Jak vybrat správnou RRU pro komunikační věže?

Porozumění roli RRU v moderních rádiových přístupových sítích

Funkce vzdálené rádiové jednotky (RRU) v moderních RAN

Dálkové rádiové jednotky, nebo také RRUs, působí jako klíčové spojky mezi digitálním zpracováním v základním pásmu a skutečnými vysílacími signály v rádiových přístupových sítích. Tyto zařízení převádějí digitální signály z jednotky základního pásma na radiofrekvenční vlny, které se mohou šířit prostorem. Stejně tak fungují i opačným směrem pro signály přicházející z telefonů uživatelů. Pokud jsou umístěny blízko antén, snižují RRUs ztráty ve vedení přibližně o 4 dB na každých 100 metrů při frekvencích kolem 2,6 GHz. Podle některých výzkumů společnosti Ponemon z roku 2023 toto umístění zvyšuje kvalitu signálu přibližně o 22 % ve srovnání s centralizovanými systémy. Významní výrobci nyní integrují do svých RRU pokročilé DAC/ADC převodníky spolu s efektivními filtračními systémy. To jim umožňuje zpracovávat více frekvenčních pásem současně a přitom udržet latenci pod 70 nanosekundami, což je velmi důležité pro rychlé aplikace 5G, které všichni očekáváme.

Klíčové komponenty základnové stanice: Kde se RRU nachází

Moderní základnové stanice se skládají ze tří základních prvků:

• Anténní pole : Zpracovává vyzařování/příjem elektromagnetických vln
• RRU : Zpracovává RF signály (přemodulaci nahoru/dolů, zesílení) na místě antény
• BBU : Spravuje protokolové zásobníky, opravu chyb a síťovou bezpečnost

Tato distribuovaná architektura snižuje spotřebu energie o 18–35 % ve srovnání s tradičními makrostanicemi, jak dokládají zkoušky energetické účinnosti RAN z roku 2024. Vnější pouzdro RRU umožňuje nasazení ve vzdálenosti 1–5 metrů od antén, což je nezbytné pro milimetrové vlny, kde atmosférický útlum přesahuje 15 dB/km.

Oddělení základnové jednotky (BBU) a RRU: Vývoj architektury

Rozdělení BBU a RRU představuje zásadní posun od integrovaných základnových stanic a umožňuje:

Centralizací BBUs ve zabezpečených zařízeních a distribucí RRUs napříč lokalitami vysílačů dosahují provozovatelé o 92 % rychlejší aktualizace na místě prostřednictvím softwarově definované překonfigurace rádia. Nedávné implementace C-RAN ukazují, jak toto oddělení podporuje dynamické vyrovnávání zatížení napříč 64–256 RRUs na jednu skupinu BBUs, čímž optimalizuje spektrální účinnost pro nasazení s vysokou hustotou ve městských oblastech.

Základní funkce a možnosti zpracování signálu RRU

Zpracování signálu v směru downlink a uplink v RRU

Dálkové rádiové jednotky nebo RRUs zpracovávají oba směry signálu, což je velmi důležité pro fungování moderních RAN systémů v dnešní době. Při odesílání dat dolů z sítě tyto jednotky převádějí digitální signály pocházející z BBU na skutečné rádiové vlny pomocí sofistikovaných metod modulace. A při příjmu dat jdoucích zpět nahoru tento proces v podstatě obrátí tím, že převedou signály radiové frekvence zpět na digitální formu, aby je mohlo BBU správně zpracovat. Skutečnost, že RRUs dokáží zpracovávat oba směry současně, zajišťuje extrémně rychlé komunikační rychlosti téměř bez prodlev. Chybovost zůstává také velmi nízká, většinou kolem 0,001 % nebo lepší ve většině 5G sítí. To pomáhá udržet vše synchronizované i v případě, že je současně připojeno tisíce zařízení, aniž by došlo k výrazným poruchám kvality služby.

