ما يجب مراعاته عند اختيار وحدة التردد الأساسي لشبكات 5G

افهم دور وحدة التردد الأساسي في التوافق مع 5G

كيف يُشكل التوافق مع 5G عملية اختيار وحدة التردد الأساسي

يعني الانتقال إلى شبكات الجيل الخامس (5G) أن المشغلين بحاجة إلى وحدات نطاق أساسي (BBUs) قادرة على التعامل مع تقنيات وصول راديوية متعددة تشمل 3G و4G والآن 5G، وكلها تعمل على نفس المنصة. وفقًا لتقارير صناعية حديثة من عام 2025 حول كيفية نشر 5G عبر مناطق مختلفة، فإن امتلاك هذه القدرات متعددة الأنماط يساعد في تقليل المعدات المكررة ويجعل من الأسهل للشبكات التوسع بمرور الوقت دون الحاجة إلى تعديلات جذرية. ومع ذلك، تواجه وحدات النطاق الأساسي اليوم تحديًا كبيرًا. فهي بحاجة إلى إدارة قنوات أوسع بكثير مما سبق، أحيانًا تصل إلى عرض نطاق ترددي يصل إلى 400 ميغاهرتز. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تعمل مع تشكيلات MIMO الكبيرة التي يمكن أن تتضمن ما بين 64 وحتى 256 هوائيًا معًا. وكل هذا يعني الحاجة إلى طاقة حوسبة أكبر بنحو عشر مرات مقارنة بما كان مطلوبًا في أيام تقنية الجيل الرابع (4G).

المكونات الرئيسية لوحدة النطاق الأساسي (BBU) التي تمكّن دعم 5G

تشمل المكونات الأساسية:

• معالجات متعددة النوى لتعديل وإزالة تعديل الإشارة في الزمن الحقيقي
• واجهات eCPRI يدعم معدلات بيانات الفرونت هول تصل إلى 25 جيجابت في الثانية
• مكدسات برمجيات مستندة إلى الحوسبة السحابية تمكين تقسيم الشبكة وتحسين زمن الانتقال

تعمل هذه العناصر معًا لتلبية أهداف شبكة الجيل الخامس (5G) المتمثلة في زمن انتقال قدره 1 مللي ثانية، ودعم الاتصالات فائقة الموثوقية وذات الكمون المنخفض (URLLC). كما تدمج وحدات الـBBU المتقدمة تصحيح الأخطاء القائم على الذكاء الاصطناعي، مما يقلل تشويش الإشارة بنسبة تصل إلى 52٪ في البيئات شديدة التداخل.

التقسيمات الوظيفية في وحدة الـBaseband وتأثيرها على أداء الشبكة

الطريقة التي يقسم بها 3GPP الوظائف عبر معماريات مختلفة (ويسمّيها الخيارات من 2 إلى 8) تحدد بشكل أساسي مكان حدوث معظم المعالجة بين هذه الوحدات المركزية والوحدات الواقعة على الحافة. خذ على سبيل المثال التقسيم 7. إن هذا التكوين بعينه ينقل جزءًا من عمل الطبقة الفيزيائية إلى وحدات الإرسال اللاسلكي البعيدة، مما يقلل فعليًا من احتياجاتنا من عرض النطاق الترددي للوصلة الأمامية بنحو 60 بالمئة تقريبًا. ولكن هناك شرطًا هنا أيضًا. فالنظام يحتاج الآن إلى تنسيق توقيت أفضل بكثير، بدقة تبلغ حوالي زائد أو ناقص 130 نانوثانية. ويكتسب هذا أهمية كبيرة عند نشر شبكات الجيل الخامس ذات الموجات الملليمترية في المدن الكبيرة المزدحمة بالمباني والبنية التحتية.

