Miten varmistaa RRU:n ja BBU:n yhteensopivuus verkossa?

RRU:n ja BBU:n toiminnallisen suhteen ymmärtäminen

Pohjataajuusyksikön (BBU) rooli nykyaikaisissa radioverkkoihin liittyvissä verkoissa

Radioaccessiverkkojen ytimessä toimii kantataajuusyksikkö eli BBU, joka toimii käytännössä kaikkien noiden monimutkaisten operaatioiden aivoina. Se hoitaa tärkeitä protokollia, kuten PDCP:tä (Packet Data Convergence Protocol, jos joku pitää pistettä) ja RLC:tä (Radio Link Control). Mitä nämä oikeastaan tekevät? No ne huolehtivat esimerkiksi virheiden korjaamisesta, datan pakkaamisesta tiiviimpään muotoon nopeampaa siirtoa varten sekä resurssien jakelun optimoinnista reaaliaikaisesti. Koko tämä prosessi pitää puhelimet luotettavasti keskustelemassa sen verkon kanssa, johon ne ovat kytkettynä. Nyt kun 5G on tulossa, BBUt ovat vieläkin älykkäämpiä SDAP-tekniikan ansiosta (Service Data Adaptation Protocol). Tämä uusi lisäys mahdollistaa verkkojen tarkemman laadunhallinnan ja liikennetyypin priorisoinnin palvelun mukaan hetkellä käytössä olevien sovellusten perusteella.

RRU:n toiminnallisuuden ymmärtäminen ja sen integrointi kantoaseman arkkitehtuuriin

Etäradionyksiköt eli RRUn toimivat periaatteessa digitaalisten kantataajussignaalien ja varsinaisten radioaaltojen välisenä liityntäpisteenä. Nämä laitteet sijoitetaan yleensä melko lähelle itse antennin kohdalle, usein enintään 300 metrin päähän. Niiden tehtävänä on ottaa vastaan digitaalinen tieto kantataajuusyksiköstä ja muuttaa se ilmassa eteneviksi analogisiksi aalloiksi. Ne hoitavat myös useita kehittyneitä toimintoja, kuten säteenmuodostustekniikoita ja monitulo-monilähtöprosessointia (MIMO). Se, että ne sijaitsevat niin lähellä signaalien lähetyspaikkaa, vaikuttaa merkittävästi kokonaisuuteen. Signaalin häviö vähenee huomattavasti, mikä on erityisen tärkeää korkeilla 5G-taajuuksilla, erityisesti mmWave-taajuuksilla. Kun kaikki RF-prosessointi sijoitetaan verkon reunaan keskitettyjen paikkojen sijaan, operaattorit voivat hyödyntää taajuusresursseja tehokkaammin. Lisäksi tämä vähentää huomattavasti tarvittavan monimutkaisen kaapeloinnin määrää suurissa asennuksissa, joissa tila on rajoitetumpaa.

Signaalin käsittely ja muunnos RRU:n ja BBU:n välillä 4G- ja 5G-järjestelmissä

Signaalin käsittelyn vastuut eroavat merkittävästi 4G:n ja 5G:n välillä:

• 4G LTE : BBUn hallinnoi MAC-järjestelyä ja FEC-koodausta, kun taas RRU hoitaa perusmodulaatiomenetelmät, kuten QPSK:n ja 16QAM:n.
• 5G NR : RRU ottaa hoidettavakseen kehittyneempiä tehtäviä, kuten massiivisen MIMO:n esikoodauksen ja osan PHY-tason käsittelystä, mikä vähentää fronthaul-bändileveyden tarvetta jopa 40 % verrattuna perinteisiin 4G CPRI-järjestelmiin (3GPP Release 15).

Tämä siirtymä mahdollistaa tehokkaamman fronthaul-kaistan käytön ja tukee 5G-sovellusten kasvaneita siirtonopeusvaatimuksia.

