Jak zajistit kompatibilitu mezi RRU a BBU ve vaší síti?

Porozumění funkčnímu vztahu mezi RRU a BBU

Role základnové jednotky (BBU) v moderních rádiových přístupových sítích

V srdci rádiových přístupových sítí se nachází jednotka zpracovávající základní pásmo (BBU), která v podstatě funguje jako mozek za všemi těmito složitými operacemi. Stará se o důležité protokoly, jako je PDCP (Packet Data Convergence Protocol – pro ty, kdo sledují detaily) a RLC (Radio Link Control). Co tyto protokoly ve skutečnosti dělají? Řídí opravy chyb při jejich výskytu, komprimují data, aby rychleji cestovala, a rozhodují, jak nejlépe dynamicky přidělovat prostředky. Tento celý proces zajišťuje spolehlivou komunikaci našich telefonů s libovolnou sítí, ke které jsou připojeny. S nástupem 5G se BBUs staly ještě chytřejšími díky technologii nazývané SDAP (Service Data Adaptation Protocol). Tato novinka umožňuje sítím velmi přesně určovat požadavky na kvalitu služby a rozhodovat, který typ provozu bude mít v daném okamžiku přednost.

Porozumění funkčnosti RRU a její integrace do architektury základnové stanice

Dálkové rádiové jednotky nebo RRUs v podstatě fungují jako připojovací bod mezi digitálními signály zpracovávanými v základnové pásmo a skutečnými vysílacími signály radiové frekvence. Tyto jednotky jsou obvykle umístěny velmi blízko samotným anténám, často do vzdálenosti maximálně 300 metrů. Jejich úkolem je převést digitální informace přicházející ze základnové jednotky na signál, který může prostřednictvím vzduchu putovat ve formě analogových vln. Zároveň zpracovávají i poměrně pokročilé funkce, jako jsou techniky beamformingu a zpracování MIMO (více vstupů a více výstupů). Skutečnost, že jsou tyto jednotky umístěny tak blízko místu, odkud signály vycházejí, má velký význam. Dochází totiž k výraznému snížení ztrát signálu, což je obzvláště důležité při práci s vysokofrekvenčními pásmy 5G, zejména s mmWave frekvencemi. Umístění celého tohoto RF zpracování na okraj síťové infrastruktury, nikoli v centrálních lokalitách, umožňuje provozovatelům efektivněji využívat své spektrální zdroje. Navíc se tím výrazně snižuje potřeba složitého kabeláže u rozsáhlých instalací, kde je prostor omezený.

Zpracování signálu a převod mezi RRU a BBU v systémech 4G a 5G

Odpovědnosti za zpracování signálu se výrazně liší mezi 4G a 5G:

• 4G LTE : BBUs řídí plánování MAC a FEC kódování, zatímco RRUs zpracovávají základní modulační schémata jako QPSK a 16QAM.
• 5G NR : RRUs přebírají pokročilejší úkoly, jako je precoding masivního MIMO a částečné zpracování vrstvy PHY, čímž se snižují nároky na šířku pásma fronthaulu až o 40 % ve srovnání s tradičními 4G CPRI systémy (3GPP Release 15).

Tento posun umožňuje efektivnější využití kapacity fronthaulu a podporuje vyšší požadavky na propustnost aplikací 5G.

Dopad funkčních rozdělení v BBU (např. O RAN rozdělení jako FH 7.2 a FH 8)

Funkční rozdělení definovaná aliancí O RAN přeskupují, jak se zpracování distribuuje mezi BBU a RRU:

• Rozdělení 7.2 (FH 7.2) : RRU zpracovává nižší funkce fyzické vrstvy (PHY), jako jsou FFT/iFFT a odstranění cyklické předpony, což vyžaduje vyšší šířku pásma fronthaulu (až 25 Gbps), ale zachovává centralizovanou kontrolu.
• Rozdělení 8 (FH 8) : Kompletní zpracování PHY přechází do RRU, čímž se nároky na přední spojení snižují na přibližně 10 Gbps, ale za cenu zvýšení latence o 15 % (O RAN WG1 2022).

Tyto flexibilní rozdělení umožňují provozovatelům optimalizovat náklady, výkon a škálovatelnost v prostředích s více dodavateli, zejména v rámci virtualizovaných RAN (vRAN).

