Mitä tulisi huomioida valittaessa kantataajuusyksikköä 5G-verkoissa

Ymmärrä pohjayksikön rooli 5G-yhteensopivuudessa

Miten 5G-yhteensopivuus muokkaa pohjayksikön valintaa

Siirtyminen 5G-verkkoihin tarkoittaa, että operaattoreiden on käytettävä baseband-yksiköitä (BBU), jotka pystyvät käsittelemään useita radioaccess-teknologioita, mukaan lukien 3G, 4G ja nyt myös 5G, kaikki samalla alustalla. Viimeisimpien vuoden 2025 teollisuusraporttien mukaan eri alueilla 5G:n käyttöönotosta monitilaiset ominaisuudet auttavat vähentämään päällekkäistä laitteistoa ja helpottavat verkon kasvua ajan myötä ilman merkittäviä uudelleenrakennuksia. Nykyisten BBU:iden edessä on kuitenkin suuri haaste. Niiden on hallittava huomattavasti laajempia kanavia kuin aiemmin, joskus jopa 400 MHz:n kaistanleveydellä. Lisäksi niiden on toimittava suurten MIMO-järjestelmien kanssa, jotka voivat sisältää 64–256 antennia. Kaikki tämä johtaa noin kymmenkertaiseen laskentatehon tarpeeseen verrattuna 4G-teknologiaan liittyneeseen tarpeeseen.

Baseband-yksikön (BBU) keskeiset komponentit, jotka mahdollistavat 5G-tuen

Ovat olennaisia komponentteja:

• Moniydinprosessorit realtiaikaisia signaalin modulointi- ja demodulointitoimintoja varten
• eCPRI-liitäntöjä tukee fronthaul-tietonopeuksia jopa 25 Gbps
• Pilvipohjaiset ohjelmistopinot mahdollistaa verkkoviipaloinnin ja viiveen optimoinnin

Nämä toimivat yhdessä täyttääkseen 5G-verkon 1 ms viivekohdan ja tukeakseen erittäin luotettavaa, alhaisen viiveen viestintää (URLLC). Edistyneemmät BBUn laitteet integroivat tekoälyohjatun virheenkorjauksen, mikä vähentää signaalivääristymää jopa 52 % korkean häiriötason ympäristöissä.

Pohjataajuusyksikön funktionaalijako ja sen vaikutus verkon suorituskykyyn

Se, miten 3GPP jakaa toiminnot eri arkkitehtuurien kesken (niiden kutsuvat niitä Vaihtoehdoiksi 2–8), päättää käytännössä, missä suurin osa käsittelystä tapahtuu näiden keskitettyjen yksiköiden ja reunalla olevien yksiköiden välillä. Ota esimerkiksi Jako 7. Tämä erityisjärjestely siirtää osan fyysisen kerroksen työstä etäisille radiolaitteille, mikä todella vähentää tarvittavaa fronthaul-kaistaleveyttä noin 60 prosentilla. Mutta tässä on myös hankaluus. Järjestelmä vaatii nyt paljon tarkempaa aikakohdistusta, noin plus miinus 130 nanosekunnin tarkkuudella. Tämä on erityisen tärkeää millimetriaalto-5G-verkkojen asennuksessa suurissa kaupungeissa, joissa on runsaasti rakennuksia ja infrastruktuuria.