BBU:n toiminnallisten jakojaon vaikutukset (esimerkiksi O-RAN-jakojaot kuten FH 7.2 ja FH 8)

O-RAN-yhteisö määrittelemät toiminnalliset jaot uudelleenjärjestävät käsittelyn jakautumista BBU:n ja RRU:n välillä:

• Jako 7.2 (FH 7.2) : RRU hoitaa alempia PHY-toimintoja, kuten FFT/iFFT:n ja syklisten etuliitteiden poiston, mikä edellyttää korkeampaa fronthaul-bändileveyttä (jopa 25 Gbps), mutta säilyttää keskitetyn ohjauksen.
• Jako 8 (FH 8) : Koko PHY-käsittely siirtyy RRU:lle, mikä vähentää fronthaul-tarvetta noin 10 Gbps:iin 15 %:n viiveen kasvun kustannuksella (O RAN WG1 2022).

Nämä joustavat jakojaot mahdollistavat operaattoreille kustannusten, suorituskyvyn ja skaalautuvuuden optimoinnin monen valmistajan ympäristöissä, erityisesti virtualisoiduissa RAN-ratkaisuissa (vRAN).

Fronthaul-liitäntöjen protokollat: CPRI vs. eCPRI RRU-BBU-yhteyksiin

Yleinen julkisen radioliikenteen rajapintaprotokolla (CPRI) RRU-BBU-yhteyksien ja ohjauksen toteuttamiseen

CPRI on edelleen suosituin ratkaisu etäyhteyksille useimmissa 4G-verkoissa tänä päivänä. Periaatteessa kaikki PHY-tason käsittely tapahtuu BBU-päässä, kun taas digitoitujen I/Q-näytteiden siirto RRU:lle tapahtuu erillisillä kuitupyyntilinjoilla. Järjestelmä pystyy käsittelemään erittäin alhaisia viiveitä alle 100 mikrosekuntia ja tarjoaa melko vaikuttavat kaistanleveysominaisuudet, noin 24,3 gigabitin sekunnissa per sektori. Tämä auttaa ylläpitämään tasaisia suorituskykyominaisuuksia erilaisissa verkkoympäristöissä. Mutta tässä on nyt kuitenkin sudenkuoppa, hyvät ihmiset. Koko järjestelmä on melko jäykkä sen tiukan arkkitehtuurinsa vuoksi. Siirryttäessä kohti 5G-verkkojen käyttöönottoa tämä muuttuu ongelmaksi, koska uudemmat verkot vaativat paljon joustavampia ratkaisuja, jotka voivat tasapainottaa kuormaa dynaamisesti ja integroitua saumattomasti pilvi-infrastruktuuriin. Monet operaattorit kohtaavat jo ongelmia yrittäessään skaalata nykyisiä CPRI-pohjaisia järjestelmiään vastaamaan seuraavan sukupolven vaatimuksia.

Siirtymä CPRI:stä eCPRI:hen virtuaalisoidussa RANissa (vRAN) ja 5G-verkoissa

Perinteisen CPRI:n puutteisiin reagoimiseksi teollisuus toi esiin eCPRI:n vuonna 2017. Tämä uudempi versio käsittelee paketteja pikemminkin kuin raakaa I/Q-datatietoja, mikä vähentää huomattavasti etujohdon kaistanleveyden tarvetta – useimpien arvioiden mukaan noin 70 %. Erityisesti eCPRI:n erottuvuutta korostaa sen käsittely toiminnon jakamisesta, erityisesti asetuksissa kuten O-RAN:n Option 7.2x, jossa osa fyysisen kerroksen käsittelystä siirretään RRU-puolelle. Tämä puolestaan parantaa järjestelmän kokonaistehokkuutta. Tärkeintä on, että eCPRI toimii standardien mukaisilla Ethernet/IP-verkoilla, joten operaattorit voivat jakaa liikenneinfrastruktuurinsa eri palveluiden kesken ja ottaa tarvittaessa käyttöön ohjelmistomääriteltäviä ratkaisuja. Silti yhteensopivuuden saaminen kaikkien kanssa tuottaa todellisia ongelmia. Viime vuoden 2023 markkina-analyysi osoitti, että noin joka viides monen valmistajan järjestelmä kohtaa integrointiongelmia, koska valmistajat toteuttavat tekniset vaatimukset eri tavoin, mikä luo yhteensopivuushaasteita, joita kukaan ei halua käsitellä.

