Как ББЕ и РРУ сътрудничат ефективно в базовите станции?

Функции и отговорности на блока за базова честота (ББЕ) при обработката на сигнали

В сърцето на модерните базови станции се намира единицата за базова честота (BBU), която извършва всички видове критични задачи по обработка на сигнала. Модулация и демодулация, коригиране на грешки, както и управление на протоколи в различни слоеве, включително PDCP, RLC и RRC. Преди всичко да бъде излъчено по ефира, тази единица гарантира съответствието със стандартите на 3GPP, които регулират мрежите LTE и 5G NR. Това, което наистина отличава BBU, е разделението на функциите на управляващия план от фактическия поток на данни в системата. Когато неща като управление на прехвърлянето (handover) се извършват отделно от обикновения поток от данни, се откриват възможности за по-интелигентно разпределяне на ресурси. Мрежите могат след това да се адаптират в реално време при внезапни възходи или спадове в трафика, като поддържат плавна работа дори по време на върхови натоварвания.

Роля на дистанционната радио единица (RRU) при преобразуване на RF сигнала и свързване с антената

Удаленото радиоустройство (RRU) се намира точно до антените, където преобразува тези базови сигнали в реални радиовълни като честоти 2,6 GHz или 3,5 GHz. Това разположение помага за намаляване на загубата на сигнал, която може да бъде значителна – около 4 dB на всеки 100 метра при използване на обикновени коаксиални кабели, особено в тези по-високи честотни диапазони. Какво прави всъщност RRU? То преобразува цифровата информация обратно в аналогова форма за изпращане на данни надолу по веригата, усилва слабите сигнали, идващи от устройствата, без да добавя прекомерен шум, и работи с множество честотни ленти – от 700 MHz чак до 3,8 GHz – чрез технология, наречена агрегиране на канали (carrier aggregation). Разполагането на тези устройства близо до антените също ускорява мрежовите отговори. Тестове показват, че закъснението намалява с около 25% в сравнение с по-стари системи, които разчитат на дълги кабелни трасета между оборудванията.

Комплементарен работен процес: Как BBU и RRU осигуряват предаване на сигнала от край до край

BBU и RRU работят заедно чрез високоскоростни влакони връзки, използвайки протоколите CPRI или eCPRI, за да образуват непрекъсната верига от сигнали от цифровата обработка до предаване в ефира.

Тази разпределена архитектура централизира BBU, като поставя RRU на върха на кулите, подобрявайки спектралната ефективност с 32% в градски среди. Разделянето позволява независими ъпгрейди и е особено полезно при развиващите се O-RAN екосистеми.

Влакнено-оптична връзка за предаване: Свързване на BBU и RRU с CPRI и eCPRI

Високоскоростни влакнено-оптични връзки в комуникацията между BBU и RRU

Оптичните кабели формират основата на днешните fronthaul мрежи, осигурявайки висока честотна лента и минимално закъснение при свързване на BBUs с RRUs. Тези кабели могат да обработват скорости на данни над 25 гигабита в секунда, което означава, че надеждно пренасят цифровите радиосигнали без никакви смущения от електромагнитни интерференции – нещо, което е от голямо значение в натоварени градски райони, където множество уреди работят едновременно. Стандартът CPRI работи заедно с двупосочен оптичен кабел, за да осигури синхронизация между обработката на базовия сигнал в BBU и реалната RF работа, извършвана от RRU. Тази синхронизация помага да се поддържа високо качество на сигнала през цялата система от начало до край.

CPRI срещу eCPRI: Протоколи за ефективност на fronthaul и управление на честотната лента

Докато преминаваме към 5G мрежи, много оператори започнаха да прилагат нещо, наречено разширена CPRI или накратко eCPRI. Това, което прави eCPRI интересна, е начинът, по който намалява изискванията за честотен обхват до десет пъти в сравнение с по-старите версии на CPRI. Традиционната CPRI обаче работи по различен начин. Тя изисква отделни влаконни връзки за всяка антена и се придържа към т.нар. операции от слой 1. Но ето проблема: при работа с големите MIMO конфигурации, които стават все по-чести днес, обикновената CPRI просто не може да осигури необходимото мащабиране. Точно тук eCPRI се отличава. Като премине към транспортни методи, базирани на Ethernet, тя позволява на множество отдалечени радиоустройства да споделят ресурси чрез т.нар. статистическо мултиплексиране. Резултатът? Намного по-добра производителност в отношение на ефективността на fronthaul без всички допълнителни разходи за инфраструктура.

Тази еволюция намалява разходите за фронтхол с 30% и подпомага мащабируеми развертания в милиметровия диапазон.

Съображения за латентност, капацитет и синхронизация при проектиране на фронтхол

Правилното временно синхронизиране има голямо значение. Ако има грешка в синхронизацията, по-голяма от 50 наносекунди, това нарушава формирането на лъч и всички останали функции, базирани на времето, в мрежите 5G. Затова модерните фронтхол конфигурации използват стандарти като IEEE 802.1CM TSN, за да осигурят правилното движение на управляващите сигнали през мрежата. Когато става въпрос за обема на данните, повечето използват днес 25G приемо-предаватели. Те поемат загуба на сигнал около 1,5 dB на километър, което всъщност надминава старите 10G системи с около две трети. Всички тези подобрения означават, че все още можем да постигнем времена на отклик под милисекунда, дори ако единиците за базова лента трябва да бъдат поставени на разстояние до 20 километра от отдалечените радиоустройства в централизирани архитектурни конфигурации.

