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Die Remote Radio Unit, kurz RRU, spielt eine entscheidende Rolle in modernen Mobilfunknetzen, indem sie die digitalen Signale aus der Basisbandeinheit (BBU) entgegennimmt und in echte Funkwellen umwandelt, die drahtlos übertragen werden können. Indem Betreiber diese HF-Komponenten aus zentralen Standorten heraus verlagern und stattdessen direkt neben den Antennen platzieren, verringern sie die Signalverluste entlang der langen Kabelstrecken zwischen den Geräteräumen. Zudem erhalten Telekommunikationsunternehmen so deutlich mehr Flexibilität bei der Planung ihrer Versorgungsgebiete. Was genau macht eine RRU? Unter anderem verstärkt sie schwache Signale, sodass sie größere Entfernungen zurücklegen, filtert unerwünschte Störsignale heraus, die Gespräche oder Datenübertragungen beeinträchtigen könnten, und sorgt dafür, dass alles sauber und stabil bleibt, selbst beim Wechsel zwischen verschiedenen Frequenzbereichen wie dem verbreiteten 700-MHz-Band für ländliche Gebiete oder dem schnelleren 3,5-GHz-Spektrum in städtischen Umgebungen.
RRUs arbeiten zusammen mit BBUs, die die gesamte digitale Verarbeitung übernehmen und Protokolle verwalten. Diese gesamte Konfiguration teilt die Aufgaben auf, sodass der Großteil der intensiven Datenverarbeitung in der BBU stattfindet, während das RRU die Aufgaben im Bereich der Hochfrequenz übernimmt. Diese Anordnung reduziert die Systemverzögerung erheblich – tatsächlich etwa um die Hälfte im Vergleich zu älteren Systemen, bei denen alles in einer einzigen Einheit untergebracht war. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine Erweiterung einfacher möglich ist und Reparaturen weniger kompliziert werden, wenn etwas schiefgeht. Als Nachteil verbrauchen diese RRUs jedoch etwa zwei Drittel der gesamten Leistung einer Basisstation. Das bedeutet, dass Entwickler sorgfältig überlegen müssen, wie die Wärmeabfuhr gestaltet wird, zumal diese Geräte oft im Freien unter unterschiedlichsten Wetterbedingungen betrieben werden.
Moderne Basisstationen bestehen aus drei primären Ebenen:
Durch die Zusammenlagerung des RRU mit der Antenne werden Koaxialkabelverluste – bis zu 4 dB pro 100 Meter bei 2,6 GHz – erheblich reduziert, wodurch sowohl die Abdeckung als auch die Energieeffizienz verbessert werden.
Bei der Bearbeitung von Uplink- und Downlink-Datenverkehr arbeiten Remote-Radio-Einheiten, indem sie die über Glasfaserleitungen kommenden optischen Signale empfangen und in elektrische Signale umwandeln. Diese werden auf Sendeleistungen zwischen 20 und 80 Watt verstärkt, bevor sie über Antennenarrays zur Beamforming-Steuerung geleitet werden. Das Ergebnis? Fortschrittliche MIMO-Konfigurationen werden möglich, was bedeutet, dass wir in städtischen Gebieten mit begrenztem Platz ungefähr eine dreimal bessere Spektraleffizienz erzielen. Laut Feldmessungen halten Standorte mit RRUs eine Signalverfügbarkeit von etwa 98,4 % aufrecht, deutlich vor traditionellen zentralisierten Systemen, die bei rund 89,1 % liegen. Worin liegt der Unterschied? Bessere Signalqualität kombiniert mit geringeren Verlusten entlang der Übertragungswege macht hier den entscheidenden Unterschied aus.
