Mikä tekee BBU:sta yhteensopivan kantoaaltolähetin- ja vastaanotinjärjestelmien kanssa?

BBU:n keskeinen rooli BTS-arkkitehtuurissa ja toiminnallisessa integraatiossa

Kantataajuusprosessoinnin ohjaus: Miten BBU hallinnoi modulaatiota, koodausta ja resurssien allokointia

Base Transceiver Station (BTS) -arkkitehtuurin ytimessä toimii Baseband Unit (BBU), joka hoitaa kaikki olennaiset digitaalisen signaalinkäsittelyn tehtävät. Tarkoituksena on esimerkiksi modulaatiomenetelmien, kanavakoodausmenetelmien ja resurssien dynaamisen allokoinnin hallinta eri kanavien kesken. Lähetettäessä tämä yksikkö muuntaa raakadatavirrat moduloiduiksi symboleiksi käyttäen erilaisia menetelmiä, kuten Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Se lisää myös eteenpäin suuntautuvia virheenkorjauskoodausta suojaamaan tiedon vääristymistä siirron aikana. Oikea taikuus tapahtuu, kun reaaliaikaiset resurssien allokointialgoritmit astuvat kuvaan, jakamalla käytettävissä olevan kaistanleveyden useiden käyttäjien kesken siten, että kukaan ei joudu odottamaan liian kauan tietojensa saapumista, samalla kun varmistetaan spektritilan maksimaalinen hyödyntäminen. Vastaanotossa BBU suorittaa kaikki tarvittavat demodulointi- ja dekoodaustoimet. Tässä vaiheessa tehokkaat prosessorikyvyt ovat erityisen tärkeitä, koska ne vaikuttavat kaikkeen informaation siirtymisnopeuteen (viive) kokonaissiirtonopeuteen (läpäisykyky) sekä siihen, pystyvätkö järjestelmät mukautumaan asianmukaisesti, kun signaalin laatu muuttuu yllättäen.

Arkkitehtoninen kytkentä RF-yksiköihin: Signaalivirta basebandista RF:ään integroiduissa BTS-asennuksissa

Pohjakaistayksiköt (BBU) toimivat tiiviissä yhteistyössä etäisradioyksiköiden (RRU) kanssa standardien kuituyhteyksien kautta, yleensä käyttäen joko CPRI- tai eCPRI-protokollia. Käsitellyt pohjakaistajännitteet siirtyvät digitaalisena tiedostona BBU:sta RRU:hin säilyttäen laadun muuttumattomana siirron aikana. Kun signaalit saapuvat RRU:hun, ne muunnetaan digitaalisesta muodosta analogiseksi ennen niiden vahvistamista radioaaltojen lähetystä varten antenneissa. Toiseen suuntaan mennessä, kun antennit vastaanottavat RF-signaaleja, ne muunnetaan ensin digitaaliseksi muodoksi RRU:n sijainnissa ja lähetetään sen jälkeen takaisin BBU:hen, jossa kaikki dekoodaus tapahtuu. Tämä kaksisuuntainen viestintäreitti vähimmäisviiveellä mahdollistaa tarkan ajoituksen eri komponenttien välillä. Tällainen synkronointi on erittäin tärkeää esimerkiksi koordinaatioparvenmuodostustekniikoille ja massiivisten MIMO-järjestelmien toteuttamiselle verkoissa, jotka levittyvät useiden kantoaaltoverkkopisteiden (BTS) yli.

Standardoidut rajapinnat mahdollistavat BBU–BTS-yhteensopivuuden

CPRI vs eCPRI: Viive, kaistanleveys ja yhteensopivuusvaikutukset BBU–RU-viestinnässä

CPRI-protokolla tarjoaa uskomattoman alhaisen viiveen alle 100 mikrosekuntia, mikä on ehdottoman välttämätöntä aikariippuvaisten fyysisten kerrosten toimintojen kannalta. Mutta siinä on yksi mutka: se vaatii valtavasti etuliityntäkaistaleveyttä noin 24,3 gigabitin sekunnissa antennikantoa kohti. Tämä aiheuttaa vakavia skaalautumisongelmia, kun pyritään käyttämään sitä tiheästi pakatuissa 5G-verkoissa. Toisaalta eCPRI hyödyntää erilaista lähestymistapaa, käyttäen pakettipohjaista Ethernet-teknologiaa yhdessä toiminnallisten jakojen, kuten Split-7.2:n, kanssa. Nämä muutokset vähentävät kaistanleveyden tarvetta noin 60 prosentilla ja silti mahdollistavat osittaisen baseband-yksikön virtualisoinnin menettämättä tärkeiden toimintojen kannalta ratkaisevan tärkeää alle millisekunnin vastausaikaa. On kuitenkin yksi asia: kun operaattorit sekoittavat keskenään CPRI- ja eCPRI-järjestelmiä, heidän on varmistuttava, että kaikki radiolaitteiden firmwaret ovat yhteensopivia. Muussa tapauksessa päätyy konfiguraatioepäjohdonmukaisuuksiin, jotka voivat johtaa viestintäkatkoksien ja verkossa tarjottujen palveluiden heikkenemisen.

