Πώς συνεργάζονται αποτελεσματικά το BBU και το RRU στους σταθμούς βάσης;

Λειτουργίες και υποχρεώσεις της Μονάδας Βασικής Ζώνης (BBU) στην επεξεργασία σήματος

Στον πυρήνα των σύγχρονων βάσεων σταθμών βρίσκεται η μονάδα βασικής ζώνης (BBU), η οποία αναλαμβάνει όλα τα είδη κρίσιμης επεξεργασίας σημάτων. Σκεφτείτε τη διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση, τη διόρθωση σφαλμάτων, καθώς και τη διαχείριση πρωτοκόλλων σε διάφορα επίπεδα, όπως τα PDCP, RLC και RRC. Πριν οτιδήποτε μεταδοθεί μέσω του αέρα, αυτή η μονάδα εξασφαλίζει ότι τα πάντα συμφωνούν με τα πρότυπα 3GPP που διέπουν τα δίκτυα LTE και 5G NR. Αυτό που κάνει πραγματικά τις BBU να ξεχωρίζουν είναι ο διαχωρισμός των λειτουργιών του επιπέδου ελέγχου από την πραγματική ροή δεδομένων μέσω του συστήματος. Όταν πράγματα όπως η διαχείριση εναλλαγής κελιών γίνονται ξεχωριστά από την κανονική ροή δεδομένων, ανοίγονται δυνατότητες για πιο έξυπνη κατανομή πόρων. Τα δίκτυα μπορούν έτσι να προσαρμόζονται δυναμικά όταν η κίνηση αυξάνεται ή μειώνεται απροσδόκητα, διατηρώντας τη λειτουργία ομαλή ακόμη και κατά τις ώρες μεγίστης χρήσης.

Ο ρόλος της Μονάδας Απομακρυσμένου Ραδιοφώνου (RRU) στη μετατροπή RF και τη διεπαφή με την κεραία

Η Μονάδα Απομακρυσμένου Ραδιοφώνου (RRU) βρίσκεται δίπλα στις κεραίες, όπου μετατρέπει τα βασικά σήματα σε πραγματικά ραδιοκύματα, όπως συχνότητες 2,6 GHz ή 3,5 GHz. Η τοποθέτηση αυτή βοηθά στη μείωση των απωλειών σήματος, οι οποίες μπορούν να είναι αρκετά υψηλές — περίπου 4 dB ανά 100 μέτρα όταν χρησιμοποιούνται συνηθισμένα ομοαξονικά καλώδια, ειδικά σε αυτές τις υψηλότερες ζώνες συχνοτήτων. Τι ακριβώς κάνει μια RRU; Λοιπόν, αναλαμβάνει τη μετατροπή των ψηφιακών πληροφοριών πίσω σε αναλογική μορφή για την αποστολή δεδομένων προς τα κάτω, ενισχύει τα ασθενή σήματα που επιστρέφουν από τις συσκευές χωρίς να προσθέτει πολύ θόρυβο, και λειτουργεί με πολλαπλές ζώνες συχνοτήτων, από 700 MHz μέχρι και 3,8 GHz, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται συγκένωση φερόντων. Η τοποθέτηση αυτών των μονάδων κοντά στις κεραίες κάνει επίσης τα δίκτυα να ανταποκρίνονται γρηγορότερα. Δοκιμές έχουν δείξει ότι η καθυστέρηση μειώνεται κατά περίπου 25% σε σύγκριση με παλαιότερα συστήματα που βασίζονταν σε αυτά τα μεγάλα μήκη καλωδίων που εκτείνονταν ανάμεσα σε τοποθεσίες εξοπλισμού.

Συμπληρωματική Ροή Εργασίας: Πώς το BBU και το RRU Επιτρέπουν τη Μετάδοση Σήματος Από Άκρη σε Άκρη

Το BBU και το RRU λειτουργούν από κοινού μέσω υψηλής ταχύτητας οπτικών ινών, χρησιμοποιώντας τα πρωτόκολλα CPRI ή eCPRI, για να δημιουργήσουν μια ενιαία αλυσίδα σήματος από την ψηφιακή επεξεργασία έως τη μετάδοση στον αέρα.