Bei der Auswahl eines RRU ist es wichtig, diesen auf die aktuell vom Netz genutzten Frequenzbänder abzustimmen, ob das nun Sub-6-GHz- oder die hochmodernen mmWave-Frequenzen für die 5G-Einführung sind. Die Unterstützung von Carrier Aggregation ist heutzutage nahezu zwingend erforderlich, da viele Betreiber mit stark fragmentierten Spektralzuweisungen arbeiten. Auch das Material des Leiterplatten-Substrats spielt eine Rolle. Hochwertige Materialien tragen dazu bei, die Leistung über verschiedene Frequenzen hinweg stabil zu halten. Einige Hersteller behaupten, dass ihre optimierten Substrate den Bedarf an Nachjustierungen durch Ingenieure bei der gemeinsamen Bereitstellung mehrerer Bänder um 20 bis 40 Prozent reduzieren können. Für Betreiber, die Netze in anspruchsvollen Umgebungen betreiben, ist es sinnvoll, Geräte mit stabilen dielektrischen Eigenschaften zu wählen. Solche Bauteile widerstehen Signalverlusten besser, wenn sie wechselnden Lastanforderungen und extremen Wetterbedingungen ausgesetzt sind, wie sie bei realen Installationen unvermeidlich auftreten.
Um Signale klar zu halten, wenn der Datenverkehr stark ansteigt, müssen leistungsstarke Remote-Radio-Einheiten zumindest 43 dBm an ihrem 1-dB-Kompressionspunkt erreichen. Fällt dieser Schwellenwert zu stark ab, entstehen in Zeiten hoher Auslastung erhebliche Verzerrungen. Was die Fehlervektorgröße betrifft, ist es entscheidend, unter 3 % zu bleiben, um eine genaue Modulation über verschiedene Kanäle hinweg sicherzustellen. Systeme, die über 60 Watt hinausgehen, sind besonders auf effiziente Kühlung angewiesen, da sich durch Wärmeakkumulation die Signalqualität um 15 % bis 30 % verschlechtern kann. Solche Degradationen summieren sich unter realen Bedingungen schnell. Geräte mit extrem rauscharmen Verstärkern (LNAs) bieten Betreibern eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses um etwa 4 bis 6 dB und sind daher besonders wertvoll in Gebieten mit vielen störenden Signalen, wie beispielsweise in Stadtzentren oder dicht besiedelten Regionen.
Standard-Koaxkabel verlieren bei Frequenzen um 3,5 GHz etwa einen halben Dezibel pro Meter, was sie über weite Strecken in den meisten Fällen ziemlich ineffizient macht. Wenn wir entfernte Funkeinheiten (RRU) näher an den eigentlichen Antennen installieren, reduziert sich die benötigte Kabelmenge und die lästigen Probleme durch passive Intermodulation können um rund 70 Prozent verringert werden. Bei Gebäuden mit auf dem Dach montierter Technik werden Druckluftkits unerlässlich, da sie verhindern, dass Wasser in die Kabel eindringt, wo es absolut nichts zu suchen hat. Ein weiterer intelligenter Schritt ist die Kombination von Glasfasertechnik mit RRU-Technologie. Diese hybriden Systeme steigern die Leistung erheblich und halten die Signalqualität dank spezieller niederwelliger optischer Verbindungen selbst über Entfernungen von bis zu 500 Metern auf einem Niveau von etwa 98 %.
Die ordnungsgemäße Bereitstellung von RRUs hängt stark davon ab, wie gut sie physisch und elektrisch mit den Antennen verbunden sind. Wenn Ingenieure die Impedanz richtig einstellen, können sie die reflektierte Leistung auf weniger als 0,5 dB reduzieren, wodurch die Signale stark und klar bleiben. Jüngste technologische Durchbrüche in Bereichen wie integrierter Photonik und speziellen Materialien, sogenannten Metamaterialien, haben es ermöglicht, analoge Signale schneller denn je in digitale Signale umzuwandeln – wir sprechen heute von unter 500 Nanosekunden. Diese Geschwindigkeit ist entscheidend, um Strahlen in Echtzeit zu koordinieren, was für das korrekte Funktionieren von 5G-NR-Netzen unerlässlich ist. Für Betreiber, die großflächige Installationen betreiben, machen derartige Verbesserungen einen großen Unterschied, wenn es darum geht, eine präzise Zeitabstimmung über mehrere Punkte hinweg sicherzustellen und Strahlen dynamisch an wechselnde Bedingungen anzupassen.