Protokoly rozhraní předního spojení: CPRI vs. eCPRI pro připojení a řízení RRU a BBU

Protokol Common Public Radio Interface (CPRI) pro připojení a řízení RRU a BBU

CPRI zůstává preferovaným řešením pro připojení fronthaul ve většině sítí 4G dnes. Zjednodušeně řečeno veškeré zpracování na úrovni fyzické vrstvy (PHY) probíhá na straně BBU, zatímco digitalizované vzorky I/Q jsou posílány k RRU prostřednictvím vyhrazených optických vláken. Systém dokáže zvládnout extrémně nízké latence pod 100 mikrosekund a nabízí velmi působivé šířky pásma až kolem 24,3 gigabitů za sekundu na sektor. To pomáhá udržet konzistentní výkon za různých podmínek sítě. Ale existuje jedno ale, dámy a pánové. Celé uspořádání je poměrně nepružné kvůli své tuhé architektuře. Při přechodu k nasazení 5G se toto stává problémem, protože novější sítě vyžadují mnohem flexibilnější řešení, která dokáží dynamicky vyvažovat zátěž a hladce se integrovat s cloudovou infrastrukturou. Mnoho provozovatelů již nyní čelí potížím při škálování stávajících systémů založených na CPRI pro požadavky nové generace.

Vývoj od CPRI k eCPRI ve virtualizované RAN (vRAN) a sítích 5G

Jako reakce na nedostatky tradičního CPRI přišel průmysl v roce 2017 s eCPRI. Tato novější verze pracuje s pakety namísto surových datových proudů I/Q, čímž výrazně snižuje nároky na šířku pásma fronthaulu – podle většiny odhadů zhruba o 70 %. To, co eCPRI odlišuje, je způsob, jakým řeší rozdělení funkcí, zejména například nastavení O RAN možnost 7.2x, kde se část zpracování fyzické vrstvy přesouvá na stranu RRU. To ve skutečnosti přispívá ke zvýšení celkové efektivity systému. Nejdůležitější je, že eCPRI běží přes standardní sítě Ethernet/IP, takže provozovatelé mohou sdílet svou transportní infrastrukturu mezi různými službami a v případě potřeby nasazovat softwarově definovaná řešení. Přesto existují určité skutečné problémy s tím, aby vše fungovalo bezproblémově společně. Nedávný pohled na trh z konce roku 2023 ukázal, že zhruba každá pátá více dodavatelská konfigurace má při integraci potíže, protože jednotliví dodavatelé implementují specifikace odlišným způsobem, což vytváří kompatibilní překážky, se kterými si nikdo opravdu nepřeje zabývat.

Důsledky šířky pásma a latence rozhraní CPRI/eCPRI pro přední spoje

CPRI funguje velmi dobře v situacích s nízkou latencí, jaké vidíme v tradičních D RAN uspořádáních, ale vzniká problém, pokud jde o požadavky na šířku pásma. Města se s tímto problémem potýkají obzvláště, protože všechna tato data značně zatěžují stávající vláknovou infrastrukturu. Právě zde přichází eCPRI s přístupem založeným na Ethernetu, který umožňuje snazší a levnější škálování, i když vyžaduje poněkud vyšší toleranci k latenci ve srovnání se standardním CPRI. Při pohledu na aplikace URLLC, jako jsou systémy pro automatizaci výroby nebo autonomní vozidla, začali inženýři používat hybridní synchronizační metody. Tyto přístupy zajišťují dostatečnou přesnost časování pro kritické operace a zároveň využívají výhod paketového propojení v přední části sítě z hlediska flexibility a výkonu.

Modely síťové architektury a jejich dopad na integraci RRU a BBU

Integrace RRU a BBU v 4G D RAN ve srovnání s centralizovanými C RAN architekturami

Landscape integrace RRU a BBU je převážně tvarována dvěma přístupy: distribuovanou RAN (D RAN) a centralizovanou RAN (C RAN). U sítí 4G využívajících D RAN obvykle nacházíme BBUs a RRUs umístěné společně na každém buněčném místě, čímž vznikají samostatné základnové stanice. Tato konfigurace je jednoduchá z hlediska instalace a synchronizace, ale má nevýhody, jako je duplikace hardwaru napříč lokalitami a vyšší spotřeba energie. Na druhou stranu C RAN přistupuje jinak – seskupuje všechny BBUs do centrálních lokalit. Toto sdružování výpočetních zdrojů umožňuje provozovatelům efektivněji využívat své zařízení. Nedávný výzkum z roku 2023 ukazuje, že přechod na C RAN může snížit energetické náklady přibližně o 28 %. Nicméně existuje i háček: tyto systémy vyžadují silná spojení fronthaul, která zvládnou obrovské datové toky, někde mezi 10 až 20 Gbps objemu provozu CPRI mezi vzdálenými RRUs a centrálními BBUs.

