Miten valita oikea RRU viestintätornien kanssa?

RRU:n roolin ymmärtäminen nykyaikaisissa radioaccess-verkoissa

Etäradion yksikön (RRU) toiminto nykyaikaisessa RAN:ssa

Etäyksiköt eli RRUT toimivat keskeisinä yhteyksinä digitaalisen taajuusalueen käsittelyn ja todellisten radioaaltojen välillä Radio Access Network -verkoissa. Nämä laitteet ottavat digitaaliset signaalit taajuusalueyksiköltä ja muuttavat ne radioaaltoiksi, jotka voivat kulkea ilmassa. Ne toimivat myös päinvastaisessa suunnassa käyttäjien puhelimista tuleville signaaleille. Kun RRUT sijoitetaan lähekkäin antenneja, ne vähentävät syöttöhäviötä noin 4 dB jokaista 100 metriä kohti taajuuksilla noin 2,6 GHz. Joidenkin Ponemonin vuoden 2023 tutkimusten mukaan tämä sijoittelu parantaa signaalin laatua noin 22 % verrattuna keskitettyihin ratkaisuihin. Nykyään suuret valmistajat rakentavat kehittyneitä DAC/ADC-muuntimia suoraan RRU:ihinsa hyvien suodatusjärjestelmien ohella. Tämä mahdollistaa useiden taajuuskaistojen samanaikaisen käsittelyn viiveellä alle 70 nanosekuntia, mikä on erittäin tärkeää nopeille 5G-sovelluksille, joita kaikki haluavat.

Kantoaseman keskeiset komponentit: Missä RRU sijoittuu

Modernit kantoasemat koostuvat kolmesta keskeisestä elementistä:

• Antenniryhmä : Käsittelee elektromagneettisen aallon säteilyä/vastaanottoa
• RRU : Prosessoi RF-signaaleita (ylös/alas-muunnos, vahvistus) antennin sijainnissa
• BBU : Hallinnoi protokollapinoja, virheenkorjausta ja verkkoturvallisuutta

Tämä hajautettu arkkitehtuuri vähentää virrankulutusta 18–35 % verrattuna perinteisiin makroasemien RAN-energiatehokkuustesteihin vuodelta 2024 dokumentoidun mukaan. RRU:n ulkokäyttöön soveltuva kotelointi mahdollistaa asennuksen 1–5 metrin päähän antenneista, mikä on välttämätöntä millimetriaalloilla, joissa ilmakehän vaimennus ylittää 15 dB/km.

Pohjakaistayksikön (BBU) ja RRU:n erottaminen: Arkkitehtoninen kehitys

BBU-RRU:n hajauttaminen edustaa perustavanlaatuista siirtymää integroiduista tukiasemista, mahdollistaen:

Keskitämällä BBY:t turvallisissa tiloissa ja jakamalla RRY:t eri tornisivuille, operaattorit saavuttavat 92 % nopeammat kenttäpäivitykset ohjelmistomääritellyn radiouudelleenmäärityksen kautta. Uusimmat C-RAN-toteutukset osoittavat, kuinka tämä erotus tukee dynaamista kuorman tasapainotusta 64–256 RRY:n kesken per BBU-pooli, mikä optimoi spektraalitehokkuuden tiheään asutuilla kaupunkialueilla.

