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L'unité radio distante, ou RRU en abrégé, joue un rôle essentiel dans les réseaux cellulaires modernes en transformant les signaux numériques provenant de l'unité de bande de base (BBU) en ondes radio réelles que nous pouvons transmettre sans fil. Lorsque les opérateurs déplacent ces composants RF des emplacements centraux pour les installer directement à proximité des antennes, ils réduisent la dégradation du signal le long des longs câbles reliant les salles d'équipement. Cela offre également aux entreprises de télécommunications une bien plus grande liberté lors de la conception de leurs zones de couverture. Quelle est exactement la fonction d'une RRU ? Entre autres choses, elle amplifie les signaux faibles afin qu'ils puissent parcourir de plus grandes distances, filtre le bruit de fond indésirable susceptible d'interférer avec les appels ou les transferts de données, et maintient un signal propre et stable même lors des changements entre différentes plages de fréquences, comme la bande populaire de 700 MHz utilisée pour la couverture rurale ou le spectre plus rapide de 3,5 GHz présent dans les environnements urbains.
Les RRUs fonctionnent conjointement avec les BBUs, qui prennent en charge tout le traitement numérique et la gestion des protocoles. L'ensemble de cette configuration répartit les tâches de manière à ce que la majeure partie du calcul intensif s'effectue dans le BBU, tandis que le RRU gère les tâches liées aux fréquences radio. Ce dispositif réduit considérablement la latence du système, environ de moitié par rapport aux anciens systèmes où tous les composants étaient regroupés dans une seule unité. Un autre avantage est qu'il facilite l'extension du système et rend les réparations moins complexes en cas de panne. En revanche, ces RRUs consomment environ les deux tiers de l'énergie totale utilisée par une station de base. Cela signifie que les concepteurs doivent accorder une attention particulière à la gestion thermique, d'autant plus que ces unités sont souvent installées à l'extérieur, dans toutes sortes de conditions météorologiques.
Les stations de base modernes se composent de trois couches principales :
En plaçant l'unité radio distante (RRU) près de l'antenne, les pertes du câble coaxial — pouvant atteindre 4 dB par 100 mètres à 2,6 GHz — sont considérablement réduites, améliorant ainsi la couverture et l'efficacité énergétique.
Lorsqu'elles gèrent le trafic montant et descendant, les unités radio distantes fonctionnent en convertissant les signaux optiques provenant des connexions fibre en signaux électriques. Ces derniers sont ensuite amplifiés à des niveaux de transmission compris entre 20 et 80 watts avant d'être dirigés vers des réseaux d'antennes pour la formation de faisceaux. Le résultat ? Des configurations MIMO avancées deviennent possibles, ce qui signifie que l'on observe une efficacité spectrale environ trois fois supérieure dans les zones urbaines où l'espace est limité. Selon des mesures sur le terrain, les sites équipés d'URD maintiennent une disponibilité du signal d'environ 98,4 %, bien au-dessus des systèmes centralisés traditionnels qui se situent autour de 89,1 %. Pourquoi cette différence ? Une meilleure qualité de signal combinée à des pertes réduites le long des chemins de transmission fait toute la différence ici.
Lors du choix d'un RRU, il est important de s'assurer qu'il correspond aux bandes sur lesquelles le réseau opère réellement actuellement, qu'il s'agisse des fréquences sub-6 GHz ou des hautes fréquences mmWave utilisées pour le déploiement de la 5G. Le support de l'agrégation de porteuses est désormais pratiquement obligatoire, car de nombreux opérateurs doivent gérer des allocations de spectre fragmentées. Le matériau du substrat du circuit imprimé (PCB) a également son importance. Des matériaux de qualité permettent de maintenir une performance stable sur différentes fréquences. Certains fabricants affirment que leurs substrats optimisés réduisent la fréquence à laquelle les ingénieurs doivent retoucher les réglages lors du déploiement de plusieurs bandes simultanément, parfois de 20 à 40 pour cent. Pour toute personne exploitant des réseaux dans des environnements difficiles, il est judicieux de choisir des unités dotées de solides propriétés diélectriques. Ces composants résistent généralement mieux à la dégradation du signal face aux variations de charge et aux conditions météorologiques extrêmes auxquelles sont inévitablement confrontées les installations en conditions réelles.