Arvioi asennusarkkitehtuureja: D-RAN, C-RAN ja Open RAN

Hajautettu vs. keskitetty RAN: Vaikutukset baseband-yksiköiden sijoitukseen

Siirtyminen hajautetusta RAN:sta (D-RAN) keskitettyyn RAN:iin (C-RAN) muuttaa perustavanlaatuisesti tapaa, jolla kantataajuusyksiköt käsittelevät signaalinkäsittelytehtäviä. Perinteisissä D-RAN-rakenteissa jokainen soluasema sisältää oman BBU-laitteistonsa, mikä tarkoittaa, että operaattorit kohtaavat huomattavasti lisääntyneen huoltotyön ja suuremmat sähkönkulutuskustannukset. Tilanne näyttää erilaiselta siirryttäessä C-RAN-arkkitehtuuriin. Keskitämällä BBU:t keskeisiin paikkoihin verkon tarjoajat voivat vähentää sivustojen huoltotarvetta noin 40 prosenttia viime vuoden Dell'Oron tutkimuksen mukaan. Lisäksi tämä rakenne mahdollistaa älykkäämmän resurssien jakelun eri radioiden välillä verkossa. Mitä tämä tarkoittaa laitteistovaatimuksille? Nykyaikaisten BBU:iden on pystyttävä tukemaan erittäin nopeita fronthaul-yhteyksiä, joiden viive on alle 2 millisekuntia, ja niissä on oltava reuna-laskentatoimintoja, jotta ne pysyvät mukana nykyisten vaativien 5G-palveluiden odotusten tahdissa.

Avoin RAN ja yhteistoimivuus: Joustavien kantataajuusratkaisujen tulevaisuus

Open RAN -ratkaisun ansiosta eri toimittajien on mahdollista toimia yhdessä standardoitten liitäntöjen avulla, kuten O-RANin Open Fronthaul -spesifikaatiossa näkyy. Joidenkin viimeaikaisten soveltavan tieteen aloilla tehtyjen tutkimusten mukaan verkkotoimijat, jotka käyttävät avoimia RAN-tukiasemayksiköitä (BBU), saavat uudet ominaisuudet käyttöön noin 30 prosenttia nopeammin kuin ne, jotka jäävät kiinni suljettuihin järjestelmiin. Jotta tämä joustavuus toimisi kuitenkin todella, nämä BBU:t täytyy olla yhteensopivia tietyjen 3GPP-standardien jakojen kanssa, mukaan lukien vaihtoehdot 7-2x tai 8. Myös varhaiset käyttäjät suosivat tällä alueella – noin kaksi kolmasosaa heistä valitsee O-DU:n ja O-CU:n toiminnot yhdistämällä ne samaan fyysiseen yksikköön erillään pitämisen sijaan.

Arvioi hallinta-, automaatio- ja hallintokapasiteetteja

Hallintatasan vankkuus tukiasemayksikön arkkitehtuurissa

BBUn ohjaustasoella on erittäin tärkeä rooli silloin, kun halutaan pitää asiat toimimassa sujuvasti teollisissa IoT-järjestelmissä ja itseohjautuvissa järjestelmissä esiintyvissä viiveherkissä 5G-sovelluksissa. Kun verkot kuormittuvat huippukuormitusaikoina, tämän komponentin on pystyttävä käsittämään kaikki merkinnät liikenne asianmukaisesti ja priorisoimaan tarvittaessa. Useimmissa nykyaikaisissa järjestelmissä on nyt erityisiä laitteistokiihdyttimiä yhdessä vankkojen virheenkorjausmenetelmien kanssa, jotta kaikki toimii tarkoitetulla tavalla. Katsottaessa todellista kenttätietoa, hajautetut ohjausratkaisut vähensivät pakettihäviötä noin 37 % verrattuna vanhempiin keskitettyihin malleihin. Tällainen parannus on erittäin merkittävä sovelluksissa, joissa jo pienetkin viiveet voivat aiheuttaa vakavia ongelmia tai turvallisuusriskin.

Automaatio- ja orkesterointiominaisuudet älykkääseen BBU-hallintaan

Nykyiset kantataajuusyksiköt luottavat automatisoituun järjestelmään, joka säätää resursseja liikenteen mukaan hetkellisesti. Tämä ominaisuus on erittäin tärkeä 5G-verkon viipaloinnin toiminnan kannalta. Näihin järjestelmiin sisällytetyt orkestrointialustat käyttävät tekoälyä ennakoimaan verkkojen ruuhkautumisen ja ohjaamaan tietoa uudelleen ennen kuin ongelmia esiintyy. Viimeaikaisten tutkimusten mukaan tämä älykäs reititys vähentää noin puoleen tarvetta manuaalisille korjauksille. Lisäksi samat alustat hoitavat firmware-päivitykset ja muut konfiguraatiomuutokset huomattavasti sujuvammin kuin vanhat menetelmät. Ne pitävät kaiken yhteensopivana uusimpien 3GPP-määritysten kanssa aiheuttamatta merkittäviä häiriöitä asiakkaiden arkipäivän palveluihin.