RF Front-End Funkce: DAC, ADC, Up/Down Konverze, Filtrace

RF front-end RRU závisí na čtyřech klíčových komponentách:

1. Digitálně-analogové měniče (DAC) : Převádějí digitální I/Q signály na analogové průběhy
2. Analogově-digitální měniče (ADC) : Zachycují přicházející analogové signály pro digitální zpracování
3. Částicové převodníky : Přesouvají signály mezi základním pásmem a nosnou frekvencí
4. Pásmové filtry : Odstraňují interferenci mimo pásmo a zároveň zachovávají integritu signálu

Tyto komponenty spolupracují tak, aby dosáhly spektrální účinnosti až 8,2 bps/Hz v současných nasazeních multi-technologických RAN, což ve skutečných testech propustnosti překonává starší systémy o 37 %.

Výkon zesilovače výkonu (PA) a nízkošumového zesilovače (LNA)

Moderní RRU integrují vysoce účinné PA (účinnost převodu DC-RF 90–94 %) a extrémně citlivé LNA (šumové číslo <1,2 dB), aby splnily náročné rozpočty spoje 5G. Tato kombinace umožňuje:

• 64T64R konfigurace masivního MIMO s celkovým výstupním výkonem 200 W
• zpracování šířky kanálu 160 MHz ve spektru FR1
• citlivost přijímače -110 dBm pro spolehlivé detekování slabých signálů

Inovace tepelného managementu, jako je kapalinové chlazení a materiály se změnou fáze, zajišťují stabilní provoz v rozsahu okolní teploty od -40 °C do +55 °C.

Architektonické výhody RRU v nasazení D-RAN a C-RAN

Distribuované RAN (D-RAN) vs. Centralizované RAN (C-RAN): Role RRU

Vzdálené rádiové jednotky, kterým říkáme RRUs, zásadně zvyšují flexibilitu architektur RAN, protože oddělují rádiové funkce od místa, kde probíhá zpracování basebandu. Při pohledu na distribuované systémy RAN tyto jednotky umístěné přímo vedle antén na lokalitách vysílačů pomáhají udržet analogové signály silné, místo aby se zeslabily při přenosu koaxiálními kabely. U centralizovaných systémů RAN zůstávají RRUs stále blízko anténám, ale nyní se propojují pomocí optických vláken s centrálními procesními jednotkami. Tato konfigurace může snížit nároky na fyzický prostor na lokalitách o přibližně 40 procent, jak uvádějí některé průmyslové zprávy z minulého roku. Ať už jde o konfigurace D-RAN nebo C-RAN, tyto vzdálené jednotky hrají klíčovou roli při zachování kvality signálu a zároveň umožňují síti být dostatečně přizpůsobivou pro jakékoli budoucí změny.

Snížení ztrát ve vedení a zlepšení energetické účinnosti umístěním RRU

Když jsou vzdálené rádiové jednotky umístěny blízko antén, ztráty ve feederových kabelech klesají přibližně o 90 % ve srovnání se staršími konfiguracemi, což má výrazný dopad na celkovou energetickou účinnost. Kratší kabely znamenají také menší ztrátu RF výkonu. Místo ztráty 15 až 20 % celkové energie na dlouhých trasách hovoříme nyní o ztrátě pod 5 %, zejména při práci s vyššími frekvenčními signály. Další výhodou je snížená potřeba chlazení, protože tyto RRUs dokážou efektivně pracovat i venku bez nutnosti složitých teplotně řízených skříní. Technici uvádějí, že tato konfigurace výrazně snižuje problémy s údržbou během horkých letních měsíců, kdy by jinak chladicí systémy zápasil s udržením požadované teploty.

Škálovatelnost a flexibilita nasazení ve virtualizovaných RAN prostředích

Dnešní vzdálené rádiové jednotky (RRU) dobře fungují s cloudově nativními prostředími díky standardům jako je eCPRI. To umožňuje dynamické sdružování zdrojů napříč sítěmi různých dodavatelů. Modulární charakter těchto jednotek znamená, že provozovatelé mohou postupně zvyšovat kapacitu bez nutnosti měnit konstrukce vysílačů, což je velmi důležité při rozšiřování 5G mMIMO schopností a implementaci agregace nosných vln. Při pohledu na virtualizovaná řešení RAN nebo vRAN, která zahrnují RRU, ukazují průmyslové testy, že nasazují služby přibližně o 30 procent rychleji než starší systémy v minulosti.