Pour maintenir des signaux clairs en cas de pics de trafic, les unités radio distantes hautes performances doivent atteindre au moins 43 dBm sur leur point de compression à 1 dB. Si ce seuil devient trop bas, la distorsion devient un problème réel pendant les périodes chargées. En ce qui concerne la magnitude du vecteur d'erreur, rester en dessous de 3 % est essentiel pour une modulation précise sur différents canaux. Les systèmes dépassant 60 watts dépendent fortement de bonnes solutions de refroidissement, car l'accumulation de chaleur peut réduire la qualité du signal entre 15 % et 30 %. Ce type de dégradation s'accumule rapidement dans des conditions réelles. Les équipements intégrant des amplificateurs ultra bas bruit offrent aux opérateurs un gain de 4 à 6 dB environ sur le rapport signal/bruit, ce qui rend ces LNAs particulièrement précieux là où de nombreux signaux concurrents sont présents, comme dans les centres-villes ou les zones densément peuplées.
Les câbles coaxiaux standard perdent environ un demi-décibel par mètre à des fréquences autour de 3,5 GHz, ce qui rend leur utilisation sur de longues distances assez inefficace dans la plupart des cas. Lorsque nous installons des unités radio distantes plus près des antennes elles-mêmes, cela réduit la quantité de câble nécessaire et peut diminuer d'environ 70 pour cent les problèmes gênants d'intermodulation passive. Pour les bâtiments dont l'équipement est monté sur les toits, l'utilisation de kits de pressurisation devient essentielle, car ils empêchent l'eau de pénétrer à l'intérieur des câbles où elle n'a absolument rien à faire. Une autre solution judicieuse consiste à combiner la fibre optique avec la technologie RRU. Ces systèmes hybrides améliorent considérablement les performances, en maintenant la qualité du signal à environ 98 % même sur des distances atteignant 500 mètres, grâce à ces connexions optiques spéciales à faibles pertes.
Le bon déploiement des RRUs dépend vraiment de la qualité de leur connexion physique et électrique aux antennes. Lorsque les ingénieurs ajustent correctement l'impédance, ils peuvent réduire la puissance réfléchie à moins de 0,5 dB, ce qui permet de maintenir des signaux forts et clairs. De récentes avancées technologiques dans des domaines comme la photonique intégrée et les matériaux spéciaux appelés métamatériaux ont rendu possible la conversion des signaux analogiques en numériques plus rapidement que jamais auparavant — nous parlons désormais de moins de 500 nanosecondes. Une telle rapidité est cruciale pour coordonner les faisceaux en temps réel, une fonction essentielle au bon fonctionnement des réseaux 5G NR. Pour les opérateurs gérant de grands déploiements, ces améliorations font toute la différence lorsqu'il s'agit de maintenir une synchronisation précise entre plusieurs points et d'ajuster dynamiquement les faisceaux en fonction des changements de conditions.
Les unités radio à distance de nouvelle génération sont équipées de configurations 64T64R (c'est-à-dire 64 émetteurs associés à 64 récepteurs), ce qui rend le MIMO massif possible. Cette configuration permet au système d'envoyer des données à plusieurs utilisateurs simultanément, plutôt qu'un par un. Des systèmes intelligents d'apprentissage automatique ajustent ces paramètres de formation de faisceau environ toutes les deux millisecondes, et des tests sur le terrain ont montré que cela peut augmenter le débit des utilisateurs situés en périphérie des cellules d'environ quarante pour cent. En parlant de normes, la 5G exige que l'équipement prenne en charge huit couches de multiplexage spatial. Lorsque toutes ces couches fonctionnent correctement ensemble, on atteint des vitesses potentielles allant jusqu'à dix gigabits par seconde grâce à ces méthodes de transmission coordonnées entre différentes antennes.
Dans les zones urbaines, 60 % des opérateurs déployent des RRU distribués près des antennes afin de minimiser les pertes de câble et la latence. Bien que les configurations centralisées BBU-RRU restent dominantes dans les stades (85 % de part de marché) pour un contrôle coordonné des interférences, les modèles distribués réduisent la latence de 35 % dans les environnements de gratte-ciel en permettant un traitement de signal au niveau de l'edge et en simplifiant les exigences de fronthaul.