Η κατανεμημένη αρχιτεκτονική αυτή κεντρικοποιεί τα BBU, ενώ τοποθετεί τα RRU στις κορυφές των πύργων, βελτιώνοντας τη φασματική απόδοση κατά 32% σε αστικά περιβάλλοντα. Η διαχωρισμένη δομή επιτρέπει ανεξάρτητες αναβαθμίσεις και είναι ιδιαίτερα ευεργετική σε εξελισσόμενα οικοσυστήματα O-RAN.

Σύνδεση Προσωπικής Γραμμής Βασισμένη σε Οπτικές Ίνες: Σύνδεση BBU και RRU με CPRI και eCPRI

Σύνδεση Υψηλής Ταχύτητας με Οπτικές Ίνες στην Επικοινωνία BBU-RRU

Οι οπτικές ίνες αποτελούν τη βασική υποδομή των σημερινών δικτύων fronthaul, επιτρέποντας υψηλό εύρος ζώνης και ελάχιστη καθυστέρηση κατά τη σύνδεση των BBUs με τα RRUs. Αυτά τα καλώδια μπορούν να χειρίζονται ταχύτητες δεδομένων πάνω από 25 γιγαμπίτ το δευτερόλεπτο, γεγονός που σημαίνει ότι μεταφέρουν αξιόπιστα τα ψηφιακά ραδιοσήματα χωρίς προβλήματα από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε πυκνοκατοικημένες αστικές περιοχές όπου πολλά συστήματα λειτουργούν ταυτόχρονα. Το πρότυπο CPRI λειτουργεί μαζί με δικατευθυντικές οπτικές ίνες για να διατηρεί τη συγχρονισμένη λειτουργία μεταξύ της επεξεργασίας βασικής ζώνης στο BBU και της πραγματικής RF εργασίας που εκτελείται από το RRU. Αυτός ο συγχρονισμός βοηθά στη διατήρηση καλής ποιότητας σήματος σε όλο το σύστημα, από την αρχή μέχρι το τέλος.

CPRI έναντι eCPRI: Πρωτόκολλα για Αποδοτικότητα Fronthaul και Διαχείριση Εύρους Ζώνης

Καθώς προχωράμε προς τα δίκτυα 5G, πολλοί πάροχοι έχουν αρχίσει να υιοθετούν αυτό που ονομάζεται βελτιωμένο CPRI ή eCPRI για συντομία. Αυτό που κάνει το eCPRI ενδιαφέρον είναι το πόσο μειώνει τις απαιτήσεις εύρους ζώνης έως και δέκα φορές σε σύγκριση με τις παλαιότερες εκδόσεις του CPRI. Ωστόσο, το παραδοσιακό CPRI λειτουργεί διαφορετικά. Χρειάζεται ξεχωριστές ίνες για κάθε κεραία και επικεντρώνεται σε ό,τι ονομάζεται λειτουργίες Επιπέδου 1. Αλλά εδώ είναι το πρόβλημα: όταν αντιμετωπίζουμε τις μεγάλες διατάξεις MIMO που γίνονται τόσο συνηθισμένες αυτές τις μέρες, το συνηθισμένο CPRI απλώς δεν μπορεί να κλιμακωθεί σωστά. Εδώ ακριβώς ξεχωρίζει το eCPRI. Με τη μετάβαση σε μεθόδους μεταφοράς βασισμένες στο Ethernet, επιτρέπει σε πολλές απομακρυσμένες μονάδες ραδιοσυχνοτήτων να μοιράζονται πόρους μέσω κάτι που ονομάζεται στατιστική πολυπλεξία. Το αποτέλεσμα; Πολύ καλύτερη απόδοση όσον αφορά την αποδοτικότητα του fronthaul, χωρίς όλα τα επιπρόσθετα κόστη υποδομής.

Αυτή η εξέλιξη μειώνει το κόστος fronthaul κατά 30% και υποστηρίζει κλιμακώσιμες εγκαταστάσεις millimeter-wave.