Kaistanleveyden ja viiveen vaikutukset CPRI/eCPRI-fronthaul-liitännöissä

CPRI toimii erittäin hyvin niissä alhaisen viiveen tilanteissa, joita nähdään perinteisissä D RAN-rakenteissa, mutta siinä on ongelma kaistanleveyden vaatimusten osalta. Erityisesti kaupungit kamppailevat tämän kanssa, koska kaikki data rasittaa merkittävästi olemassa olevaa kuituinfrastruktuuria. Tässä tilanteessa eCPRI tulee kuvaan Ethernet-pohjaisella lähestymistavallaan, mikä tekee skaalauksesta paljon helpompaa ja edullisempaa toteuttaa, vaikka se edellyttääkin hieman suurempaa viiveherkkyyttä verrattuna tavalliseen CPRI:hin. Kun tarkastellaan URLLC-sovelluksia, kuten tehdasautomaatiojärjestelmiä tai itseohjautuvia autoja, insinöörit ovat alkaneet käyttää hybridisynkronointimenetelmiä. Nämä menetelmät pitävät ajoituksen riittävän tarkan kriittisiä toimintoja varten samalla kun hyödynnetään pakettipohjaisen fronthaulin tarjoamaa joustavuutta ja suorituskykyä.

Verkkorakennemallit ja niiden vaikutus RRU- ja BBU-integrointiin

RRU- ja BBU-integrointi 4G D RAN:ssa verrattuna keskitettyihin C RAN-rakenteisiin

RRU- ja BBU-integroinnin maisemaa muokkaavat pääasiassa kaksi lähestymistapaa: hajautettu RAN (D-RAN) ja keskitetty RAN (C-RAN). D-RANia käyttävissä 4G-verkoissa BBUT ja RRUT sijaitsevat yleensä yhdessä jokaisessa solussa, mikä luo itsenäisiä kantaverkkoasemia. Tämä järjestely on suoraviivainen asennusta ja synkronointia varten, mutta siinä on haittapuolena laitteiston moninkertaistuminen eri sijainteihin ja lisääntynyt virrankulutus. Toisaalta C-RAN hyödyntää erilaista lähestymistapaa keräämällä kaikki BBUT keskitetyihin paikkoihin. Tämä prosessointiresurssien jakaminen mahdollistaa operaattoreille tehokkaamman laitteiden käytön. Vuoden 2023 tuoreet tutkimukset osoittavat, että siirtyminen C-RANiin voi vähentää energiakustannuksia noin 28 %. On kuitenkin kompromissi: nämä järjestelmät vaativat vahvoja fronthaul-yhteyksiä, jotka kestävät valtavia datavirtoja, noin 10–20 Gbps verran CPRI-liikennettä edestakaisin etäisissä RRUsissa ja keskitettyjen BBUsien välillä.

Virtualisoidun RAN:n (vRAN) vaikutus RRU:n kehitykseen 5G-verkoissa

Virtualisoitu radiopääverkko (vRAN) -tekniikka muuttaa perusyksikön (BBU) ohjelmaksi, joka toimii tavallisilla kaupallisilla palvelimilla erikoislaitteiden sijaan. Tämä erottaminen tarkoittaa, että operaattorit voivat skaalata resursseja tarpeen mukaan, ottaa käyttöön päivityksiä nopeammin ja välttää kalliiden omien laitteiden kanssa jumiutumista. Kun kyseessä on 5G-verkot, vRAN edistää uusia tapoja jakaa toiminnot, kuten O RAN -standardin FH 7.2 -konfiguraatio. Tällä lähestymistavalla tietyt fyysisen kerroksen prosessit voivat siirtyä lähemmäs etäisintä radiolaitetta (RRU). Otetaan esimerkiksi Verizonin äskettäinen kenttätesti vuonna 2024: he saavuttivat noin 40 prosenttia pienemmän viiveen signaalin siirrossa käyttäessään näitä yhteensopivia RRUs-laitteita, jotka hoitavat käsittelyä eri kerroksissa. Tulokset osoittavat selvästi, kuinka virtualisointi toimii käsi kädessä älykkäiden hajautettujen käsittelyominaisuuksien kanssa.

