Kako BBU i RRU učinkovito sarađuju u baznim stanicama?

Funkcije i odgovornosti jedinice za obradu baza (BBU) u obradi signala

U srcu modernih baznih stanica nalazi se jedinica za obradu baza (BBU), koja obavlja sve vrste kritičnih zadataka obrade signala. U pitanju su modulacija i demodulacija, ispravljanje grešaka, kao i upravljanje protokolima na različitim slojevima uključujući PDCP, RLC i RRC. Prije nego što se bilo šta prenese putem radio talasa, ova jedinica osigurava da sve odgovara standardima 3GPP koji regulišu mreže LTE i 5G NR. Ono što zaista ističe BBUs je njihova sposobnost da odvoje funkcije kontrolne ravni od stvarnog toka podataka kroz sistem. Kada se procesi poput upravljanja prebacivanjem priključenja odvijaju nezavisno od redovnog toka podataka, otvaraju se mogućnosti za pametniju alokaciju resursa. Mreže se tako mogu prilagođavati u realnom vremenu tokom naglih promjena u saobraćaju, čime se osigurava nesmetan rad čak i u periodima vršnog opterećenja.

Uloga udaljene radio jedinice (RRU) u RF konverziji i povezivanju s antenama

Jedinica udaljenog radija (RRU) nalazi se odmah pored antena gdje transformiše osnovne signale u stvarne radio talase, poput frekvencija od 2,6 GHz ili 3,5 GHz. Ovakav položaj pomaže u smanjenju gubitka signala koji može biti prilično velik — oko 4 dB na svakih 100 metara kada se koriste obični koaksijalni kablovi, posebno u ovim višim opsezima frekvencija. Šta RRU zapravo radi? Pa, ona pretvara digitalne informacije nazad u analogni oblik za slanje podataka nizvodno, pojačava slabu signalizaciju koja se vraća od uređaja bez dodavanja prevelike količine šuma i radi sa više frekventnih opsega, od 700 MHz sve do 3,8 GHz, kroz nešto što se zove agregacija nosača. Postavljanje ovih jedinica blizu antena također povećava brzinu reagovanja mreže. Testovi pokazuju da kašnjenje opada za oko 25% u poređenju sa starijim sistemima koji su se oslanjali na duge kablanske veze između lokacija opreme.

Dopunski tok rada: Kako BBU i RRU omogućuju end-to-end prijenos signala

BBU i RRU rade zajedno putem visokobrzinskih optičkih veza koristeći CPRI ili eCPRI protokole kako bi formirali bezprobljemni lanac signala od digitalne obrade do prenosa kroz vazduh.

Ova distribuirana arhitektura centralizuje BBU-ove dok RRU-ove postavlja na vrhove tornjeva, poboljšavajući spektralnu efikasnost za 32% u urbanim sredinama. Odvajanje omogućava nezavisne nadogradnje i posebno je korisno u razvoju O-RAN ekosistema.

Vezivanje na bazi optičkih vlakana: Povezivanje BBU-a i RRU-a sa CPRI i eCPRI

Visokobrzinski optički spojevi u komunikaciji između BBU-a i RRU-a

Optički kablovi čine osnovu današnjih fronthaul mreža, omogućavajući veliku propusnu širinu i minimalnu latenciju pri povezivanju BBUs sa RRUs. Ovi kablovi mogu prenositi podatke brzinom većom od 25 gigabita u sekundi, što znači da pouzdano prenose digitalizirane radio signale bez smetnji usljed elektromagnetskog interferencije – nešto što je izuzetno važno u guštvanim gradskim područjima gdje istovremeno radi mnogo opreme. CPRI standard funkcionira uz dvosmjerni optički kabl kako bi se održala sinhronizacija između obrade baznog opsega u BBU-u i stvarnog RF rada koji obavlja RRU. Ova sinhronizacija pomaže u održavanju visokog kvaliteta signala kroz cijeli sistem, od početka do kraja.