Podpora frekvencí a technologií pro vícegenerační sítě

Kompatibilita frekvenčního pásma a ohledy na spektrální efektivitu

Nejnovější vzdálené rádiové jednotky nabízejí přibližně o 30 procent vyšší efektivitu spektra ve srovnání se staršími systémy, protože pracují v kmitočtech od 600 MHz až po 6 GHz. Tento široký rozsah umožňuje provozovatelům sítí nadále využívat stávající zdroje spektra při přechodu k technologii 5G New Radio. Širokopásmové RRU kombinují více samostatných kmitočtových pásem na jednom hardwaru. To redukuje množství zařízení na bázových stanicích a údajně šetří přibližně 19 % energie na sektor, jak uvádí nedávný výzkum publikovaný v časopise Wireless Infrastructure Journal minulý rok.

Podpora vícepásmového a multitechnologického provozu (2G/3G/4G/5G) v RRU

Přední RRU nyní současně zpracovávají signály GSM (2G), UMTS (3G), LTE (4G) a 5G NR prostřednictvím architektur softwarově definovaného rádia (SDR). Tato zpětná kompatibilita eliminuje potřebu paralelních rádiových řetězců, jak je znázorněno v následující tabulce:

Budoucností odolné sítě: Škálovatelnost napříč pásmy a operátory

Modulární konstrukce RRU umožňují operátorům aktivovat nová frekvenční pásma prostřednictvím vzdálených softwarových aktualizací, čímž se snižuje počet návštěv vysílačů o 62 % ( Průzkum mobilních síťových operátorů 2024 ). Možnosti sdílení spektra mezi operátory v nejnovějších modelech umožňují dynamické přidělování nedostatečně využívaných pásem a urychlují nasazování 5G o 89 % ve víceoperátorských prostředích.

Integrace s pokročilými anténami: Připravenost pro MIMO a beamforming

Povolení MIMO a beamforming prostřednictvím pokročilých konstrukcí RRU

Nejnovější jednotky rádiového dálkového ovládání (RRUs) umožňují technologii Massive MIMO díky vestavěné adaptivní beamformingové technice a víceanténním konfiguracím. Tyto jednotky pracují s velkými poli 64 vysílacích a 64 přijímacích prvků, které skutečně směrují signály tam, kam je potřeba, čímž zvyšují objem dat, který lze přenést ve stejném frekvenčním pásmu, ve srovnání se starším zařízením. Některé testy provedené minulý rok navíc ukázaly něco působivého. Sítě, které využívaly tyto pokročilé RRUs s osmi vrstvami oddělování signálu, dosáhly rychlostí kolem 3,8 gigabitů za sekundu v extrémně rušných městských prostředích. Takový výkon znamená obrovský rozdíl při udržování spojení všech uživatelů bez zpomalení během špičkových hodin.

Integrace jednotek formování svazku (BFUs) a anténních modulů

Jednotky pro formování svazku nebo BFU spolupracují s fázovými posouvači a výkonovými zesilovači uvnitř rádiových vzdálených jednotek (RRU) tak, aby směrovaly signály s přesností zhruba plus minus 2 stupně v pásmu 5G milimetrových vln. Dosáhnutí této úrovně řízení skutečně znamená rozdíl – provozovatelé hlásí přibližně o 65 procent nižší rušení, když více poskytovatelů služeb sdílí stejnou oblast, zatímco pokrytí buňky se rozšíří přibližně o 18 procent ve srovnání s předchozím stavem. Do budoucna jsou novější RRU navrhovány s vestavěnými anténními moduly, které sloučí všechny tyto komponenty do jedné kompaktní venkovní jednotky. Tato integrace výrazně snižuje náklady na instalaci, čímž firmám ušetří přibližně 40 procent ve srovnání s tradičními systémy, kde muselo být vše instalováno odděleně. Průmysl se jasně posouvá směrem k těmto integrovaným řešením, protože nabízejí jak výhody výkonu, tak významné úspory nákladů.

Termální a výkonový management u venkovních instalací RRU

Venkovní RRUs spotřebují až 300 W během aktivních MIMO operací, což vyžaduje chlazené šasi kapalinou a systémy proudění vzduchu řízené umělou inteligencí, aby udržely teplotu pod 45 °C. Pokročilé modely dosahují energetické účinnosti 94 % s využitím zesilovačů výkonu z nitridu galia (GaN) a napěťové regulace přizpůsobivé zátěži, čímž snižují roční provozní náklady o 7 200 USD na jednotku podle telekomunikačních standardů udržitelnosti z roku 2023.