Takaava skaalautuvuus ja tulevaisuudenvarmistus kantataajuusyksikön suunnittelussa

Modernien 5G-verkkojen tapauksessa pohjakaistayksiköiden (BBU) on suoriuduttava hyvin jo ensimmäisestä päivästä alkaen, mutta niiden on myös pystyttävä mukautumaan ajan mittaan. Teollisuus on viime aikoina todella kääntynyt skaalautuvien ja modulaaristen ratkaisujen puoleen, koska ne toimivat erinomaisesti eri teknologiasukupolvien yli. Vuonna 2024 julkaistu tutkimus osoitti jotain melko mielenkiintoista – järjestelmät, jotka on rakennettu vaihdettavista osista, saattavat vähentää kokonaiskustannuksia noin 30 % verrattuna niihin, joiden komponentit ovat kiinteät. Myös useimmat suuret laitevalmistajat ovat liittymässä tähän trendiin. He myyvät näitä modulaarisia BBU-kehikkoja, jotka mahdollistavat operaattoreille vaiheittaiset päivitykset. Ajattele esimerkiksi virtualisoitujen verkkofunktioiden (VNF) lisäämistä tai vanhempien prosessorien vaihtamista ilman, että kaikki pitää purkaa ja aloittaa alusta.

4G:stä 5G:hen siirtymisessä sopeutuvat BBU-suunnittelut minimoivat palveluhäiriöt säilyttämällä takaisin yhteensopivuuden. Virtualisoidut RAN-arkkitehtuurit (vRAN) mahdollistavat esimerkiksi ohjelmallisesti määritettävät päivitykset 5G New Radio (NR) -tekniikkaan samalla kun vanhempi LTE-yhteys säilyy, mikä välttää kalliit 'poista-ja-asenna'-päivitykset, jotka aiheuttivat 42 % vuoden 2023 käyttöönottoviiveistä.

Järjestelmien valmistelu tulevaisuutta varten perustuu juuri näihin saumattomiin päivitysmenetelmiin, joissa ohjelmisto päivitetään samalla kun suoritetaan tavallisia huoltotarkastuksia, eikä kenenkään tarvitse edes huomata katkosta. Uudemmat kantataajuusyksiköt hallitsevat tämän tempun varavoimalähteillä, erillisillä ohjaus- ja datapoluilla sekä automaattisilla palautusjärjestelmillä virhetilanteissa. Otetaan esimerkiksi suuri eurooppalainen teleoperaattori, joka onnistui pitämään verkkonsa käynnissä lähes virheettömässä 99,999 %:n saatavuudessa vaiheittaisen 5G-jakelun aikana. He käyttivät erityisiä pilvipohjaisia hallintaplatfoormeja, jotka koordinoivat kaikki eri paikoissa tapahtuvat päivitykset samanaikaisesti. Ei siitä huono suoritus ottaen huomioon, kuinka monimutkaisiksi nykyaikaiset verkot ovat muuttuneet.

Analysoi prosessoriteknologiaa ja kustannustehokkuutta

BBU-prosessorivaihtoehdot: GPP, DSP ja SoC -vaihtoehtojen kompromissit

BBU:n suorituskyky riippuu paljolti prosessorin valinnasta, ja 5G-verkkojen yhteydessä käytetään kolmea päätyyppiä:

Yleiskäyttöiset prosessorit (GPP:t) mahdollistavat nopeat ohjelmistopäivitykset, mutta kuluttavat 38 % enemmän virtaa kuin digitaalisignaaliprosessorit (DSP:t) suorittaessaan säteensuuntaustehtäviä (2024 Mobile Networks Report). Järjestelmäpiiriratkaisut (SoC) tarjoavat tasapainoisen lähestymistavan, tuoden 12 TeraOPSia/mm² massiivista MIMO-käsittelyä varten ja vähentäen fyysistä tilantarvetta 60 % verrattuna erillisiin toteutuksiin.

