Как да изберем правилния RRU за комуникационни кули?

Разбиране на ролята на RRU в съвременните радио достъпни мрежи

Функция на отдалечения радио модул (RRU) в съвременните RAN

Удалените радиоустройства (RRU) действат като ключови връзки, свързващи цифровата базова обработка с реалните радиочестотни предавания в мрежите за радиодостъп. Тези устройства приемат цифрови сигнали от базовата единица и ги превръщат в радиочестотни вълни, които могат да се разпространяват през въздуха. Те работят и в обратна посока за сигналите, идващи от телефоните на потребителите. Когато са разположени близо до антените, RRU намаляват загубите в фидерната линия с около 4 dB на всеки 100 метра при честоти около 2,6 GHz. Според някои изследвания на Ponemon от 2023 г., това разположение подобрява качеството на сигнала с приблизително 22% в сравнение с централизирани конфигурации. Водещи производители вече вграждат сложни DAC/ADC преобразуватели директно в своите RRU, заедно с ефективни филтриращи системи. Това им позволява да обработват множество честотни ленти едновременно, като задържат закъснението под 70 наносекунди, което е от решаващо значение за бързите 5G приложения, които всички очакваме.

Основни компоненти на базова станция: Къде се вписва RRU

Съвременните базови станции се състоят от три основни елемента:

• Антенен масив : Управление на излъчване/приемане на електромагнитни вълни
• RRU : Обработка на ВЧ сигнали (преобразуване нагоре/надолу, усилване) на местоположението на антената
• BBU : Управление на протоколни стекове, коригиране на грешки и мрежова сигурност

Тази разпределена архитектура намалява консумацията на енергия с 18–35% в сравнение с традиционни макростанции, както е документирано в изследванията за енергийна ефективност на RAN през 2024 г. Капсулирането на RRU, подходящо за външно монтиране, позволява разполагането му на разстояние от 1–5 метра от антените, което е задължително за милиметровите вълни, при които атмосферното затихване надвишава 15 dB/km.

Разделяне на базов блок (BBU) и RRU: Архитектурна еволюция

Децентрализацията на BBU и RRU представлява фундаментален преход от интегрирани базови станции и позволява:

Чрез централизиране на BBU в сигурни съоръжения, докато RRU се разпределят по предавателни кули, операторите постигат 92% по-бързи ъпгрейди на терен чрез радиоустройства с програмно определяна конфигурация. Наскорошни реализации на C-RAN показват как това разделяне подпомага динамично балансиране на натоварването между 64–256 RRU на група BBU, като се оптимизира спектралната ефективност за гъсто застроени градски зони.

Основни функционалности и възможности за обработка на сигнали на RRU

Обработка на сигнали при предаване и получаване в RRU

Удалените радиоустройства или RRUs обработват двупосочния сигнал, което е от голямо значение за начина, по който модерните RAN системи функционират днес. При изпращане на данни надолу от мрежата, тези устройства приемат цифровите сигнали от BBU и ги преобразуват в реални радиовълни чрез сложни методи за модулация. А при получаване на данни, които се предават обратно нагоре, те обръщат този процес, като вземат сигналите в радиочестотния диапазон и ги конвертират обратно в цифрова форма, за да могат да бъдат разбрани от BBU. Възможността на RRUs да обработват и двата направления едновременно осигурява изключително високи скорости на комуникация с почти нулево закъснение. Грешките остават много ниски – около 0,001% или по-малко в повечето 5G конфигурации. Това помага за поддържане на синхронизация, дори когато хиляди устройства са свързани едновременно, без да причинява сериозни нарушения в качеството на услугата.

