Was macht die BBU mit Basisstationen kompatibel?

Die zentrale Rolle der BBU in der BTS-Architektur und funktionale Integration

Orchestrierung der Basisbandverarbeitung: Wie die BBU Modulation, Codierung und Ressourcenverteilung verwaltet

Im Zentrum der Architektur einer Basisstation (BTS) steht die Basisbandeinheit (BBU), die sämtliche wesentlichen Arbeiten zur digitalen Signalverarbeitung verwaltet. Dazu gehören beispielsweise Modulationsverfahren, Kanalcodierungsmethoden und die dynamische Zuweisung von Ressourcen über verschiedene Kanäle hinweg. Beim Senden von Signalen wandelt diese Einheit Rohdatenströme mithilfe verschiedener Verfahren wie der Quadraturamplitudenmodulation (QAM) in modulierte Symbole um. Außerdem fügt sie Vorwärts-Fehlerkorrektur-Codes hinzu, um Datenübertragungsfehler zu verhindern. Der eigentliche Schlüssel liegt in den Echtzeit-Algorithmen zur Ressourcenverteilung, die die verfügbare Bandbreite unter mehreren Nutzern aufteilen, sodass niemand zu lange auf seine Daten warten muss, während gleichzeitig eine maximale Ausnutzung des Frequenzspektrums sichergestellt wird. Auf der Empfängerseite übernimmt die BBU sämtliche erforderlichen Demodulations- und Dekodierungsaufgaben. An dieser Stelle kommt es besonders auf leistungsstarke Verarbeitungsfähigkeiten an, da sie sich direkt auf die Geschwindigkeit der Informationsübertragung (Latenz), die Gesamt-Datenübertragungsrate (Durchsatz) sowie darauf auswirken, ob Systeme sich angemessen an unerwartete Änderungen der Signalqualität anpassen können.

Architekturkopplung mit HF-Einheiten: Signalfluss vom Basisband zum Hochfrequenzbereich in integrierten BTS-Installationen

Base Band Units (BBUs) arbeiten eng mit Remote Radio Units (RRUs) über standardmäßige Glasfaserverbindungen zusammen, typischerweise unter Verwendung der Protokolle CPRI oder eCPRI. Die verarbeiteten Basisbandsignale werden als digitale Daten von der BBU zur RRU übertragen, wobei ihre Qualität während der Übertragung erhalten bleibt. Wenn diese Signale die RRU erreichen, werden sie von digitalem in analoges Format umgewandelt, bevor sie zur Sendung im Funkfrequenzbereich über Antennen verstärkt werden. In umgekehrter Richtung, wenn Antennen HF-Signale empfangen, werden diese zunächst an der RRU in digitale Form umgewandelt und anschließend zur BBU zurückübertragen, wo die gesamte Dekodierung erfolgt. Dieser bidirektionale Kommunikationsweg mit minimaler Verzögerung ermöglicht eine genaue zeitliche Abstimmung zwischen den verschiedenen Komponenten. Eine solche Synchronisation ist besonders wichtig für koordinierte Beamforming-Verfahren sowie die Implementierung von massiven MIMO-Systemen in Netzwerken, die sich über mehrere Base Transceiver Stations (BTS) erstrecken.

Standardisierte Schnittstellen zur Unterstützung der Interoperabilität zwischen BBU und BTS

CPRI vs. eCPRI: Auswirkungen auf Latenz, Bandbreite und Kompatibilität für die Kommunikation zwischen BBU und RU

Das CPRI-Protokoll bietet eine äußerst geringe Latenz von unter 100 Mikrosekunden, was für zeitkritische Operationen auf der physikalischen Schicht unbedingt erforderlich ist. Doch es gibt einen Haken: Es benötigt enorme Mengen an Fronthaul-Bandbreite – etwa 24,3 Gigabit pro Sekunde pro Antennen-Träger. Dies verursacht erhebliche Skalierbarkeitsprobleme beim Einsatz in dicht besiedelten 5G-Netzen. Umgekehrt verfolgt eCPRI einen anderen Ansatz und nutzt paketbasierte Ethernet-Technologie zusammen mit funktionalen Aufteilungen wie Split-7.2. Diese Änderungen reduzieren den Bandbreitenbedarf um etwa 60 Prozent und ermöglichen gleichzeitig eine teilweise Virtualisierung der Basisbandeinheit, ohne die entscheidende Unter-Millisekunden-Reaktionszeit für wichtige Funktionen zu verlieren. Allerdings müssen Betreiber, wenn sie CPRI- und eCPRI-Systeme miteinander kombinieren, sicherstellen, dass alle Firmware der Funkeinheiten kompatibel ist. Andernfalls entstehen Konfigurationsfehler, die zu Kommunikationsausfällen und einer Verschlechterung der Dienste im gesamten Netzwerk führen können.