Tekoäly ja koneoppiminen kantataajussignaalin käsittelyssä

Tekoälyllä tehostetut BBUn yksiköt optimoivat resurssien allokointia, vähentäen viiveitä 53 % dynaamisissa liikenneoloissa. Koneoppimismallit ennustavat ruuhkautumista 89 %:n tarkkuudella, mahdollistaen ennakoivan kuorman jakamisen virtualisoidun BBU-joukon kesken.

Kokonaisomistuskustannukset: Suorituskyvyn, innovaation ja budjetin tasapainottaminen

Premium-prosessorit tulevat ehdottomasti kalliimmalla etukäteishinnalla, ja niiden hinta on tavallisesti 50–70 prosenttia korkeampi kuin standardivaihtoehtojen. Niiden harkitsemisen kannalta merkityksellistä on kuitenkin niiden vaikuttava energiatehokkuus, joka voi säästää noin kahdeksan dollaria ja kaksikymmentä senttiä jokaista vuodessa suurissa toiminnoissa. Pohjataajuusyksiköiden modulaarinen rakenne on myös muuttanut pelikenttää. Nämä järjestelmät kestävät missä tahansa kahdeksasta kymmeneen vuoteen, koska niihin voidaan päivittää kentällä FPGA-moduulien kautta sekä säännöllisten ohjelmistoradio-päivitysten avulla. Deloitten vuonna 2023 julkaiseman tutkimuksen mukaan teleoperaattorit saavat itse asiassa investointinsa takaisin noin 22 prosenttia nopeammin, kun he ajoittavat laitteenvaihdot 3GPP:n spesifikaatioiden julkaisuihin satunnaisien väliaikojen sijaan.

UKK-osio

Mikä on pohjataajuusyksikön (BBU) rooli 5G-verkoissa?

Pohjataajuusyksikkö (BBU) 5G-verkoissa vastaa useiden radiopääsytekniikoiden, kuten 3G:n, 4G:n ja 5G:n, käsittelystä yhdellä alustalla. Se hallinnoi leveitä kaistaleveyskanavia ja tukee massiivisia MIMO-ratkaisuja, mikä edellyttää merkittävää laskentatehoa.

Miten siirtyminen C-RAN:iin vaikuttaa pohjataajuusyksiköihin?

Siirtyminen keskitettyyn RAN:iin (C-RAN) keskitää pohjataajuusyksiköt, mikä vähentää huoltokustannuksia ja virrankulutusta. Se mahdollistaa älykkäämmän resurssien jakelun, jolloin pohjataajuusyksiköiden on pystyttävä käsittelemään erittäin nopeita fronthaul-yhteyksiä ja reuna-laskentaa optimaalisen 5G-palvelun toimittamiseksi.

Mitä etuja avoimilla RAN-pohjataajuusyksiköillä on?

Avoimet RAN-pohjataajuusyksiköt mahdollistavat eri valmistajien yhteistyön standardoitujen rajapintojen kautta, mikä nopeuttaa ominaisuuksien käyttöönottoa verrattuna suljettuihin järjestelmiin. Nämä yksiköt täytyy olla yhteensopivia tiettyjen 3GPP-standardien osien kanssa.

Miten prosessorin valinta vaikuttaa BBU:n suorituskykyyn?

BBU:n suorituskyky vaihtelee huomattavasti prosessorin valinnan mukaan, ja erilaisilla vaihtoehdoilla, kuten yleiskäyttöisillä prosessoreilla (GPP), digitaalisilla signaaliprosessoreilla (DSP) ja järjestelmäpiireillä (SoC), on erilaisia vahvuuksia, rajoituksia ja virrankulutustehokkuuksia.