Еволюция на мрежовата архитектура: От D-RAN към C-RAN и vRAN

D-RAN срещу C-RAN: Влияние върху разгръщането на BBU и разпределението на RRU

Традиционните разпределени RAN или D-RAN конфигурации имат всяка мобилна кула да разполага със собствен блок за базова честота (BBU) точно до дистанционното радиоустройство (RRU). Въпреки че това поддържа закъснението на сигнала под 1 милисекунда, означава, че голямо количество резервно оборудване стои неизползвано по-голямата част от времето и затруднява споделянето на ресурси между кулите. По-новият централизиран подход C-RAN събира всички тези BBU-та заедно в централни локации, свързани чрез оптични кабели с RRU-тата на различни обекти. Според проучване на индустрията на Dell'Oro от техния доклад през 2023 г., тази промяна може да намали експлоатационните разходи между 17% и дори близо до 25%. Освен това операторите получават възможността да преместват изчислителната мощност там, където е най-необходима, докато моделите на трафика се променят в рамките на деня.

Централизирани BBU групи в C-RAN за подобрено споделяне на ресурси и по-висока ефективност

Чрез консолидиране на BBU в централизирани съоръжения, операторите могат да управляват стотици RRU от едно място. Предимствата включват:

• Консолидация на хардуера : Разполагането на 24 клетки изисква с 83% по-малко BBU шасита в сравнение с еквивалентни D-RAN конфигурации
• Оптимизация на енергията : Балансирането на натоварването намалява консумацията на енергия от базовите станции с 35% (изследване на Ericsson, 2022 г.)
• Напреднала координация : Осъществява техники като координирана мултиточка (CoMP) за ефективно формиране на лъчи при 5G милиметрови вълни

Виртуализирана RAN (vRAN): Еволюция на функциите на BBU към обработване в облак

vRAN отделя обработката на базовата честота от собственическия хардуер и изпълнява виртуализирани BBU (vBBU) функции на стандартни сървъри в облака. Този преход предлага:

1. Гъвкаво мащабиране : Ресурсите за обработване се мащабират динамично според моделите на трафика
2. Интеграция в ръба : 67% от операторите разгръщат виртуални ББУ заедно с възли за многодостъпно крайно изчисляване (MEC), за да минимизират закъснението (Nokia 2023)
3. Предизвикателства с взаимодействието : Постигането на синхронизация под 700 μs изисква специализирано ускоряващо хардуерно оборудване, въпреки разнообразието от доставчици

Еволюцията от D-RAN към C-RAN и vRAN подчертава как централизацията и виртуализацията повишават ефективността, мащабируемостта и икономичността на мрежата.

O-RAN и функционални разделяния: Преосмисляне на сътрудничеството между ББУ и РРУ

Стандарти на алианса O-RAN и изисквания за отворени интерфейси за ББУ и РРУ

Алиансът O-RAN насърчава по-отворени и съвместими проекти на радиодостъпни мрежи, като задава стандартни начини за комуникация между базови лентови устройства (BBU) и дистанционни радиоустройства (RRU). Това всъщност означава, че операторите могат да комбинират оборудване от различни доставчици, вместо да бъдат ограничени в екосистемата на един доставчик. Алиансът е разработил различни начини за разделяне на функции между тези компоненти, като например Опция 7.2x. При тази конфигурация слоевете RLC и MAC извършват обработката си в BBU, докато задачите на по-ниските нива на физическия слой и RF обработката се извършват в края на RRU. Наскорошно проучване, публикувано миналата година в Applied Sciences, установи, че при тази конкретна конфигурация закъсненията в предаващия канал остават под 250 микросекунди, което е доста впечатляващо, като се има предвид колко чувствителни са безжичните мрежи към проблеми с времето. Разбира се, тук съществува и компромис. Въпреки че отворените стандарти предоставят повече възможности при закупуването на оборудване, те изискват и по-тясна координация между всички различни части, за да се гарантира гладко взаимодействие, без да се засяга общата производителност.

Опции за функционално разделяне (напр. разделяне 7-2x) в O-RAN архитектури

Стандартът Split 7.2x работи, като разпределя задачите за обработка между различни компоненти, използвайки два основни подхода. При категория A по-голямата част от обработката се извършва от страна на BBU, което прави RRUs по-прости, но увеличава трафика във връзката за предаване. От друга страна, при категория B обработката се измества към самия RRU. Тази конфигурация осигурява по-добра производителност при работа с сигнали, идващи от потребителите, макар и да усложнява хардуера. Според последни индустриални доклади около две трети от операторите на мрежи са избрали категория B за своите massive MIMO развертания, тъй като получават значително по-добър контрол върху интерференциите на сигнала. Технологичният свят продължава да еволюира. Вземете например проекта ULPI от 2023 г. Това ново развитие премества определени функции за еквализиране в архитектурата на системата, за да се постигнат още по-големи печалби в производителността. Точно такива подобрения бяха подчертани в последните документи на работните групи на O-RAN.

Балансиране на интероперабилността и производителността при разгъването на отворена RAN

O-RAN наистина носи потенциал за икономисване на пари с времето и позволява работа с различни доставчици, но постигането на същата производителност като тази на традиционните интегрирани RAN системи все още е трудна задача. Проблемът се свежда до разликите между това, което различните производители предлагат относно възможностите за хардуерно ускорение и колко зрял всъщност е техният софтуер. Това създава истински главоболия при опитите да бъдат постигнати важните показатели за пропускана способност и консумация на енергия. Когато компаниите създават централизирани BBU групи, те имат нужда и от изключително надеждни връзки в предния край, нещо, което изисква джитърът да бъде под около 100 наносекунди според отрасловите стандарти. Повечето експерти препоръчват първоначално да се действа внимателно, може би започвайки с някои по-малко рискови локации в градовете, където проблемите няма да причиняват сериозни нарушения. Този подход позволява на операторите да тестват дали всичко работи правилно заедно и отговаря на очакванията, преди да предприемат мащабни развертания в по-големи райони.