¿Cómo colaboran eficientemente BBU y RRU en estaciones base?

Funciones y responsabilidades de la Unidad de Banda Base (BBU) en el procesamiento de señales

En el centro de las estaciones base modernas se encuentra la Unidad de Banda Base (BBU), que se encarga de todo tipo de tareas críticas de procesamiento de señal. Piense en modulación y demodulación, corrección de errores, además de la gestión de protocolos en diferentes capas, incluyendo PDCP, RLC y RRC. Antes de que cualquier cosa se transmita por las ondas de radio, esta unidad asegura que todo cumpla con los estándares 3GPP que rigen tanto las redes LTE como 5G NR. Lo que realmente destaca a las BBU es cómo separan las funciones del plano de control del flujo real de datos a través del sistema. Cuando sucesos como la gestión de traspaso ocurren de forma independiente al flujo normal de datos, se abren posibilidades para una asignación más inteligente de recursos. Las redes pueden adaptarse sobre la marcha cuando el tráfico aumenta o disminuye inesperadamente, manteniendo las operaciones funcionando sin problemas incluso durante períodos de uso máximo.

Función de la Unidad de Radio Remota (RRU) en la conversión de RF y la interfaz con la antena

La Unidad de Radio Remota (RRU) se encuentra junto a las antenas, donde transforma esas señales de banda base en ondas de radio reales, como frecuencias de 2.6 GHz o 3.5 GHz. Esta ubicación ayuda a reducir la pérdida de señal, que puede ser bastante alta —alrededor de 4 dB cada 100 metros— cuando se utilizan cables coaxiales comunes, especialmente en estos rangos de frecuencia más altos. ¿Qué hace exactamente una RRU? Pues bien, se encarga de convertir la información digital de nuevo a forma analógica para enviar datos hacia abajo, amplifica las señales débiles que regresan desde los dispositivos sin añadir demasiado ruido y trabaja con múltiples bandas de frecuencia, desde 700 MHz hasta 3.8 GHz, mediante una técnica llamada agregación de portadoras. Colocar estas unidades cerca de las antenas también hace que las redes respondan más rápido. Las pruebas muestran que la latencia disminuye aproximadamente un 25 % en comparación con los sistemas anteriores que dependían de largos tramos de cable entre las ubicaciones del equipo.

Flujo de trabajo complementario: Cómo BBU y RRU permiten la transmisión de señal de extremo a extremo

La BBU y la RRU trabajan juntas a través de enlaces de fibra óptica de alta velocidad utilizando los protocolos CPRI o eCPRI para formar una cadena de señal continua desde el procesamiento digital hasta la transmisión inalámbrica.

Esta arquitectura distribuida centraliza las BBU mientras coloca las RRU en la parte superior de las torres, mejorando la eficiencia espectral en un 32 % en entornos urbanos. La separación permite actualizaciones independientes y resulta especialmente beneficiosa en ecosistemas O-RAN en evolución.

Conectividad de fronthaul basada en fibra: Conexión entre BBU y RRU mediante CPRI y eCPRI

Enlaces de fibra óptica de alta velocidad en la comunicación entre BBU y RRU

Los cables de fibra óptica forman la columna vertebral de las redes de fronthaul actuales, permitiendo un ancho de banda elevado y una latencia mínima al conectar las BBUs con las RRUs. Estos cables pueden manejar velocidades de datos superiores a 25 gigabits por segundo, lo que significa que transportan de forma confiable esas señales de radio digitalizadas sin problemas por interferencias electromagnéticas, algo muy importante en áreas urbanas congestionadas donde muchos equipos funcionan simultáneamente. El estándar CPRI trabaja junto con la fibra bidireccional para mantener la sincronización entre el procesamiento de banda base que ocurre en la BBU y el trabajo real de RF realizado por la RRU. Esta sincronización ayuda a mantener una buena calidad de señal a lo largo de todo el sistema, desde el inicio hasta el final.