RRY:n keskeiset toiminnot ja signaalinkäsittelykyvyt

Lähetyksen ja vastaanoton signaalinkäsittely RRY:ssä

Etäyksiköt eli RRUn yksiköt hoitavat molemmat signaalinkäsittelyn suunnat, mikä on erittäin tärkeää nykyaikaisten RAN-järjestelmien toiminnassa. Kun dataa lähetetään verkon kautta alaspäin, nämä yksiköt ottavat digitaaliset signaalit BBU:sta ja muuntavat ne todellisiksi radiotaajuisiksi aaltoiksi käyttäen kehittyneitä modulointimenetelmiä. Vastaanotettaessa dataa takaisin ylöspäin ne käytännössä kääntävät tämän prosessin päinvastaiseksi ottamalla vastaanottamat radiotaajuus-signaalit ja muuntamalla ne takaisin digitaaliseen muotoon, jotta BBU voi tulkitusta tiedosta jotain. Se, että RRU:t voivat käsitellä molempia suuntia samanaikaisesti, mahdollistaa erittäin nopeat tiedonsiirtokäynnit melkein olemattoman viiveen kanssa. Virhetasot pysyvät myös hyvin matalina, noin 0,001 % tai paremmat useimmissa 5G-rakenteissa. Tämä auttaa pitämään kaiken synkronoituna, vaikka tuhansia laitteita olisi yhtä aikaa liitetty ilman merkittäviä palvelun laadun häiriöitä.

RF-etupään toiminnot: DAC, ADC, ylös/alaslaskenta, suodatus

RRU:n RF-etuliitämä perustuu neljään keskeiseen komponenttiin:

1. Digitaali-analogiamuuntimet (DAC:t) : Muuntavat digitaaliset I/Q-signaalit analogisiksi aaltoiksi
2. Analogi-digitaalimuuntimet (ADC:t) : Keräävät saapuvat analogiset signaalit digitaalikäsittelyä varten
3. Taajuusmuuntajat : Siirtävät signaaleita perustaajuuden ja kantoaallon taajuuden välillä
4. Bandpass-suodattimet : Poistavat taajuusalueen ulkopuolisen häiriön säilyttäen samalla signaalin eheyden

Nämä komponentit toimivat yhdessä saavuttaakseen spektraalitehokkuuksia jopa 8,2 bps/Hz nykyisissä moniteknologiatukiasemoiden käyttöönotoissa, suoriutuen 37 % paremmin kuin vanhat järjestelmät reaalimaailman siirtonopeustesteissä.

Tehovahvistimen (PA) ja vähäkohinaisen vahvistimen (LNA) suorituskyky

Nykyaikaiset RRU:t yhdistävät korkean tehokkuuden PA:t (9094% tasavirta-RF-muuntokyky) ja erittäin herkkiä LNA:t (meluarvo < 1,2 dB), jotta 5G:n vaativat linkkibudjetit voidaan täyttää. Tämä yhdistelmä tukee:

• 64T64R massiiviset MIMO-konfiguraatiot 200 W:n kokonaistuotannolla
• 160 MHz kanavan kaistanleveyden käsittely FR1-taajuudessa
• -110 dBm vastaanottimen herkkyys luotettavan heikon signaalin havaitsemiseksi

Lämpötilan hallinnan innovaatiot, kuten nestemäisen jäähdytys- ja vaihevaihdemateriaalit, takaavat vakaan toiminnan ympäristölämpötilassa -40 °C:sta +55 °C:een.

RRU:n arkkitehtoniset edut D-RAN- ja C-RAN-asennuksissa

Jakautettu RAN (D-RAN) vs. keskitetyllä RAN (C-RAN): RRU:n rooli

Etäyksiköt, joita kutsumme RRuiksi, tekevät RAN-arkkitehtuurista joustavampaa, koska ne erottavat radiotoiminnot siitä paikasta, jossa tapahtuu kantataajuusprosessointi. Kun tarkastellaan hajautettuja RAN-järjestelmiä, nämä yksiköt sijaitsevat suoraan soluasemoiden antennien vieressä, mikä auttaa pitämään analogiset signaalit vahvoina sen sijaan, että ne heikkenisivät matkallaan koaksiaalikaapeissa. Keskittäis-RAN-rakenteissa RRut pysyvät edelleen lähekkäin antenneja, mutta yhdistyvät nyt kuituoptisten linjojen kautta keskitettyihin prosessoriyksiköihin. Tämä rakenne voi vähentää fyysisen tilantarpeen asemilla noin 40 prosenttia, ainakin viime vuosien toimialaraporttien mukaan. Olipa kyseessä D-RAN- tai C-RAN-ratkaisu, näillä etäyksiköillä on keskeinen rooli hyvän signaalin laadun ylläpitämisessä samalla kun ne tekevät verkoista riittävän sopeutuvia tuleviin muutoksiin.