CPRI vs. eCPRI: Protokoli za efikasnost fronthaula i upravljanje propusnom širinom

Dok prelazimo na mreže 5G, mnogi operateri su počeli prihvaćati ono što se naziva poboljšani CPRI ili kraće eCPRI. Ono što čini eCPRI zanimljivim je kako smanjuje zahtjeve za propusnim opsegom čak deset puta u poređenju sa starijim verzijama CPRI-ja. Tradicionalni CPRI ipak funkcioniše drugačije. On zahtijeva odvojene vlaknaste konekcije za svaki antenu i drži se onoga što je poznato kao Layer 1 operacije. Ali evo problema: kada je riječ o tim velikim MIMO konfiguracijama koje postaju sve učestalije danas, obični CPRI jednostavno ne može pravilno skalirati. Upravo tu eCPRI sjaji. Prebacivanjem na transportne metode zasnovane na Ethernetu, omogućava više udaljenih radio jedinica da dijele resurse kroz nešto što se naziva statističko multipleksiranje. Rezultat? Mnogo bolje performanse u smislu efikasnosti fronthaul veze bez svih dodatnih troškova infrastrukture.

Ova evolucija smanjuje troškove fronthaul veze za 30% i podržava skalabilne implementacije milimetarskih talasa.

Razmatranja kašnjenja, kapaciteta i sinhronizacije u projektovanju fronthaul veze

Ispravno vrijeme je od velikog značaja. Ako postoji greška u sinhronizaciji veća od 50 nanosekundi, poremetiće formiranje snopa i sve ostale funkcije koje zavise od vremena u mrežama 5G. Zbog toga savremene fronthaul konfiguracije koriste stvari poput IEEE 802.1CM TSN standarda kako bi se osiguralo pravilno kretanje kontrolnih signala kroz mrežu. Kada je riječ o obradi količine podataka, većina korisnika se danas prebacila na 25G prijemnike. Oni obrađuju gubitak signala oko 1,5 dB po kilometru, što zapravo nadmašuje stare 10G sisteme za otprilike dvije trećine. Sve ove nadogradnje znače da i dalje možemo postići vremena odziva ispod milisekunde, čak i ako jedinice za obradu signala moraju biti postavljene na udaljenosti do 20 kilometara od udaljenih radio jedinica u centralizovanim arhitektonskim konfiguracijama.

Evolucija mrežne arhitekture: Od D-RAN ka C-RAN i vRAN

D-RAN vs. C-RAN: Uticaj na implementaciju BBU i distribuciju RRU

Tradicionalne distribuirane mreže pristupa (D-RAN) imaju svaku jedinicu za obradu baza podataka smještenu pored udaljene radio jedinice na svakom tornju. Iako ovo zadržava kašnjenje signala ispod 1 milisekunde, rezultat je veliki broj duplirane opreme koja većinu vremena stoji neiskorištena, a teško je omogućiti dijeljenje resursa između tornjeva. Noviji pristup centralizovane mreže pristupa (C-RAN) preuzima sve te BBU jedinice i skuplja ih na centralnim lokacijama koje su povezane optičkim kablovima sa RRU jedinicama na različitim lokacijama. Prema istraživanju sektora objavljenom od strane Dell'Oro u izvještaju iz 2023. godine, ovakva promjena može smanjiti operativne troškove negdje između 17% i čak približno 25%. Osim toga, operateri mreže dobijaju mogućnost da premještaju procesnu snagu tamo gdje je najpotrebnija kako se uzorci prometa mijenjaju tokom dana.

Centralizovani BBU poolovi u C-RAN-u za poboljšano dijeljenje resursa i efikasnost

Tako što su BBUs u centralizovanim objektima, operateri mogu upravljati stotinama RRUs-a sa jednog mjesta. Prednosti uključuju:

• Konsolidacija hardvera : Implementacija sa 24 ćelije zahtijeva 83% manje BBU šasija u odnosu na ekvivalentne D-RAN konfiguracije
• Optimizacija energije : Balansiranje opterećenja smanjuje potrošnju energije baze za 35% (studija slučaja Ericsson 2022)
• Napredna koordinacija : Omogućava tehnike poput koordiniranog više tačaka (CoMP) za efikasno formiranje zraka na 5G milimetarskom talasu

Virtualizovana RAN (vRAN): Evolucija funkcija BBU-a u obradu zasnovanu na oblaku

vRAN odvaja obradu baseband signala od proprietarnog hardvera, pokrećući virtualizovane funkcije BBU-a (vBBU) na komercijalnim serverskim platformama namjenjenim opštoj upotrebi. Ovaj pomak donosi:

1. Fleksibilno skaliranje : Resursi za obradu dinamički se skaliraju u skladu sa obrazcima prometa
2. Integracija ruba mreže : 67% operatera implementira vBBU-ove uz čvorove višenamjenskog računarstva na rubu mreže (MEC) kako bi smanjili latenciju (Nokia 2023)
3. Izazovi interoperabilnosti : Postizanje sinkronizacije ispod 700 μs zahtijeva specijalizovanu hardversku akceleraciju, uprkos raznolikosti dobavljača

Evolucija od D-RAN-a ka C-RAN-u i vRAN-u ističe kako centralizacija i virtualizacija poboljšavaju efikasnost, skalabilnost i ekonomičnost mreže.