CPRI vs. eCPRI: Protocolos para la eficiencia del fronthaul y gestión del ancho de banda

A medida que avanzamos hacia las redes 5G, muchos operadores han comenzado a adoptar algo llamado CPRI mejorado o eCPRI por su nombre abreviado. Lo interesante de eCPRI es que reduce los requisitos de ancho de banda hasta en diez veces en comparación con las versiones anteriores de CPRI. Sin embargo, el CPRI tradicional funciona de manera diferente. Requiere conexiones de fibra separadas para cada antena y se basa en lo que se conoce como operaciones de Capa 1. Pero aquí está el problema: al tratar con configuraciones MIMO grandes, que son cada vez más comunes en la actualidad, el CPRI convencional simplemente no puede escalar adecuadamente. Aquí es donde destaca eCPRI. Al cambiar a métodos de transporte basados en Ethernet, permite que múltiples unidades de radio remotas compartan recursos mediante algo llamado multiplexación estadística. El resultado: un rendimiento mucho mejor en términos de eficiencia del fronthaul sin todos los costos adicionales de infraestructura.

Esta evolución reduce los costos de fronthaul en un 30 % y permite implementaciones escalables de ondas milimétricas.

Consideraciones de latencia, capacidad y sincronización en el diseño de fronthaul

Es muy importante obtener la temporización correcta. Si hay un error de sincronización mayor a 50 nanosegundos, se altera la formación de haces y todas esas otras funciones basadas en el tiempo en las redes 5G. Por eso, las configuraciones modernas de fronthaul utilizan elementos como los estándares IEEE 802.1CM TSN para mantener las señales de control moviéndose adecuadamente a través de la red. En cuanto al manejo del volumen de datos, la mayoría de las personas ha pasado actualmente a transceptores de 25G. Estos manejan la pérdida de señal en aproximadamente 1,5 dB por kilómetro, lo que supera en alrededor de dos tercios a los antiguos sistemas de 10G. Todas estas mejoras significan que aún podemos obtener tiempos de respuesta inferiores a un milisegundo, incluso si las unidades de banda base deben colocarse hasta a 20 kilómetros de distancia de las unidades de radio remotas en configuraciones de arquitectura centralizada.

Evolución de la arquitectura de red: de D-RAN a C-RAN y vRAN

D-RAN vs. C-RAN: Impacto en la implementación de BBU y distribución de RRU

Las configuraciones tradicionales de RAN Distribuida o D-RAN tienen cada torre celular albergando su propia Unidad de Banda Base junto a la Unidad de Radio Remota. Aunque esto mantiene el retardo de señal por debajo de 1 milisegundo, implica que muchos equipos duplicados permanecen inactivos la mayor parte del tiempo y dificulta bastante el compartir recursos entre torres. El enfoque más reciente de RAN Centralizada toma todas esas BBUs y las reúne en ubicaciones centrales conectadas mediante cables de fibra óptica a las RRUs en diferentes sitios. Según investigaciones del sector de Dell'Oro en su informe de 2023, este cambio puede reducir los gastos operativos entre un 17 % y quizás incluso cerca del 25 %. Además, los operadores de redes obtienen la capacidad de mover potencia de procesamiento allí donde más se necesite según cambian los patrones de tráfico a lo largo del día.

Agrupaciones Centralizadas de BBU en C-RAN para una Mejora en el Compartir Recursos y la Eficiencia

Al agrupar BBUs en instalaciones centralizadas, los operadores pueden gestionar cientos de RRUs desde una única ubicación. Los beneficios incluyen:

• Consolidación de hardware : Una implementación de 24 celdas requiere un 83 % menos de chasis BBU que configuraciones equivalentes de D-RAN
• Optimización de Energía : El equilibrio de carga reduce el consumo de energía de la estación base en un 35 % (estudio de caso de Ericsson 2022)
• Coordinación avanzada : Permite técnicas como multipunto coordinado (CoMP) para una formación eficiente de haces en ondas milimétricas 5G

RAN virtualizada (vRAN): Evolución de las funciones BBU hacia procesamiento basado en la nube

vRAN desacopla el procesamiento de banda base del hardware propietario, ejecutando funciones de BBU virtualizado (vBBU) en servidores en la nube comerciales estándar. Este cambio aporta:

1. Escalabilidad flexible : Los recursos de procesamiento se escalan dinámicamente según los patrones de tráfico
2. Integración en el borde : El 67 % de los operadores despliegan vBBU junto con nodos de computación multiacceso en el borde (MEC) para minimizar la latencia (Nokia 2023)
3. Desafíos de interoperabilidad : Alcanzar una sincronización inferior a 700 μs exige hardware de aceleración especializado a pesar de la diversidad de proveedores

La evolución de D-RAN a C-RAN y vRAN subraya cómo la centralización y la virtualización mejoran la eficiencia, escalabilidad y rentabilidad de la red.