Syöttöhäviön vähentäminen ja energiatehokkuuden parantaminen RRU-yksiköiden sijoittelulla

Kun etäyksiköt sijoitetaan lähelle antenneja, syöttölinjamenetys laskee noin 90 % verrattuna vanhempiin ratkaisuihin, mikä tekee todellisen eron kokonaistehokkuudessa. Lyhyemmät kaapelit tarkoittavat myös sitä, että RF-tehoa hukkuu vähemmän. Sen sijaan, että pitkien linjojen kautta menetettäisiin 15–20 % kokonaisenergiasta, nykyään menetys on alle 5 %, erityisesti korkeamman taajuuden signaaleilla toimiessa. Toisen edun muodostaa jäähdytystarpeen väheneminen, koska nämä RRUt toimivat ulkona hyvin ilman monimutkaisia lämpötilaohjattuja kotelointeja. Kenttäinsinöörit ovat raportoineet, että tämä järjestely vähentää huoltovaikeuksia kuumina kesäkuukausina, jolloin ilmastointijärjestelmät muuten kamppailisivat pysymisessä mukana.

Laajennettavuus ja käyttöönoton joustavuus virtualisoiduissa RAN-ympäristöissä

Nykyiset etäradion yksiköt (RRU) toimivat hyvin pilvipohjaisten järjestelmien kanssa kiitos standardien kuten eCPRI ansiosta. Tämä mahdollistaa resurssien dynaamisen jakamisen eri valmistajien verkkojen kesken. Näiden yksiköiden modulaarinen rakenne tarkoittaa, että operaattorit voivat lisätä kapasiteettia vaiheittain muuttamatta tornirakenteita, mikä on erityisen tärkeää laajennettaessa 5G mMIMO-ominaisuuksia ja toteutettaessa kantajien yhdistämistä. Katsottaessa virtualisoituja RAN-ratkaisuja eli vRAN-järjestelmiä, jotka sisältävät RRUs-yksiköt, teollisuuden testit osoittavat niiden palvelujen käyttöönoton tapahtuvan noin 30 prosenttia nopeammin kuin vanhan koulukunnan järjestelmissä aiemmin.

Taajuus- ja teknologiatuki monigeneraatioverkoille

Taajuuskaistan yhteensopivuus ja spektritehokkuuden huomioonottaminen

Uusimmat etäradionyksiköt tarjoavat noin 30 prosenttia paremman taajuuskaistan hyödyntämisen verrattuna vanhempiin järjestelmiin, koska ne toimivat taajuuksilla, jotka vaihtelevat 600 MHz:sta aina 6 GHz:iin asti. Tämä laaja taajuusalue tarkoittaa, että verkkotoimijat voivat jatkossakin käyttää nykyisiä spektrivarantoja siirtyessään 5G New Radio -tekniikkaan. Laajakaistaisilla RRU:illa useita erillisiä taajuuskaistoja yhdistetään yhdeksi laitteistoksi. Tämä vähentää laitteiden määrää solukkoasemilla ja säästää noin 19 prosenttia tehoa per sektori tutkimuksen mukaan, joka julkaistiin viime vuonna Wireless Infrastructure Journalissa.