Функции на RF преден край: ЦАП, АЦП, Преобразуване нагоре/надолу, Филтриране

RF предния край на RRU разчита на четири основни компонента:

1. Цифрово-аналогови преобразуватели (DACs) : Преобразуват цифрови I/Q сигнали в аналогови форми на вълни
2. Аналогово-цифрови преобразуватели (ADCs) : Засичат входящи аналогови сигнали за цифрова обработка
3. Преобразуватели на честота : Преместват сигнали между базов честотен диапазон и носеща честота
4. Филтри с banda : Премахват интерференция извън лентата, като запазват цялостта на сигнала

Тези компоненти работят заедно, за да постигнат спектрална ефективност до 8,2 bps/Hz при съвременни многотехнологични RAN инсталации, като надминават старите системи с 37% в реални тестове за пропускливост.

Производителност на усилвателя на мощност (PA) и усилвател с нисък шум (LNA)

Съвременните RRU интегрират високоефективни PA (с ефективност на преобразуване от 90–94% DC-RF) и ултрасензитивни LNA (фигура на шума <1,2 dB), за да отговарят на изискванията на 5G относно бюджета на връзката. Тази комбинация осигурява:

• 64T64R масивни MIMO конфигурации с общ изход от 200 W
• обработка на честотна лента с ширина 160 MHz в спектъра FR1
• чувствителност на приемника -110 dBm за надеждно откриване на слаб сигнал

Иновации в термичното управление, като течено охлаждане и материали с промяна на фазовото състояние, осигуряват стабилна работа при температури на околната среда от -40°C до +55°C.

Архитектурни предимства на RRU при D-RAN и C-RAN развертвания

Разпределена RAN (D-RAN) срещу Централизирана RAN (C-RAN): Ролята на RRU

Удалените радиоустройства, които наричаме RRU, по същество правят архитектурите на мрежата за радиодостъп (RAN) по-гъвкави, тъй като разделят радиофункциите от местата, където се извършва обработката на базовия сигнал. При разпределени системи за радиодостъп (D-RAN) тези устройства са разположени непосредствено до антените в клетъчните сайтове, което помага аналоговите сигнали да останат силни, вместо да отслабнат при предаването си чрез коаксиални кабели. При централизирани конфигурации (C-RAN), RRU устройствата пак остават близо до антените, но сега се свързват чрез оптични влакна с централни процесорни блокове. Тази конфигурация може да намали нуждата от физическо пространство на сайтa с около 40 процента, според някои индустриални доклади от миналата година. Независимо дали става дума за D-RAN или C-RAN конфигурации, тези удалени устройства имат ключова роля за поддържане на високо качество на сигнала, като едновременно с това осигуряват достатъчна гъвкавост на мрежата, за да се справи с бъдещите промени.

Намаляване на загубите във фидера и подобряване на енергийната ефективност чрез разположение на RRU

Когато единиците за дистанционно радио се поставят близо до антените, загубите във фидерните линии намаляват с около 90% в сравнение с по-старите конфигурации, което има истинско значение за общата енергийна ефективност. По-късите кабели означават, че се губи по-малко ВЧ мощност. Вместо да се губят 15 до 20% от общата енергия през тези дълги трасета, сега разглеждаме загуби под 5%, особено при работа със сигнали с по-висока честота. Друго предимство идва от намалените изисквания за охлаждане, тъй като тези RRU всъщност работят добре на открито, без да се нуждаят от сложни затворени обшивки с контролирана температура. Полеви инженери съобщават, че тази конфигурация намалява проблемите с поддръжката по време на горещите летни месеци, когато системите за климатизация иначе биха се затруднявали да задържат температурата.

Мащабируемост и гъвкавост при разгръщане във виртуализирани RAN среди

Съвременните дистанционни радиоустройства (RRU) работят добре с облачни нативни настройки благодарение на стандарти като eCPRI. Това прави възможно динамично споделяне на ресурси между мрежи на различни доставчици. Модулната природа на тези устройства означава, че операторите могат стъпково да увеличават капацитета, без да променят конструкцията на кулите, което е от решаващо значение при разширяване на 5G mMIMO възможностите и при внедряване на агрегация на носители. При разглеждане на виртуализирани RAN или vRAN решения, включващи RRU, индустриални тестове показват, че услугите се внедряват около 30 процента по-бързо в сравнение със старите системи от миналото.