O-RAN y divisiones funcionales: Redefiniendo la colaboración entre BBU y RRU

Estándares del Alianza O-RAN y requisitos de interfaces abiertas para BBU y RRU

El O-RAN Alliance está impulsando diseños de redes de acceso radio más abiertas y compatibles al establecer formas estándar para que las unidades de banda base (BBU) y las unidades de radio remotas (RRU) se comuniquen entre sí. Lo que esto realmente significa es que los operadores pueden combinar equipos de diferentes proveedores en lugar de quedarse atrapados en el ecosistema de un solo suministrador. La alianza ha desarrollado diversas formas de dividir funciones entre estos componentes, como la Opción 7.2x. En esta configuración, elementos como las capas RLC y MAC realizan su trabajo en la BBU, mientras que tareas de bajo nivel de la capa física y el procesamiento de RF ocurren en el extremo de la RRU. Un estudio publicado el año pasado en Applied Sciences encontró que esta configuración mantiene los retrasos del fronthaul por debajo de los 250 microsegundos, lo cual es bastante impresionante considerando lo sensibles que son las redes inalámbricas a los problemas de temporización. Por supuesto, también existe un compromiso aquí. Aunque contar con estándares abiertos ofrece más opciones al adquirir equipos, también exige una coordinación más estrecha entre todas las partes diferentes para asegurar que todo funcione sin problemas sin afectar el rendimiento general.

Opciones de División Funcional (por ejemplo, División 7-2x) en Arquitecturas O-RAN

El estándar Split 7.2x funciona dividiendo las tareas de procesamiento entre diferentes componentes utilizando dos enfoques principales. Con la Categoría A, la mayor parte del trabajo se realiza en el lado de la BBU, lo que hace que las RRUs sean más simples, pero genera más tráfico en la conexión de front haul. Por otro lado, la Categoría B traslada esas tareas de procesamiento directamente a la RRU misma. Esta configuración ofrece un mejor rendimiento al manejar señales provenientes de los usuarios, aunque hace que el hardware sea más complejo. Según informes recientes del sector, aproximadamente dos tercios de los operadores de redes han optado por la Categoría B para sus despliegues de MIMO masiva porque obtienen un control mucho mejor sobre la interferencia de señal. El mundo tecnológico también sigue evolucionando. Tomemos, por ejemplo, el proyecto ULPI de 2023. Este nuevo desarrollo ha estado reorganizando ciertas funciones de ecualización dentro de la arquitectura del sistema para obtener aún mayores ganancias de rendimiento en general. Este tipo de mejoras son precisamente las que los documentos de los grupos de trabajo de O-RAN han estado destacando últimamente.

Equilibrar la interoperabilidad y el rendimiento en las implementaciones de Open RAN

O-RAN sí ofrece un potencial de ahorro de dinero a largo plazo y permite trabajar con diferentes proveedores, pero lograr que funcione tan bien como los sistemas RAN integrados tradicionales sigue siendo una tarea difícil. El problema radica en las diferencias entre lo que ofrecen varios fabricantes en cuanto a capacidades de aceleración por hardware y el grado de madurez real de su software. Esto genera verdaderos dolores de cabeza al intentar alcanzar métricas importantes como el rendimiento de transferencia de datos y el consumo de energía. Cuando las empresas configuran grupos centralizados de BBU, también necesitan conexiones extremadamente confiables en el extremo frontal, algo que exige mantener la fluctuación (jitter) por debajo de aproximadamente 100 nanosegundos según los estándares del sector. La mayoría de los expertos recomiendan avanzar con cautela al principio, empezando quizás en ubicaciones urbanas de menor riesgo donde los problemas no causen interrupciones mayores. Este enfoque permite a los operadores probar si todos los componentes funcionan correctamente juntos y cumplen con las expectativas antes de implementarlos completamente en áreas más extensas.