Geräte der neuen Generation für Fernfunkanlagen sind mit 64T64R-Konfigurationen ausgestattet (das bedeutet 64 Sender, gekoppelt mit 64 Empfängern), wodurch massives MIMO möglich wird. Diese Konfiguration ermöglicht es dem System, Daten gleichzeitig an mehrere Nutzer zu senden, anstatt nur an einen Nutzer zur gleichen Zeit. Intelligente maschinelle Lernsysteme passen die Beamforming-Parameter etwa alle zwei Millisekunden an, und Feldtests haben gezeigt, dass dies die Durchsatzrate für Nutzer am Zellrand um etwa vierzig Prozent erhöhen kann. Bezüglich der Standards erfordert 5G, dass die Geräte acht räumliche Multiplexing-Schichten verarbeiten können. Wenn all diese Schichten korrekt zusammenwirken, ergeben sich potenzielle Geschwindigkeiten von bis zu zehn Gigabit pro Sekunde dank dieser koordinierten Übertragungsmethoden über verschiedene Antennen hinweg.
In städtischen Gebieten setzen 60 % der Betreiber verteilte RRUs in der Nähe der Antennen ein, um Kabelverluste und Latenz zu minimieren. Während zentralisierte BBU-RRU-Anordnungen in Stadien (85 % Marktanteil) aufgrund der koordinierten Interferenzkontrolle weiterhin dominieren, reduzieren dezentrale Modelle die Latenz in Hochhausumgebungen um 35 %, indem sie eine kantenbasierte Signalverarbeitung ermöglichen und die Anforderungen an die Fronthaul-Verbindung vereinfachen.
Verteilte Antennensysteme, kurz DAS, funktionieren dadurch, dass mehrere Antennen zusammen mit Remote Radio Units (RRUs) eingesetzt werden, um die Signalabdeckung in großen Gebäuden oder komplexen Strukturen zu verbessern. Diese RRUs dienen als zentrale Verbindung zwischen der Baseband Unit (BBU) und den eigentlichen Antennen. Wenn wir die RRUs direkt neben den installierten Antennen positionieren, verringert sich der störende Koaxialkabelverlust. Außerdem ermöglicht diese Konfiguration verschiedene Netzwerkstrukturen, wie beispielsweise eine Kettenverbindung oder eine sternförmige Anordnung. Was ist der große Vorteil? Solche Systeme erzeugen Netze, die sich leicht erweitern lassen und gleichzeitig eine sehr geringe Latenzzeit aufweisen, oft unter 2 Millisekunden. Besonders gut hat sich dieses Verfahren an Orten mit viel Bewegung von Personen bewährt, zum Beispiel in Sportarenen. Durch die zentrale Installation der RRUs gelingt es Ingenieuren, die Komplexität auf der Fronthaul-Seite erheblich zu vereinfachen – nach unseren Feldberichten etwa um die Hälfte.
RRU-verbesserte DAS-Systeme beheben wesentliche städtische Herausforderungen:
Diese Systeme verteilen sowohl 4G- als auch 5G-Signale gleichzeitig und gewährleisten eine zukunftssichere Infrastruktur. Eine Feldstudie aus dem Jahr 2023 ergab, dass RRU-basierte DAS-Systeme über ein städtisches Gebiet von 5 km² hinweg eine Signalzuverlässigkeit von 98,2 % erreichten – 22 % höher als Standalone-Makrozellen.