3GPP und O-RAN-Spezifikationen: Gewährleistung der Multi-Vendor-BBU-Kompatibilität über alle BTS-Ökosysteme hinweg

Release 15 von 3GPP legte grundlegende Standards dafür fest, wie Geräte zusammenarbeiten, einschließlich Dingen wie der Aufteilung unterer Schichten (z. B. Option 2) und der zeitlichen Synchronisation, die um plus oder minus 1,5 Mikrosekunden variieren kann. Dies trägt dazu bei, dass Basisbandeinheiten unabhängig vom Hersteller konsistent funktionieren. Danach kam die O-RAN ALLIANCE mit ihrem eigenen Ansatz und schuf offene Schnittstellen, die keinem bestimmten Unternehmen Vorrang einräumen. Ihre Fronthaul-Spezifikation ist ein gutes Beispiel dafür, bei der Hardware und Software im Grunde voneinander getrennt werden, sodass Basisbandeinheiten verschiedener Hersteller reibungslos mit Funkeinheiten in jeder geeigneten BTS-Konfiguration zusammenarbeiten können. Branchenzahlen aus dem Jahr 2023 zeigen, dass mittlerweile die Mehrheit der Betreiber diese O-RAN-Lösungen nutzt – weltweit etwa sieben von zehn. Der Hauptgrund: Sie möchten vermeiden, langfristig an die Ausrüstung eines einzelnen Anbieters gebunden zu sein. Diese Entwicklung hat zudem die Tests zwischen verschiedenen Anbietern beschleunigt und die Zertifizierungszeit für neue Produkte verkürzt.

Funktionale Spaltungen und RAN-Evolution: Wie sich die Verantwortlichkeiten der BBU über D-RAN, C-RAN und O-RAN hinweg verschieben

FH-7.2, FH-8 und andere Splits: Auswirkungen auf BBU-Schnittstellenanforderungen und Flexibilität bei der Integration von BTS

Funktionale Splitterungen, die von der O-RAN Alliance standardisiert wurden, definieren wieder, wo die PHY-Schichtverarbeitung stattfindet, indem die Verantwortlichkeiten zwischen Funkgeräten (RUs), verteilten Einheiten (DUs) und zentralisierten Einheiten (CUs) verschoben werden. Diese Veränderungen beeinflussen direkt das BBU-Schnittstellendesign und die Flexibilität der BTS-Einführung:

• FH-7.2 verlagert teilweise PHY-Funktionen (z. B. IQ-Komprimierung, FFT/IFFT) an das Eisenbahnunternehmen, wodurch der Fronthaul-Bandbreitenbedarf um ~ 40% verringert und die Einführung von Cloud-RAN erleichtert wird.
• FH-8 , die die vollständige PHY-Verarbeitung am DU behält, legt strengere Latenzbeschränkungen (< 250 μs) auf, unterstützt aber fortschrittliche Funktionen wie massive MIMO-Densifizierung.

Folglich:

Jeder Split setzt unterschiedliche Hardware-Synchronisationsmechanismen und Protokollunterstützung voraus, beseitigt jedoch gemeinsam herstellerspezifische Einschränkungen und beschleunigt die Skalierbarkeit des 5G-Netzwerks.

Wesentliche BBU-Funktionen, die die BTS-Kompatibilität direkt ermöglichen

Die Kompatibilität von Baseband-Einheiten (BBU) mit Basistransceiverstationen (BTS) hängt von fünf grundlegenden Funktionen ab, die eine nahtlose Integration in moderne RAN-Architekturen gewährleisten:

• Skalierbarkeit : Dynamische Zuweisung von Rechenressourcen, um den Verkehrsspitzen und der Netzwerkerweiterung gerecht zu werdenohne Hardware-Upgradesund den sich ändernden Anforderungen an die 5G-Kapazität gerecht zu werden.
• Hohe Verarbeitungsleistung : Nachhaltige Durchsendung von bis zu 100 Gbps für Echtzeitmodulation, -kodierung und -planungkritisch für eine Signalverarbeitung mit geringer Latenz und hoher Treue.
• Protokollflexibilität : Native Unterstützung für CPRI-, eCPRI- und O-RAN-Fronthaul-Standards durch softwaredefinierte Schnittstellen, die die Interoperabilität zwischen heterogenen BTS-Ökosystemen ermöglichen.
• Unterstützung für Virtualisierung : Hardware-und nicht-hardware-basierte Konstruktion, die den Cloud-RAN-Grundsätzen entspricht, die containerisierte Workloads und Infrastruktur-as-a-Service-Modelle unterstützt, die voraussichtlich bis 2025 40% der Netze abdecken werden.
• Sicherheitskonformität : Eingebettete Verschlüsselung, gegenseitige Authentifizierung und Schlüsselverwaltung, die mit den Sicherheitsrahmenwerken der 3GPP (z. B. TS 33.501) übereinstimmen, um ein end-to-end-Vertrauen in offenen RAN-Umgebungen zu gewährleisten.

Zusammen demontieren diese Fähigkeiten proprietäre Barrieren und liefern eine konsistente und zuverlässige Signalverarbeitung über verteilte, zentralisierte und hybride RAN-Bereitstellungen hinweg.