O RAN -standardit ja niiden vaikutus fronthaulin yhteistoiminnallisuuteen ja avoimuuteen

O RAN -liitto pyrkii luomaan avoimia radioverkkoympäristöjä, joissa erilaiset laitteet toimivat saumattomasti yhdessä. He ovat kehittäneet standardeja, kuten Open Fronthaul (OFH), jotka mahdollistavat eri valmistajien laitteiden yhteensopivuuden. Otetaan esimerkiksi 7.2x-jakorajaus, joka määrittää tarkat säännöt siitä, miltä IQ-data ja ohjausviestit tulisi näyttää, mikä puolestaan mahdollistaa eri valmistajien etäisointiyksiköiden ja taajuusalueyksiköiden sekoittamisen. Viimeisimmän GSMA:n vuoden 2025 raportin mukaan O RAN -yhteensopivilla osilla rakennetut verkot korjasivat ongelmia 92 prosenttia nopeammin, koska niillä oli yhteisiä valvontatyökaluja kaikkialla. Ja tässä on vielä lisää hyviä uutisia. Alustavat testit osoittavat, että kun tekoäly koordinaa RRUs- ja BBUs-yksiköitä, spektritehokkuus nousee 15–20 prosenttia. Nämä luvut korostavat todella, kuinka tärkeää avoimuus ja automaatio ovat nykyaikaisessa telealan maisemassa.

Useiden toimittajien RRU- ja BBU-ratkaisujen yhteistoiminnallisuushaasteet

Haasteet omistautuneen laitteiston ja ohjelmiston vuoksi RRU- ja BBU-ekosysteemeissä

Omalaatuiset rajapinnat ovat edelleen merkittävä este usean toimittajan RAN-rakennuksissa. Yli 62 % operaattoreista ilmoittaa integrointiviiveistä, jotka johtuvat eri toimittajien kesken ristiriitaisista ohjausprotokollista (STL Partners 2025). Vanhat järjestelmät perustuvat usein toimittajakohtaisiin ohjelmistopinoihin, jotka eivät sovi pilvipohjaisiin ja virtualisointiympäristöihin, mikä heikentää 5G- ja O-RAN-järjestelmien lupaamaa joustavuutta.

Laiteyhteensopivuuden varmistaminen valmistajien välillä etujohdotverkoissa

O-RANin avoimien etujohdotmääritelmyjen käyttöönotto vähentää huomattavasti yhteistoiminnallisuusriskiä. Yhteensopivilla laitteilla toteutetut verkot saavuttavat 89 % nopeamman integroinnin verrattuna omalaatuisiin ratkaisuihin. Keskeisiä yhteensopivuustekijöitä ovat:

• Ajoituksen synkronointi ±1,5 μs tarkkuudella
• CPRI/eCPRI-linjanopeuksien yhdenmukaistaminen (9,8 Gbps:sta 24,3 Gbps:iin)
• Jaetun spektrin jakamisalgoritmit

Standardointi takaa saumattomat siirtymät ja johdonmukaisen suorituskyvyn eri toimittajien sivustojen yli.

Tapaus: Epäonnistunut integraatio CPRI-rivinopeuksien epäjohdon vuoksi

Vuonna 2023 esiintyi asennusongelma, jossa 4G-RRU-laitteisto, joka oli konfiguroitu käyttämään CPRI-vaihtoehtoa 8 nopeudella 10,1 Gbps, kytkettiin 5G-valmiiseen BBU:hen, joka todellisuudessa vaati eCPRI:tä 24,3 Gbps:n nopeudella. Mitä sitten tapahtui? Valtaava kaistanleveysyväri noin 58 %, joka johti vakaviin signaalin laatuongelmiin, jotka toistuivat jatkuvasti. Myöhäisemmät analyysit paljastivat, että koko tämä sekasotku olisi voitu estää, jos vain jonkun olisi tarkistanut liitäntöjen yhteensopivuuden ennen asennusta. Standardien mukaisten dokumentaatio-ohjeiden noudattaminen ja asianmukaiset vaatimustenmukaisuustestit olisivat paljastaneet virheen jo varhaisessa vaiheessa. Aika perusasioita oikeastaan, mutta ilmeisesti ne unohdettiin asetuksen aikana.