Der Stromverbrauch von 5G-RRUs steigt um etwa 30 bis 40 Prozent im Vergleich zu ihren 4G-Versionen, da sie deutlich größere Bandbreiten verarbeiten und große MIMO-Anordnungen verwenden. Um einen reibungslosen Betrieb sicherzustellen, setzen Hersteller zunehmend intelligente Kühlsysteme ein, wie Flüssigkeitskühlung und spezielle Wärmeableitmaterialien, die es ermöglichen, die Innentemperatur unter 45 Grad Celsius zu halten, selbst wenn es draußen extrem heiß ist. Ohne angemessenes thermisches Management halten diese Geräte in Gebieten mit starker Sonneneinstrahlung nicht annähernd so lange. Wir haben Fälle gesehen, in denen eine unzureichende Kühlung die Lebensdauer von RRUs in tropischen Regionen halbiert. Deshalb macht die Investition in gute Kühllösungen einen großen Unterschied hinsichtlich der Lebensdauer der Ausrüstung und ihrer zuverlässigen Funktion von Tag zu Tag.
Heutige Remote-Radioeinheiten müssen etwa vier bis sechs verschiedene Frequenzbänder abdecken, die von LTE-Netzwerken über 5G New Radio bis hin zu verschiedenen IoT-Protokollen reichen. Dadurch können mehrere Betreiber dieselbe physische Infrastruktur in stark frequentierten urbanen Zonen nutzen, wo Platz knapp ist. Das Ergebnis? Deutlich weniger Überlastung auf Sendemasten, wobei Schätzungen zufolge zwischen der Hälfte und zwei Dritteln weniger Installationen erforderlich sind, ohne dass die Signalqualität nachlässt, die meist zuverlässig stabil bleibt. Der entscheidende Vorteil dieser Systeme liegt in ihrem modularen Designansatz. Betreiber können einfach zusätzliche Funkmodule einsetzen, sobald sie neue Frequenzlizenzen erwerben, anstatt ganze Gerätekomponenten auszutauschen. Dies reduziert nicht nur die Investitionskosten, sondern minimiert auch Serviceunterbrechungen während Netzwerk-Upgrades.
Die Virtual Radio Access Network-Technologie trennt im Wesentlichen die RRU-Hardware von den proprietären Basisband-Softwarekomponenten und verlagert einen Großteil der Verarbeitungsarbeit stattdessen auf Cloud-Plattformen. Für die Branche bedeutet dies, dass wir nun standardisierte Fronthaul-Verbindungen wie eCPRI sowie sehr präzise Zeitprotokolle benötigen, um den strengen Latenzanforderungen gerecht zu werden. Feldberichte von Telekommunikationsunternehmen zeigen tatsächlich ziemlich beeindruckende Ergebnisse. Bei Netzen, die auf vRAN-kompatiblen RRUs laufen, haben sich die Bereitstellungszeiten für Dienste um etwa 40 Prozent verkürzt, während die Wartungskosten ungefähr um 35 Prozent gesunken sind. Die Hauptgründe für diese Verbesserungen? Anpassungsfähigere Systeme in Kombination mit automatisierten Prozessen im gesamten Netzwerkbetrieb machen im heutigen schnelllebigen Telekommunikationsumfeld den entscheidenden Unterschied.
Was ist ein RRU?
Eine RRU (Remote Radio Unit) ist eine Komponente in Telekommunikationsnetzen, die digitale Signale der Basisbandeinheit (BBU) in Funksignale für die Übertragung umwandelt.
Warum werden RRUs neben Antennen platziert?
Die Platzierung von RRUs neben Antennen reduziert den Signalverlust entlang der Übertragungswege und verbessert so die Signalstärke sowie die Effizienz der Abdeckung.
Wie tragen RRUs zur Energieeffizienz bei?
Durch die Zusammenlagerung mit Antennen verringern RRUs die Verluste in Koaxialkabeln, was die Signaldämpfung deutlich senkt und die Energieeffizienz verbessert.
Welche Beziehung besteht zwischen RRUs und BBUs?
RRUs übernehmen Aufgaben im Bereich der Hochfrequenz, während BBUs die digitale Signalverarbeitung und das Protokollmanagement durchführen und so eine effiziente Systemarchitektur bilden.
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