Monikaistainen ja moniteknologinen tuki (2G/3G/4G/5G) RRU:ssa

Edelläkävijä-RRU:t käsittelevät nyt rinnakkain GSM (2G), UMTS (3G), LTE (4G) ja 5G NR -signaaleja ohjelmistoradioarkkitehtuurien (SDR) kautta. Tämä takaisinyhteensopivuus poistaa tarpeen rinnakkaisille radioketjuille, kuten alla olevassa taulukossa on esitetty:

Tulevaisuudenvarmistus verkkoissa: skaalautuvuus eri taajuuksilla ja operaattoreilla

Modulaariset RRU-suunnittelut mahdollistavat operaattoreille uusien taajuusalueiden aktivoinnin etäohjelmistopäivityksillä, mikä vähentää tornikäyntejä 62 %:lla ( Mobiiliverkkoyritysten kysely 2024 ). Uusimpien mallien risteikkäisten operaattoreiden spektrin jakamisominaisuudet mahdollistavat hyödyntämättömien taajuusalueiden dynaamisen allokoinnin, joka nopeuttaa 5G-verkon käyttöönottoa 89 %:lla monioperaattoriympäristöissä.

Edistyneiden antennien integrointi: MIMO- ja tihkusuihkutuksen valmius

MIMO- ja tihkusuihkutuksen mahdollistaminen edistyneillä RRU-suunnitelmilla

Uusimmat radiokohteenyksiköt (RRU:t) mahdollistavat Massiivisen MIMO:n rakennetun sopeutuvan säteenmuodostusteknologian ja useiden antennijärjestelmien avulla. Nämä yksiköt toimivat yhdessä suurten 64 lähetys- ja 64 vastaanottokanavan kanssa osoittaakseen signaaleja tarkasti niiden tarvitsemaan kohtaan, mikä parantaa siirtonopeutta samalla taajuusalueella verrattuna vanhaan laitteistoon. Joidenkin viime vuonna tehdyt testit osoittivat myös melko vaikuttavia tuloksia. Verkot, jotka käyttivät näitä edistyneitä RRU-yksiköitä kahdeksan kerroksen signaalierottelulla, saavuttivat nopeuksia noin 3,8 gigabitin sekunnissa erittäin vilkkosissa kaupunkiympäristöissä. Tällainen suorituskyky tekee valtavan eron ylläpidettäessä kaikkien yhteyttä ilman hidastumista huippukuormitustilanteissa.

Säteenmuodostusyksiköiden (BFU:t) ja antennimoduulien integrointi

Säteensuuntausyksiköt tai BFU:t toimivat yhdessä vaihesiirtoinien ja tehotahdistinten kanssa radioetäisyyksissä (RRU) ohjatakseen signaaleja noin plus- tai miinus 2 asteen tarkkuudella 5G:n millimetriaaltofrekvensseillä. Tämän tason hallinta tekee todellisen eron – operaattorit raportoivat noin 65 prosenttia vähemmän häiriöitä, kun useat palveluntarjoajat jakavat saman alueen, samalla kun soluvuonti laajenee noin 18 prosenttia entistä pidemmälle. Tulevaisuudessa uusia RRU:ita suunnitellaan sisäänrakennetuilla antennimoduuleilla, jotka yhdistävät kaikki nämä komponentit yhdeksi tiiviiksi ulkoasennettavaksi yksiköksi. Tämä integraatio vähentää asennuskustannuksia merkittävästi, säästättäen yrityksille noin 40 prosenttia perinteisiin järjestelmiin verrattuna, joissa kaikki piti asentaa erikseen. Teollisuus on selvästi siirtymässä kohti näitä yhdistettyjä ratkaisuja, koska ne tarjoavat sekä suorituskykyetuja että huomattavia kustannussäästöjä.

Lämpö- ja tehonhallinta ulkoisissa RRU-asennuksissa

Ulkoilma-RRU:t hajottavat jopa 300 W tehon aktiivisissa MIMO-toiminnoissa, ja niissä tarvitaan nestejäähdytetyt rungot ja tekoälyohjatut ilmavirtajärjestelmät pitääkseen lämpötilat alle 45 °C. Edistyneet mallit saavuttavat 94 %:n energiatehokkuuden käyttäen galliumnitridi (GaN) -tehoalueita ja kuormaan mukautuvaa jännitteen säätöä, mikä vähentää vuosittaista OPEXia 7 200 dollaria laitetta kohden vuoden 2023 telealan kestävyysvertailujen mukaan.