تقييم معماريات النشر: D-RAN وC-RAN وOpen RAN

RAN الموزع مقابل RAN المركزي: الآثار المترتبة على نشر وحدة المعالجة الأساسية

إن الانتقال من الشبكة الراديوية الموزعة (D-RAN) إلى الشبكة الراديوية المركزية (C-RAN) يُغيّر جوهريًا الطريقة التي تُعالج بها وحدات المعالجة الأساسية (BBU) مهام معالجة الإشارات. في إعدادات D-RAN التقليدية، تستضيف كل محطة خلوية معداتها الخاصة بوحدة المعالجة الأساسية، ما يعني أن المشغلين يواجهون زيادة كبيرة في أعمال الصيانة وتكاليف استهلاك الطاقة. ولكن الأمور تختلف عند التحول إلى بنية C-RAN. من خلال تجميع وحدات BBU في مواقع مركزية، يمكن لمزودي الشبكات تقليل احتياجات الصيانة في الموقع بنسبة تصل إلى 40 بالمئة وفقًا لبحث أجرته شركة Dell'Oro العام الماضي. بالإضافة إلى ذلك، تتيح هذه البنية تخصيصًا أكثر ذكاءً للموارد بين وحدات الإرسال والاستقبال المختلفة عبر الشبكة. فما الذي يعنيه هذا كله بالنسبة لمتطلبات الأجهزة؟ حسنًا، يجب أن تدعم وحدات BBU الحديثة اتصالات الجسر الأمامي الفائقة السرعة بتأخير أقل من ملي ثانيتين، وأن تتضمن ميزات الحوسبة الطرفية إذا أرادت مواكبة متطلبات خدمات 5G العالية اليوم.

الشبكة الراديوية المفتوحة والتداخلية: مستقبل حلول الوحدات الأساسية المرنة

يتيح نهج الشبكة الراديوية المفتوحة (Open RAN) إمكانية عمل موردين مختلفين معًا بفضل واجهات قياسية مثل ما نراه في مواصفة O-RAN للربط الأمامي المفتوح. وفقًا لبعض الدراسات الحديثة من باحثين يعملون في العلوم التطبيقية، فإن مشغلي الشبكات الذين ينفذون وحدات الإرسال والاستقبال الأساسية المفتوحة (BBUs) يتمكنون من طرح ميزات جديدة أسرع بنسبة 30 بالمئة تقريبًا مقارنةً بأولئك العالقين في الأنظمة المغلقة. ومع ذلك، كي تُحقق هذه المرونة فعليًا، يجب أن تكون هذه الوحدات متوافقة مع خيارات تقسيم معايير 3GPP المحددة، بما في ذلك الخيارات مثل 7-2x أو 8. ويُظهر المستخدمون الأوائل أيضًا تفضيلهم في هذا السياق - حيث يختار نحو ثلثيهم دمج وظيفتي O-DU وO-CU في وحدة فيزيائية واحدة بدلاً من الحفاظ عليهما منفصلتين.

تقييم قدرات التحكم والأتمتة والإدارة

متانة مستوى التحكم في معمارية وحدة الإرسال والاستقبال الأساسية

تلعب وحدة التحكم داخل وحدة المعالجة الأساسية (BBU) دورًا مهمًا جدًا في الحفاظ على التشغيل السلس للتطبيقات الحساسة للتأخير مثل تطبيقات الجيل الخامس (5G) المستخدمة في أنظمة الإنترنت الصناعي للأشياء (IIoT) وأنظمة القيادة الذاتية. عندما تزداد حدة الشبكة خلال أوقات الذروة، يجب أن تكون هذه المكونات قادرة على التعامل مع حركة إشارات الاتصال بكفاءة مع إعطاء الأولوية عند الحاجة. تتضمن معظم الأنظمة الحديثة اليوم مسرعات عتادية خاصة إلى جانب أساليب متينة لتصحيح الأخطاء لضمان العمل كما هو مخطط له. ووفقًا للبيانات الميدانية الفعلية، فإن النُهج اللامركزية في التحكم تقلل من فقدان الحزم بنسبة تصل إلى 37٪ مقارنةً بالنماذج المركزية القديمة. هذا النوع من التحسن يُعد أمرًا بالغ الأهمية في التطبيقات التي قد تؤدي فيها التأخيرات البسيطة إلى مشكلات كبيرة أو مخاطر تتعلق بالسلامة.

مزايا الأتمتة والتنظيم لإدارة ذكية لوحدة المعالجة الأساسية (BBU)

تعتمد وحدات النطاق الأساسي اليوم على أنظمة آلية تقوم بتعديل الموارد وفقًا لما يحدث مع حركة المرور في أي لحظة معينة. هذه القدرة مهمة جدًا لجعل تقسيم شبكة الجيل الخامس (5G) يعمل بشكل صحيح. في الواقع، تستفيد الأنظمة الأساسية للتشغيل المدمجة في هذه الأنظمة من الذكاء الاصطناعي لاكتشاف اللحظات التي قد تزداد فيها أحمال الشبكة، ثم إعادة توجيه البيانات قبل حدوث المشاكل. ووفقًا لأحدث الدراسات، فإن هذا النوع من التوجيه الذكي يقلل من الحاجة إلى التدخل اليدوي لإصلاح الأمور بنحو النصف. بالإضافة إلى ذلك، تُدير نفس المنصات عمليات تحديث البرامج الثابتة والتعديلات الأخرى في الإعدادات بسلاسة أكبر بكثير مقارنة بالأساليب القديمة. وتحافظ على توافق كل شيء مع مواصفات 3GPP الأحدث دون التسبب في اضطرابات كبيرة في الخدمات التي يعتمد عليها العملاء يوميًا.