Parhaat käytännöt RRU:n ja BBU:n yhteensopivuuden varmistamiseksi asennuksen aikana

Rajaprotokollien ja synkronointivaatimusten tarkistus ennen käyttöönottoa

Protokollien yhteensopivuuden ja synkronointiparametrien tarkistaminen on ensisijaista ennen kuin integraatiotyöt alkavat. Insinööreille, jotka työskentelevät näiden asioiden parissa, on erittäin tärkeää tarkistaa, että kaikki ovat samaa mieltä fronthaul-standardien, kuten CPRI:n tai eCPRI:n, suhteen. Heidän on myös varmistettava, että symbolitaajuudet ovat samansuuntaiset, sekä selvitettävä käytössä olevat IQ-pakkausasetukset, mikä on erityisen tärkeää nykyisin yleisissä sekatekniikkaisten 4G- ja 5G-ratkaisujen tilanteissa. Viime vuoden tutkimusten mukaan noin kaksi kolmasosaa kaikista käyttöönottojen viivästyksistä johtuu siitä, ettei kaikkea ole tarkistettu asianmukaisesti etukäteen. Siksi asianmukainen testaus on ehdottoman tärkeää vanhojen radioetäyksiköiden yhdistämisessä uudempiin baseband-yksiköihin. Tilastot todellakin tukevat tätä ja osoittavat huolellisen valmistautumisen ratkaisevan tärkeyden.

Optisten kuitujen laadun ja signaalin eheyden varmistaminen RRU- ja BBU-yhteyksissä

Kuituoptiset yhteydet on suoritettava ITU T G.652 -standardien mukaisesti signaalin eheyden säilyttämiseksi. Keskeisiä vaatimuksia ovat:

• Vaimennus alle 0,25 dB/km kohdassa 1310 nm
• Taivutussäde ei tiukempi kuin 30 mm
• APC/UPC-liittimen heijastavuus alle 55 dB

Kenttätutkimukset osoittavat, että asennuksen aikana epäasianmukainen kuitujen käsittely aiheuttaa 42 % jälkiasennuksen jälkeisistä signaalihäviöistä keskitaajuusalueen 5G-verkoissa, mikä korostaa koulutettujen teknikkojen ja laadunvarmistustarkastusten tärkeyttä.

Standardointistrategiat käyttäen O RAN Alliance -spesifikaatioita usean toimittajan järjestelmiin

O RAN -yhteensopivuuden vaatiminen hallinta-, käyttäjä- ja dataplaneilla vähentää toimittajariippuvuutta 58 % vuoden 2024 interoperabiliteettivertailujen mukaan. Operaattoreiden tulisi valvoa noudattamista seuraavissa kohtais:

• Standardoidut viestimuodot (M-taso, CUS)
• Palvelun hallinta- ja orkesterointi-API:t
• Ajoituksen tarkkuusvaatimukset (±16 ppb 5G itsenäisessä verkossa)

Tällaiset politiikat edistävät pitkän aikavälin joustavuutta, yksinkertaistavat vianetsintää ja tukevat automatisoitua käyttöönottoa.

Yhteensopivuusongelmien seuranta ja vianmääritys käyttöönoton jälkeen

Integroinnin jälkeen on tärkeää seurata useita keskeisiä mittareita. Näitä ovat muun muassa BER eli bittivirhetaso, EVM (Error Vector Magnitude) sekä viivevaihtelu, jonka tulisi pysyä alle 200 nanosekunnissa eCPRI-järjestelmissä toimiessa. Nykyään on saatavilla automatisoituja työkaluja, jotka toimivat 3GPP TR 38.801 -spesifikaation mukaisesti. Useimmat insinöörit pitävät niitä hyödyllisinä, koska ne korjaavat noin kahdeksan kymmenestä funktionaalisesta jakautumisongelmasta jo ensimmäisen päivän aikana. Älä myöskään unohda säännöllisiä tarkastuksia. ETSI EN 302 326 -suosituksia noudattaminen pitää kaiken toimimassa moitteettomasti ajan mittaan. Tämä auttaa järjestelmiä pysymään vakaana ja yhteensopivina, vaikka verkot jatkavatkin kehittymistä ja kasvamista.