Παράγοντες Καθυστέρησης, Χωρητικότητας και Συγχρονισμού στον Σχεδιασμό Fronthaul

Η σωστή χρονική διάρκεια έχει μεγάλη σημασία. Αν υπάρχει σφάλμα συγχρονισμού μεγαλύτερο από 50 νανοδευτερόλεπτα, διαταράσσεται ο σχηματισμός δέσμης και όλες εκείνες οι λειτουργίες που βασίζονται στο χρόνο στα δίκτυα 5G. Γι' αυτόν τον λόγο, οι σύγχρονες εγκαταστάσεις fronthaul χρησιμοποιούν πράγματα όπως τα πρότυπα IEEE 802.1CM TSN για να διασφαλίζουν τη σωστή διέλευση των ελεγκτικών σημάτων μέσω του δικτύου. Όσον αφορά τη διαχείριση του όγκου δεδομένων, οι περισσότεροι έχουν μεταβεί σε δέκτες-πομπούς 25G αυτήν την εποχή. Αυτοί διαχειρίζονται την απώλεια σήματος περίπου 1,5 dB ανά χιλιόμετρο, κάτι που στην πραγματικότητα ξεπερνά τα παλιά συστήματα 10G κατά περίπου δύο τρίτα. Όλες αυτές οι βελτιώσεις σημαίνουν ότι μπορούμε ακόμα να επιτύχουμε χρόνους απόκρισης κάτω από ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου, ακόμα κι αν οι μονάδες βασικής ζώνης πρέπει να τοποθετηθούν μέχρι και 20 χιλιόμετρα μακριά από τις απομακρυσμένες μονάδες ραδιοφώνου σε εγκαταστάσεις κεντρικής αρχιτεκτονικής.

Εξέλιξη Αρχιτεκτονικής Δικτύου: Από D-RAN σε C-RAN και vRAN

D-RAN εναντίον C-RAN: Επίδραση στην Τοποθέτηση BBU και τη Διανομή RRU

Οι παραδοσιακές Κατανεμημένες Διατάξεις RAN ή D-RAN έχουν κάθε πύργο κεραίας να φιλοξενεί τη δική του Μονάδα Βασικής Ζώνης (BBU) ακριβώς δίπλα στην Απομακρυσμένη Μονάδα Ραδιοφωνικού Σήματος (RRU). Αν και αυτό διατηρεί την καθυστέρηση σήματος κάτω από 1 χιλιοστό του δευτερολέπτου, σημαίνει ότι πολλός εξοπλισμός βρίσκεται αδρανής τη μεγαλύτερη ώρα και καθιστά δύσκολη την κοινή χρήση πόρων μεταξύ των πύργων. Η νεότερη προσέγγιση Centralized RAN (C-RAN) συγκεντρώνει όλες αυτές τις μονάδες BBU σε κεντρικά σημεία, τα οποία συνδέονται μέσω οπτικών ινών με τις μονάδες RRU σε διαφορετικές τοποθεσίες. Σύμφωνα με έρευνα του κλάδου από τη Dell'Oro στην έκθεσή της του 2023, αυτή η αλλαγή μπορεί να μειώσει τα λειτουργικά έξοδα κατά 17% έως και περίπου 25%. Επιπλέον, οι φορείς δικτύων αποκτούν τη δυνατότητα να μετακινούν την υπολογιστική ισχύ εκεί όπου χρειάζεται περισσότερο, καθώς οι μοτίβα κίνησης αλλάζουν κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Κεντρικοποιημένες Ομάδες BBU στο C-RAN για Βελτιωμένη Κοινή Χρήση Πόρων και Αποδοτικότητα

Με τη συγκέντρωση των BBUs σε κεντρικές εγκαταστάσεις, οι πάροχοι μπορούν να διαχειρίζονται εκατοντάδες RRUs από ένα μόνο σημείο. Τα οφέλη περιλαμβάνουν:

• Συγκέντρωση υλικού : Μια εγκατάσταση 24 κελιών απαιτεί 83% λιγότερα πλαίσια BBU σε σύγκριση με αντίστοιχες ρυθμίσεις D-RAN
• Ενεργειακή Βελτιστοποίηση : Η ισορροπία φορτίου μειώνει την κατανάλωση ενέργειας της βάσης κατά 35% (μελέτη περίπτωσης Ericsson 2022)
• Προηγμένη συντονισμένη λειτουργία : Επιτρέπει τεχνικές όπως το συντονισμένο πολλαπλό σημείο (CoMP) για αποτελεσματική διαμόρφωση δέσμης 5G σε millimeter-wave

Εικονικό RAN (vRAN): Εξέλιξη των λειτουργιών BBU σε επεξεργασία βασισμένη στο cloud

το vRAN αποσυνδέει την επεξεργασία βασικής ζώνης από το ιδιόκτητο υλικό, εκτελώντας εικονικές λειτουργίες BBU (vBBU) σε εμπορικούς διακομιστές cloud. Αυτή η μετάβαση φέρνει:

1. Εύκαμπτη κλιμάκωση : Οι πόροι επεξεργασίας κλιμακώνονται δυναμικά με τα πρότυπα κίνησης
2. Ενσωμάτωση στο άκρο : Το 67% των φορέων εγκαθιστά vBBUs δίπλα σε κόμβους Πολλαπλής Πρόσβασης Υπολογιστικής στο Άκρο (MEC) για να ελαχιστοποιήσει την καθυστέρηση (Nokia 2023)
3. Προκλήσεις διαλειτουργικότητας : Η επίτευξη συγχρονισμού κάτω των 700 μs απαιτεί εξειδικευμένο υλικό επιτάχυνσης, παρά την ποικιλομορφία των προμηθευτών

Η εξέλιξη από το D-RAN σε C-RAN και vRAN τονίζει πώς η κεντρικοποίηση και η εικονικοποίηση βελτιώνουν την αποδοτικότητα, την κλιμακωσιμότητα και την οικονομική αποτελεσματικότητα του δικτύου.

O-RAN και Διαχωρισμοί Λειτουργιών: Επαναπροσδιορίζοντας τη Συνεργασία BBU-RRU

Πρότυπα του O-RAN Alliance και Απαιτήσεις Ανοιχτών Διεπαφών για BBU και RRU

Η O-RAN Alliance προωθεί πιο ανοιχτές και συμβατές σχεδιάσεις δικτύων ραδιοπρόσβασης, καθορίζοντας τυποποιημένους τρόπους επικοινωνίας μεταξύ των μονάδων βάσης (BBUs) και των απομακρυσμένων μονάδων ραδιοφώνου (RRUs). Αυτό σημαίνει ότι οι φορείς εκμετάλλευσης μπορούν να συνδυάζουν εξοπλισμό από διαφορετικούς κατασκευαστές, αντί να είναι δεμένοι με το οικοσύστημα ενός μόνο προμηθευτή. Η ένωση έχει αναπτύξει διάφορους τρόπους διαχωρισμού λειτουργιών μεταξύ αυτών των συστατικών, όπως η Επιλογή 7.2x. Σε αυτή τη διάταξη, λειτουργίες όπως οι επίπεδα RLC και MAC εκτελούνται στη BBU, ενώ οι χαμηλότερες εργασίες του φυσικού επιπέδου και η επεξεργασία RF γίνονται στο άκρο της RRU. Μια πρόσφατη ερευνητική εργασία που δημοσιεύθηκε πέρυσι στο Applied Sciences αναφέρει ότι αυτή η συγκεκριμένη διάταξη διατηρεί τις καθυστερήσεις fronthaul κάτω από 250 μικροδευτερόλεπτα, κάτι αρκετά εντυπωσιακό λαμβανομένου υπόψη πόσο ευαίσθητα είναι τα ασύρματα δίκτυα σε θέματα χρονισμού. Φυσικά, υπάρχει και ένα συμβιβασμός. Αν και οι ανοιχτές προδιαγραφές προσφέρουν περισσότερες επιλογές κατά την αγορά εξοπλισμού, απαιτούν επίσης στενότερη συντονισμένη λειτουργία όλων των διαφορετικών μερών, ώστε να διασφαλιστεί ότι όλα λειτουργούν ομαλά μαζί, χωρίς να επηρεάζεται η συνολική απόδοση.