3GPP- ja O-RAN-eritelmät: Monitarjoajayhteisöjen BBU-yhteensopivuuden varmistaminen eri BTS-ekosysteemeissä

3GPP:n julkaisu 15 asetti perusstandardit sille, miten laitteet toimivat yhdessä, mukaan lukien alemman tason jaot (kuten Option 2) ja aikasynkronointi, joka voi vaihdella plus- tai miinus 1,5 mikrosekunnin tarkkuudella. Tämä varmistaa, että eri valmistajien tukiasemayksiköt käyttäytyvät yhdenmukaisesti riippumatta siitä, kuka niitä on valmistanut. Tämän jälkeen O-RAN ALLIANCE toi omat lähestymistapansa, luoden avoimia rajapintoja, jotka eivät suosi minkään tietyn yrityksen tuotteita. Heidän Fronthaul-määrittelynsä on hyvä esimerkki tästä, erotellen tehokkaasti laitteiston ohjelmistosta, jotta eri valmistajien tukiasemayksiköt voivat toimia saumattomasti radioiden kanssa millä tahansa BTS-ratkaisulla. Vuoden 2023 teollisuustilastot osoittavat, että suurin osa operaattoreista on nyt siirtynyt näihin O-RAN-ratkaisuihin, noin seitsemän kymmenestä globaalisti. Pääasiallinen syy tähän on halu välttää tilanne, jossa jää ikuisesti kiinni yhden toimittajan laitteisiin. Tämä siirtyminen on myös nopeuttanut eri toimittajien välistä testaamista ja lyhentänyt uusien tuotteiden sertifiointiaikaa.

Toiminnalliset jaot ja RAN-kehitys: Kuinka BBU-vastuut siirtyvät D-RAN-, C-RAN- ja O-RAN-rakenteiden välillä

FH-7.2, FH-8 ja muut jaot: Vaikutus BBU-liitäntöjen vaatimuksiin ja BTS-integraation joustavuuteen

Toiminnalliset jaot – jotka O-RAN Alliance on standardisoinut – määrittelevät uudelleen, missä PHY-tason käsittely tapahtuu, siirtäen vastuita radiolaitteiden (RUs), hajautettujen yksiköiden (DUs) ja keskitettyjen yksiköiden (CUs) välillä. Nämä siirrot vaikuttavat suoraan BBU-liitäntöjen suunnitteluun ja BTS-asennusten joustavuuteen:

• FH-7.2 siirtää osan PHY-funktioista (esim. IQ-pakkaus, FFT/IFFT) radiolaitteeseen (RU), vähentäen fronthaul-bändileveyden tarvetta noin 40 %:lla ja helpottaen pilviratkaisujen (cloud-RAN) käyttöönottoa.
• FH-8 , joka säilyttää täyden PHY-käsittelyn DU:ssa, asettaa tiukempia viivevaatimuksia (<250 µs), mutta tukee edistyneitä ominaisuuksia, kuten massiivisen MIMO:n tiivistämistä.

Näin ollen:

Jokainen jako edellyttää erillisiä laitteistosynkronointimekanismeja ja protokollatukea – mutta yhdessä ne poistavat valmistajakohtaiset rajoitteet ja nopeuttavat 5G-verkon skaalautumista.

Avainominaisuudet BBU:ssa, jotka mahdollistavat BTS-yhteensopivuuden

Pohjayksikön (BBU) yhteensopivuus pohjatukiasemien (BTS) kanssa perustuu viiteen perusominaisuuteen, jotka takaavat saumattoman integraation nykyaikaisiin RAN-arkkitehtuureihin:

• Skaalautuvuus : Dynaaminen käsittelyresurssien allokointi liikennehuippujen ja verkon laajentamisen huomioimiseksi ilman laitteistopäivityksiä – vastaten kehittyviä 5G-kapasiteettitarpeita.
• Korkea käsittelyteho : Jatkuvaa siirtonopeutta jopa 100 Gbps reaaliaikaiseen modulointiin, koodaukseen ja aikataulutukseen – olennaista alhaisen viiveen ja korkealaatuisen signaalinkäsittelyn kannalta.
• Protokollajoustavuus : Natiivi tuki CPRI-, eCPRI- ja O-RAN-fronthaul-standardien ohjelmallisesti määriteltäviin rajapintoihin, mahdollistaen toiminnan heterogeenisissä BTS-ekosysteemeissä.
• Virtualisoinnin tuki : Laitteistosta riippumaton rakenne, joka noudattaa cloud-RAN-periaatteita ja tukee säiliöpohjaisia työmääriä sekä infrastruktuuria-palveluna -malleja, joiden odotetaan kattavan 40 % verkoista vuoteen 2025 mennessä.
• Tietoturva-yhteensopivuus : Sisäänrakennettu salaus, keskinäinen tunnistautuminen ja avaintenhallinta, jotka ovat linjassa 3GPP:n tietoturvarunkojen (esim. TS 33.501) kanssa, varmistaen päästä päähän -luottamus avoimissa RAN-ympäristöissä.

Yhdessä nämä ominaisuudet poistavat omistajuusperusteiset esteet ja tarjoavat johdonmukaista, luotettavaa signaalinkäsittelyä hajautettuihin, keskitettyihin ja hybridiratkaisuihin RAN-rakenteisiin.