Dopad virtualizované RAN (vRAN) na vývoj RRU v síti 5G

Technologie virtualizované rádiové přístupové sítě (vRAN) v podstatě přeměňuje jednotku zpracování signálu (BBU) na software, který běží na běžných komerčních serverech namísto specializovaného hardwaru. Toto oddělení umožňuje provozovatelům škálovat prostředky podle potřeby, rychleji nasazovat aktualizace a vyhnout se drahému proprietárnímu zařízení. Pokud jde o sítě 5G, vRAN posouvá dopředu nové způsoby rozdělení funkcí, například konfiguraci FH 7.2 podle standardu O RAN. Tímto přístupem mohou určité procesy fyzické vrstvy přesunout blíže k vzdálené rádiové jednotce (RRU). Vezměme si například nedávný terénní test společnosti Verizon v roce 2024 – zaznamenali přibližně o 40 procent nižší zpoždění přenosu signálu při použití těchto kompatibilních RRU, které zpracovávají data napříč různými vrstvami. Výsledky skutečně ukazují, jak úzce spolupracuje virtualizace s inteligentními distribuovanými zpracovacími schopnostmi.

Standardy O RAN a jejich vliv na interoperabilitu a otevřenost předního spoje

Aliance O RAN se zaměřuje na vytváření otevřených ekosystémů rádiových přístupových sítí, kde různá zařízení bezproblémově spolupracují. Vyvinula standardy jako Open Fronthaul (OFH), které umožňují různým dodavatelům navzájem kompatibilní fungování. Vezměme si například specifikaci rozdělení 7.2x, která stanovuje konkrétní pravidla pro formát IQ dat a řídicích zpráv, čímž umožňuje kombinovat vzdálené rádiové jednotky s jednotkami zpracování základního pásma od různých výrobců. Nedávná zpráva GSMA z roku 2025 zjistila něco docela působivého – sítě postavené z komponent O RAN opravily problémy o 92 procent rychleji díky univerzálním nástrojům pro monitorování. A máme i další dobrou zprávu. První testy ukazují, že když umělá inteligence koordinuje mezi RRU a BBU, efektivita spektra stoupá o 15 až 20 procent. Tato čísla skutečně zdůrazňují, proč jsou otevřenost a automatizace v dnešní telekomunikační oblasti tak důležité.

Překonání problémů s interoperabilitou dodavatelů při nasazení více dodavatelů RRU a BBU

Výzvy způsobené proprietárním hardwarem a softwarem v ekosystémech RRU a BBU

Proprietární rozhraní zůstávají hlavní překážkou při nasazování rádiových sítí s více dodavateli. Více než 62 % provozovatelů hlásí zpoždění během integrace kvůli nesouladu řídicích protokolů mezi dodavateli (STL Partners 2025). Starší systémy často spoléhají na softwarové zásobníky specifické pro daného dodavatele, které brání integraci s cloudovými nativními virtualizovanými prostředími, čímž podkopávají agilitu slibovanou technologiemi 5G a O RAN.

Zajištění kompatibility zařízení mezi výrobci ve frontaulních sítích

Přijetí otevřených specifikací frontaulu O RAN výrazně snižuje rizika interoperability. Sítě používající vybavení vyhovující těmto specifikacím dosahují integraci o 89 % rychlejší než sítě spoléhající na proprietární řešení. Mezi klíčové faktory kompatibility patří:

• Synchronizace času s tolerancí ±1,5 μs
• Shoda přenosových rychlostí CPRI/eCPRI (v rozmezí od 9,8 Gbps do 24,3 Gbps)
• Algoritmy sdílení sdíleného spektra

Standardizace zajišťuje plynulé předávání a konzistentní výkon napříč lokalitami s různými dodavateli.