O-RAN i funkcionalni splitovi: Ponovno definisanje saradnje između BBU-i RRU

Standardi O-RAN Saveza i zahtjevi za otvorenim interfejsima za BBU i RRU

Savez O-RAN nastoji ostvariti otvorenije i kompatibilnije dizajne radio pristupnih mreža tako što definiše standardne načine komunikacije između jedinica za obradu baza (BBU) i udaljenih radio jedinica (RRU). To u stvari znači da operatori mogu kombinovati opremu različitih dobavljača umjesto da su vezani za ekosistem jednog jedinog dobavljača. Savez je razradio različite načine raspodjele funkcija između ovih komponenti, kao npr. opciju 7.2x. U ovom uređenju slojevi poput RLC i MAC obavljaju svoj posao u BBU-u, dok se niže zadatke fizičkog sloja i RF obrada obavljaju na strani RRU-a. Nedavni rad objavljen prošle godine u časopisu Applied Sciences pokazao je da ova konfiguracija drži kašnjenje na vezi do 250 mikrosekundi, što je prilično impresivno s obzirom na to koliko su bežične mreže osjetljive na vremenske probleme. Naravno, postoji i kompromis. Iako otvoreni standardi nude više mogućnosti pri kupovini opreme, oni istovremeno zahtijevaju bolju koordinaciju svih različitih dijelova kako bi se osiguralo glatko funkcionisanje bez gubitka ukupnih performansi.

Opcije funkcionalnog dijeljenja (npr. Dijeljenje 7-2x) u O-RAN arhitekturama

Split 7.2x standard funkcioniše tako što raspodjeljuje zadatke obrade između različitih komponenti koristeći dva glavna pristupa. Kod kategorije A, većina posla se obavlja na strani BBU-a, što čini RRU-ove jednostavnijima, ali stvara više prometa na vezi za prenos podataka. S druge strane, kategorija B pomjera te zadatke obrade direktno ka RRU-u. Ova konfiguracija omogućava bolje performanse pri obradi signala koji dolaze od korisnika, iako čini hardver složenijim. Prema nedavnim industrijskim izvještajima, otprilike dvije trećine operatera mreža su odabrali kategoriju B za svoje massive MIMO implementacije jer imaju znatno bolju kontrolu nad smetnjama u signalu. Tehnologija se stalno razvija. Uzmimo primjer projekta ULPI iz 2023. godine. Ovaj novi razvoj premješta određene funkcije ekvalizacije unutar arhitekture sistema kako bi se postigle još veće performanse. Takve poboljšanja upravo su ono što dokumenti radnih grupa O-RAN-a ističu posljednjih dana.

Balansiranje interoperabilnosti i performansi u implementacijama otvorenog RAN-a

O-RAN zaista donosi potencijal za uštedu novca tokom vremena i omogućava rad sa različitim dobavljačima, ali postizanje istih performansi kao kod tradicionalnih integrisanih RAN sistema još uvijek je težak zadatak. Problem se svodi na razlike između onoga što različiti proizvođači nude u pogledu mogućnosti hardverske akceleracije i stepena zrelosti njihovog softvera. To stvara prave glavobolje pri pokušaju dostizanja važnih metrika za propusnost podataka i potrošnju energije. Kada kompanije postave centralizovane BBU grupe, potrebne su im izuzetno pouzdane veze i na prednjem dijelu, nešto što zahtijeva da se džiter održava ispod otprilike 100 nanosekundi, prema industrijskim standardima. Većina stručnjaka preporučuje da se na početku ide polako, možda započevši s nekim lokacijama nižeg rizika u gradovima gdje problemi neće uzrokovati velike poremećaje. Ovaj pristup omogućava operaterima da testiraju radi li sve ispravno zajedno i ispunjava li očekivanja prije nego što se potpuno angažuju na većim područjima.