Επιλογές Λειτουργικής Διάσπασης (π.χ. Διάσπαση 7-2x) σε Αρχιτεκτονικές O-RAN

Το πρότυπο Split 7.2x λειτουργεί χωρίζοντας τις εργασίες επεξεργασίας μεταξύ διαφορετικών συστατικών, χρησιμοποιώντας δύο βασικές προσεγγίσεις. Με την Κατηγορία Α, το μεγαλύτερο μέρος της εργασίας γίνεται στην πλευρά της BBU, κάνοντας τις RRU απλούστερες, αλλά δημιουργώντας περισσότερη κίνηση στη σύνδεση προμετώπισης. Αντίθετα, η Κατηγορία Β μεταφέρει αυτές τις εργασίες επεξεργασίας στην ίδια την RRU. Αυτή η διάταξη παρέχει καλύτερη απόδοση όταν αντιμετωπίζει σήματα που επιστρέφουν από χρήστες, αν και κάνει το υλικό πιο περίπλοκο. Σύμφωνα με πρόσφατες εκθέσεις του κλάδου, περίπου τα δύο τρίτα των φορέων δικτύων έχουν επιλέξει την Κατηγορία Β για τις εγκαταστάσεις massive MIMO, επειδή αποκτούν πολύ καλύτερο έλεγχο στην παρεμβολή σήματος. Ο τεχνολογικός κόσμος συνεχίζει να εξελίσσεται. Πάρτε για παράδειγμα το έργο ULPI του 2023. Αυτή η νέα ανάπτυξη έχει μετακινήσει ορισμένες λειτουργίες εξισορρόπησης μέσα στην αρχιτεκτονική του συστήματος, προκειμένου να εξασφαλιστούν ακόμη μεγαλύτερα κέρδη απόδοσης σε όλα τα επίπεδα. Αυτού του είδους οι βελτιώσεις είναι ακριβώς αυτές που τονίζουν πρόσφατα τα έγγραφα από τις εργασιακές ομάδες O-RAN.

Εξισορρόπηση Διαλειτουργικότητας και Απόδοσης στις Εγκαταστάσεις Open RAN

Το O-RAN προσφέρει δυναμική εξοικονόμησης χρημάτων με την πάροδο του χρόνου και επιτρέπει τη συνεργασία με διαφορετικούς προμηθευτές, αλλά η επίτευξη απόδοσης αντάξιας των παραδοσιακών ενσωματωμένων συστημάτων RAN παραμένει δύσκολη. Το πρόβλημα οφείλεται στις διαφορές μεταξύ των προσφορών διαφόρων κατασκευαστών όσον αφορά τις δυνατότητες υλικού για επιτάχυνση και το βαθμό зрευστότητας του λογισμικού τους. Αυτό δημιουργεί πραγματικά προβλήματα κατά την προσπάθεια επίτευξης σημαντικών μετρικών όπως η ροή δεδομένων και η κατανάλωση ενέργειας. Όταν οι εταιρείες εγκαθιστούν κεντρικοποιημένες μονάδες BBU, χρειάζονται επίσης εξαιρετικά αξιόπιστες συνδέσεις στο πρόσθιο τμήμα, κάτι το οποίο απαιτεί η ταλάντωση (jitter) να διατηρείται κάτω από περίπου 100 νανοδευτερόλεπτα, σύμφωνα με τα βιομηχανικά πρότυπα. Οι περισσότεροι ειδικοί προτείνουν να ξεκινήσει κανείς με αργούς ρυθμούς, ίσως αρχίζοντας από μερικές τοποθεσίες χαμηλότερου κινδύνου σε αστικές περιοχές, όπου τυχόν προβλήματα δεν θα προκαλέσουν σοβαρές διαταραχές. Αυτή η προσέγγιση επιτρέπει στους φορείς να δοκιμάσουν αν τα συστήματα λειτουργούν σωστά και αν πληρούν τις προσδοκίες τους, πριν προχωρήσουν σε ευρεία εφαρμογή σε μεγαλύτερες περιοχές.