Studie případu: Neúspěšná integrace kvůli neshodným přenosovým rychlostem CPRI

Už v roce 2023 došlo k problému s nasazením, kdy byla sada 4G RRU pro CPRI Option 8 provozovaná na 10,1 Gbps připojena k BBU připravenému na 5G, které ale ve skutečnosti vyžadovalo eCPRI na 24,3 Gbps. Co se stalo dál? Obrovská neshoda šířky pásma kolem 58 %, která vedla k vážným problémům s kvalitou signálu, jež se neustále opakovaly. Analýza po vzniku problémů ukázala, že celý tento nepořádek mohl být zabráněn, kdyby někdo před instalací zkontroloval, zda rozhraní správně odpovídají. Dodržování standardních dokumentačních pokynů a provedení řádných testů shody by tuto chybu odhalilo již v rané fázi. Vlastně docela základní věci, ale evidentně byly při nastavení opomenuty.

Osvědčené postupy pro zajištění kompatibility RRU a BBU během nasazování

Před nasazením ověření rozhraní protokolů a synchronizačních požadavků

Správné nastavení kompatibilních protokolů a synchronizačních parametrů má přednost před zahájením jakékoli integrační práce. Pro inženýry pracující na těchto otázkách je velmi důležité ověřit, zda všichni souhlasí se standardy fronthaulu, jako jsou CPRI nebo eCPRI. Musí také zajistit shodu symbolových rychlostí a určit, která nastavení IQ komprese jsou používána, což je obzvláště důležité v těch smíšených situacích 4G a 5G, se kterými se dnes často setkáváme. Podle některých výzkumů z minulého roku se přibližně dvě třetiny všech zpoždění nasazení stávají kvůli tomu, že lidé předem neprovedli správné ověření. Proto je důkladné testování naprosto zásadní, snažíme-li se propojit starší rádiové vzdálené jednotky s novějšími basebandovými jednotkami. Čísla to skutečně podporují a ukazují, jak důležitá je pečlivá příprava.

Zajištění kvality optického vlákna a integrity signálu v připojeních RRU a BBU

Optické vláknové spoje musí splňovat normy ITU T G.652, aby byla zachována integrita signálu. Mezi klíčové požadavky patří:

• Útlum pod 0,25 dB/km při 1310 nm
• Poloměr ohybu ne menší než 30 mm
• Odrazivost konektoru APC/UPC pod 55 dB

Provozní studie ukazují, že nesprávné zacházení s optickým vláknem během instalace způsobuje 42 % případů ztráty signálu po nasazení v sítích 5G středního pásma, což zdůrazňuje důležitost školených techniků a kontrol kvality.

Strategie standardizace s využitím specifikací O RAN Alliance pro více dodavatelská uspořádání

Povinné dodržování standardu O RAN ve všech rovinách řízení, uživatele a dat snižuje závislost na jednom dodavateli o 58 %, jak vyplývá z interoperabilních testů z roku 2024. Operátoři by měli zajistit dodržování těchto požadavků:

• Standardizované formáty zpráv (M Plane, CUS)
• Rozhraní API pro správu služeb a orchestraci
• Přesnost časování (±16 ppb pro samostatnou síť 5G)

Takové politiky podporují dlouhodobou flexibilitu, zjednodušují odstraňování problémů a umožňují automatizované zřizování.

Monitorování a řešení problémů s kompatibilitou po nasazení

Po integraci je důležité během monitorování sledovat několik klíčových metrik. Mezi ně patří například BER neboli Bitová chybovost, EVM, což znamená Velikost chybového vektoru, a také latenci jitter, která by měla zůstat pod 200 nanosekundami při práci s eCPRI systémy. Dnes jsou k dispozici automatické nástroje, které pracují podle specifikací 3GPP TR 38.801. Většina inženýrů tyto nástroje považuje za užitečné, protože opraví přibližně 8 ze 10 problémů funkčního rozdělení během pouhých jednoho dne. Nezapomeňte ani na pravidelné kontroly. Dodržování doporučení ETSI EN 302 326 zajišťuje hladký provoz i v čase. To pomáhá udržet systémy stabilní a plně funkční i při neustálých změnách a růstu sítí.