Поддръжка на честоти и технологии за мултигенерационни мрежи

Съвместимост с честотни диапазони и съображения за ефективност на спектъра

Най-новите дистанционни радиоустройства предлагат около 30 процента по-добра ефективност на спектъра в сравнение с по-старите системи, тъй като работят в честотен диапазон от 600 MHz до 6 GHz. Този широк диапазон означава, че операторите на мрежи могат да продължат да използват вече наличните си ресурси от честотен спектър, докато преминават към технологията 5G New Radio. При широколентовите RRUs няколко отделни честотни ленти се обединяват в един хардуер. Това намалява разпространението на оборудване в клетъчните сайтове и спестява около 19% енергия на сектор според някои скорошни изследвания, публикувани в списание Wireless Infrastructure Journal миналата година.

Поддръжка на множество честотни ленти и технологии (2G/3G/4G/5G) в RRU

Водещите RRU в момента обработват едновременно сигнали GSM (2G), UMTS (3G), LTE (4G) и 5G NR чрез архитектури с определяне на радио чрез софтуер (SDR). Тази обратна съвместимост премахва необходимостта от паралелни радио вериги, както е показано в таблицата по-долу:

Мрежи, готови за бъдещето: мащабируемост в различните честотни ленти и оператори

Модулните проекти на RRU позволяват на операторите да активират нови честотни ленти чрез дистанционни софтуерни ъпдейти, намалявайки посещенията на кули с 62% ( Проучване на мобилни мрежови оператори 2024 ). Възможностите за споделяне на честотен спектър между оператори в последните модели позволяват динамично разпределяне на подизползвани ленти, ускорявайки внедряването на 5G с 89% в среди с множество оператори.

Интеграция с напреднали антени: готовност за MIMO и beamforming

Възможности за MIMO и beamforming чрез напреднали проекти на RRU

Най-новите радио дистанционни устройства (RRU) правят възможно масовото MIMO чрез вградената си адаптивна технология за формиране на лъч и множество антенни конфигурации. Тези устройства работят с големите масиви от 64 предавателни и 64 приемни елемента, за да насочват сигнали точно там, където са нужни, което увеличава количеството данни, които могат да се поберат в същото честотно пространство, в сравнение с по-старото оборудване. Някои тестове, проведени миналата година, показаха също нещо впечатляващо. Мрежи, използващи тези напреднали RRU с осем слоя разделяне на сигнали, достигнаха скорости около 3,8 гигабита в секунда в много натоварени градски среди. Такава производителност има огромно значение, когато се опитваме да поддържаме всички свързани, без забавяния по време на пикови периоди на употреба.

Интеграция на блокове за формиране на лъч (BFU) и антени модули

Създаващите лъчи единици или BFU работят заедно с фазови сменници и усилватели на мощност в радиото отдалечени единици (RRU) за насочване на сигнали с точност около плюс или минус 2 градуса през 5G милиметрови честоти на вълните. Постигането на това ниво на контрол прави реална разлика - операторите съобщават за около 65 процента по-малко смущения, когато няколко доставчици на услуги споделят една и съща зона, докато покритието на клетките се разширява с около 18 процента повече от преди. В бъдеще се разработват по-нови RRU с вградени антенни модули, които сливат всички тези компоненти в един компактен външен блок. Тази интеграция намалява значително разходите за инсталиране, спестявайки на компаниите около 40% в сравнение с традиционните системи, където всичко трябваше да се инсталира отделно. Индустрията очевидно се движи към тези консолидирани решения, тъй като те предлагат както предимства за производителността, така и значителни икономии на разходи.

Управление на топлинната енергия и енергията в външни инсталации за RRU

Външните RRU разсейват до 300W по време на активни операции MIMO, което изисква подводно охлаждано с течност шаси и системи за въздушен поток, задвижвани от AI, за да поддържат температури под 45 ° C. Разширените модели постигат 94% енергийна ефективност, като използват