (CUs). وتؤثر هذه التحولات مباشرةً على تصميم واجهة وحدة المعالجة الأساسية (BBU) وعلى مرونة نشر محطة القاعدة (BTS):

• FH-7.2 ينقل جزءًا من وظائف الطبقة الفيزيائية (مثل ضغط IQ، FFT/IFFT) إلى وحدة الراديو (RU)، مما يقلل احتياجات النطاق الترددي للاتصال الأمامي بنسبة ~40٪ ويسهل تبني بنية سحابية RAN.
• FH-8 والتي تحتفظ بمعالجة كاملة لطبقة PHY في الوحدة الموزعة (DU)، تفرض قيودًا أكثر صرامة على زمن الوصول (<250 ميكروثانية)، لكنها تدعم ميزات متقدمة مثل كثافة MIMO الكبيرة.

نتيجة لذلك:

كل جزء يفرض آليات مزامنة أجهزة متميزة ودعم البروتوكولولكن بشكل جماعي، فإنها تلغي القيود الخاصة بالشركة وتسريع قابلية توسيع شبكة الجيل الخامس.

قدرات BBU الرئيسية التي تمكن مباشرة من التوافق BTS

تتوقف وحدة النطاق الأساسي (BBU) على خمسة قدرات أساسية تضمن التكامل السلس عبر بنيات RAN الحديثة:

• قابلية التوسع : تخصيص ديناميكي لموارد المعالجة لتلبية الزيادات في حركة المرور وتوسيع الشبكةدون تحديثات الأجهزةلتلبية الطلبات المتغيرة على طاقة الجيل الخامس.
• قوة معالجة عالية : سعة النقل المستمرة تصل إلى 100 جيجابت في الثانية للتحويل في الوقت الحقيقي، والترميز، والجدول الجدوليالحاسمة لمعالجة الإشارات ذات الكمون المنخفض والحقيقة العالية.
• مرونة البروتوكول : الدعم الأصلي لمعايير CPRI و eCPRI و O-RAN fronthaul من خلال واجهات محددة برمجيات ، مما يتيح التشغيل التشغيلي عبر النظم البيئية المتعددة لـ BTS.
• دعم التشابه الافتراضي : التصميم غير المتعلق بالأجهزة المتوافق مع مبادئ RAN السحابية ، ودعم أحمال العمل المحتوى ونماذج البنية التحتية كخدمة المتوقعة لتغطية 40٪ من الشبكات بحلول عام 2025.
• الامتثال للأمان : تشفير مدمج ، المصادقة المتبادلة ، وإدارة المفاتيح المتماشى مع أطر الأمن 3GPP (على سبيل المثال ، TS 33.501) ، مما يضمن الثقة من نهاية إلى نهاية في بيئات RAN المفتوحة.

معا، هذه القدرات تفكيك الحواجز الملكية وتوفير معالجة إشارة متسقة وموثوقة عبر توزيعات RAN الموزعة والمركزية والهجينة.