ضمان قابلية التوسع والتحديث المستقبلي في تصميم وحدة النطاق الأساسي

تحتاج وحدات البث الأساسي (BBUs) في شبكات الجيل الخامس الحديثة إلى الأداء الجيد منذ اليوم الأول، ولكن أيضًا إلى القدرة على التكيف مع مرور الوقت. وقد تبنّت الصناعة مؤخرًا التصاميم القابلة للتوسعة والنموذجية بشدة نظرًا لفعاليتها العالية عبر أجيال تقنية مختلفة. في الواقع، أظهرت دراسة حديثة أجريت في عام 2024 أمرًا مثيرًا للاهتمام — فالأنظمة المبنية من مكونات يمكن استبدالها تميل إلى تقليل التكاليف الإجمالية بنسبة تقارب 30٪ مقارنةً بتلك التي تستخدم مكونات ثابتة. كما أن معظم الشركات المصنعة الكبرى للمعدات تنضم حاليًا إلى هذه الحركة، حيث تبيع هياكل BBU النموذجية التي تتيح للمشغلين الترقية جزءًا جزءًا. تخيل إمكانية إضافة وظائف شبكة افتراضية (VNFs) أو ببساطة استبدال المعالجات القديمة دون الحاجة إلى تفكيك كل شيء وإعادة البدء من الصفر.

بالنسبة للانتقال من الجيل الرابع إلى الجيل الخامس، فإن تصاميم وحدة معالجة القاعدة (BBU) القابلة للتكيف تقلل من انقطاع الخدمة من خلال الحفاظ على التوافق العكسي. فعلى سبيل المثال، تتيح هياكل الشبكة الراديوية الافتراضية (vRAN) الترقيات المعرفة بالبرمجيات إلى راديو الجيل الخامس الجديد (NR) مع الحفاظ على اتصال LTE القديم، مما يتجنب عمليات الترقية الشاملة المكلفة التي ساهمت في 42% من تأخيرات النشر في عام 2023.

إن جعل الأنظمة جاهزة للمستقبل يعتمد فعليًا على أساليب الترقية السلسة، حيث يتم تحديث البرمجيات بالتوازي مع الفحوصات الصيانة الدورية، دون أن يلاحظ أحد انقطاع الخدمة. وتُتمكّن وحدات الإرسال الأساسية الأحدث من تنفيذ هذه الحيلة بفضل مصادر طاقة احتياطية، ومسارات منفصلة للتحكم والبيانات، بالإضافة إلى أنظمة استرداد تلقائية عند حدوث أي خلل. فعلى سبيل المثال، تمكنت إحدى شركات الاتصالات الكبرى في أوروبا من الحفاظ على تشغيل شبكتها بنسبة توافر تقترب من الكمال وهي 99.999% أثناء نشر تقنية الجيل الخامس على مراحل. واستخدمت الشركة منصات إدارة خاصة تعتمد على الحوسبة السحابية، تقوم بتنسيق جميع عمليات التحديث التي تحدث في مواقع مختلفة بشكل متزامن. وليس هذا بأمر بسيط إذا ما أخذنا في الاعتبار مدى تعقيد الشبكات الحديثة اليوم.

تحليل تكنولوجيا المعالج والكفاءة من حيث التكلفة

خيارات المعالج لوحدات الإرسال الأساسية: مقايضات بين GPP وDSP وSoC

يعتمد أداء وحدة الإرسال الأساسية بشكل كبير على اختيار المعالج، وهناك ثلاثة أنواع رئيسية تُستخدم في نشر شبكات الجيل الخامس:

تتيح المعالجات متعددة الأغراض (GPPs) تحديثات برمجية سريعة ولكنها تستهلك طاقة أكثر بنسبة 38٪ مقارنة بمعالجات الإشارات الرقمية (DSPs) أثناء مهام تشكيل الحزمة (تقرير شبكات الهاتف المتحرك 2024). توفر حلول الرقاقات المتكاملة (SoC) نهجًا متوازنًا، حيث تقدم 12 تيرا عملية في الملليمتر المربع لمعالجة MIMO الضخمة وتقلل المساحة الفعلية بنسبة 60٪ مقارنة بالحلول المنفصلة.

الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي في معالجة إشارات القاعدة الأساسية

تحسّن وحدات معالجة القاعدة الأساسية المدعومة بالذكاء الاصطناعي توزيع الموارد، مما يقلل زمن التأخير بنسبة 53٪ في ظروف حركة المرور الديناميكية. وتتنبأ نماذج التعلم الآلي بالازدحام بدقة تبلغ 89٪، مما يمكن من توزيع الحمل بشكل استباقي عبر مجموعات وحدات معالجة القاعدة الأساسية الافتراضية.

التكلفة الإجمالية للملكية: تحقيق التوازن بين الأداء والابتكار والميزانية

تأتي المعالجات المتميزة بالتأكيد بسعر أعلى مبدئيًا، وعادة ما تكون تكلفتها أعلى بنسبة تتراوح بين 50 إلى 70 بالمئة مقارنةً بالخيارات القياسية. ولكن ما يجعلها جديرة بالنظر هو كفاءتها العالية في استهلاك الطاقة، والتي يمكن أن توفر حوالي ثمانية دولارات وعشرين سنتًا لكل واط سنويًا في العمليات الكبيرة. كما كان التصميم الوحداتي لوحدات القاعدة (BBU) تغييرًا جذريًا أيضًا. تدوم هذه الأنظمة من ثماني إلى عشر سنوات لأنها تسمح بالترقيات الميدانية من خلال وحدات FPGA بالإضافة إلى تحديثات الراديو المعرفة بالبرمجيات بشكل منتظم. وفقًا لبحث نشرته ديلويت عام 2023، فإن شركات الاتصالات تحقق عوائد على الاستثمار أسرع بنسبة 22 بالمئة عندما تُوقِّت استبدال أجهزتها مع إصدارات مواصفات 3GPP بدلًا من القيام بذلك بفترات عشوائية.

قسم الأسئلة الشائعة

ما دور وحدة القاعدة (BBU) في شبكات الجيل الخامس (5G)؟

وحدة النطاق الأساسي (BBU) في شبكات الجيل الخامس مسؤولة عن التعامل مع تقنيات وصول لاسلكية متعددة تشمل الجيل الثالث والجيل الرابع والجيل الخامس على منصة واحدة. وتدير هذه الوحدة قنوات نطاق ترددي واسع وتدعم تشكيلات MIMO الضخمة، مما يتطلب قدرة حسابية كبيرة.

كيف يؤثر الانتقال إلى الشبكة الراديوية المركزية (C-RAN) على وحدات النطاق الأساسي؟

يؤدي الانتقال إلى الشبكة الراديوية المركزية (C-RAN) إلى تجميع وحدات النطاق الأساسي، مما يقلل من تكاليف الصيانة واستهلاك الطاقة. وتمكّن هذه الخطوة من توزيع أكثر ذكاءً للموارد، ما يستدعي من وحدات النطاق الأساسي التعامل مع اتصالات الفرونت هول فائقة السرعة والحوسبة الطرفية لتوفير خدمة الجيل الخامس بشكل أمثل.

ما هي مزايا استخدام وحدات النطاق الأساسي المفتوحة (Open RAN)؟

تتيح وحدات النطاق الأساسي المفتوحة لأطراف مختلفة التعاون من خلال واجهات قياسية، مما يسرّع نشر الميزات بالمقارنة مع الأنظمة المغلقة. ويجب أن تمتثل هذه الوحدات لتقسيمات معيارية محددة صادرة عن 3GPP لضمان التوافق البيني.

كيف يؤثر اختيار المعالج على أداء وحدة النطاق الأساسي (BBU)؟

تتأثر أداء وحدة المعالجة الأساسية (BBU) تأثرًا كبيرًا باختيار المعالج، حيث تقدم خيارات مثل المعالجات العامة (GPPs)، ومعالجات الإشارات الرقمية (DSPs)، وحلول النظام على رقاقة (SoC) قوى ومحدوديات وكفاءات في استهلاك الطاقة متفاوتة.