Les systèmes d'antennes distribuées, ou DAS pour Distributed Antenna Systems, fonctionnent en déployant plusieurs antennes associées à des unités radio distantes (RRU) afin d'améliorer la couverture du signal dans de grands bâtiments ou des structures complexes. Ces RRU servent de point de connexion principal entre l'unité de bande de base (BBU) et les antennes elles-mêmes. En plaçant ces RRU juste à côté des emplacements des antennes, on réduit considérablement les pertes liées aux câbles coaxiaux. De plus, cette configuration permet différentes architectures réseau, comme une connexion en chaîne ou un schéma en étoile. Ce qui rend tout cela particulièrement intéressant ? C’est qu’il devient possible de créer des réseaux facilement évolutifs tout en maintenant une latence très faible, souvent inférieure à 2 millisecondes. Cette méthode s'est notamment révélée très efficace dans des lieux accueillant de grandes foules en mouvement, par exemple les stades sportifs. En centralisant l'installation des RRU, les ingénieurs parviennent à simplifier nettement le côté fronthaul, réduisant la complexité d’environ moitié selon nos rapports sur le terrain.
Les systèmes DAS améliorés par RRU répondent à d'importants défis urbains :
Ces systèmes distribuent simultanément les signaux 4G et 5G, garantissant une infrastructure prête pour l'avenir. Une étude sur le terrain de 2023 a révélé qu'un DAS basé sur des RRU atteignait une fiabilité du signal de 98,2 % sur un terrain urbain de 5 km², soit 22 % de plus que les macrocellules autonomes.
La consommation d'énergie des RRU 5G augmente d'environ 30 à 40 pour cent par rapport à leurs versions 4G, car elles gèrent des bandes passantes beaucoup plus larges et utilisent de grands réseaux MIMO. Pour assurer un fonctionnement fluide, les fabricants ont commencé à intégrer des systèmes de refroidissement intelligents, tels que des méthodes de refroidissement liquide et des matériaux spéciaux de dissipation thermique, capables de maintenir la température interne en dessous de 45 degrés Celsius même lorsque l'extérieur est extrêmement chaud. Sans une gestion thermique adéquate, la durée de vie de ces unités est nettement réduite dans les zones exposées au soleil toute la journée. Nous avons observé des cas où un mauvais refroidissement divise par deux l'espérance de vie des RRU dans les régions tropicales, ce qui explique pourquoi investir dans de bonnes solutions de refroidissement fait une grande différence, tant en termes de longévité de l'équipement que de fiabilité continue au quotidien.
Les unités radio distantes d'aujourd'hui doivent gérer environ quatre à six bandes de fréquences différentes, couvrant tout, des réseaux LTE jusqu'au 5G New Radio et divers protocoles IoT. Cela permet à plusieurs opérateurs de partager la même infrastructure physique dans les zones urbaines densément peuplées où l'espace est limité. Le résultat ? Une réduction significative de l'encombrement sur les tours, avec une estimation indiquant entre moitié et deux tiers d'installations en moins nécessaires, sans compromettre la qualité du signal, qui reste fiablement forte la plupart du temps. Ce qui rend ces systèmes si précieux, c'est leur approche modulaire. Les opérateurs peuvent simplement insérer des modules radio supplémentaires lorsqu'ils acquièrent de nouvelles licences de spectre, plutôt que de remplacer entièrement des équipements. Cela réduit non seulement les dépenses en capital, mais minimise également les interruptions de service pendant les mises à niveau du réseau.
La technologie de réseau d'accès radio virtuel sépare essentiellement le matériel RRU des composants logiciels propriétaires de bande de base, en transférant une grande partie du traitement vers des plateformes cloud. Ce changement implique pour l'industrie la nécessité de connexions fronthaul standardisées, telles que eCPRI, ainsi que des protocoles de synchronisation très précis afin de répondre aux exigences strictes en matière de latence. Des rapports sur le terrain provenant d'entreprises de télécommunications montrent également des résultats très impressionnants : les réseaux fonctionnant avec des RRU compatibles vRAN ont vu leurs délais de déploiement de services réduits d'environ 40 %, tandis que les coûts de maintenance ont diminué d'environ 35 %. Les principales raisons de ces améliorations ? Des systèmes plus adaptables combinés à des processus automatisés dans toutes les opérations réseau font toute la différence dans le paysage actuel des télécommunications, marqué par son rythme rapide.
Qu'est-ce qu'un RRU ?
Une RRU, ou unité radio distante, est un composant des réseaux de télécommunications qui convertit les signaux numériques provenant de l'unité de bande de base (BBU) en signaux radio pour la transmission.
Pourquoi les RRU sont-elles situées près des antennes ?
Placer les RRU à proximité des antennes réduit les pertes de signal le long des trajets de transmission, ce qui améliore la puissance du signal et l'efficacité de la couverture.
Comment les RRU contribuent-elles à l'efficacité énergétique ?
En étant co-localisées avec les antennes, les RRU réduisent les pertes dans les câbles coaxiaux, diminuant ainsi significativement l'atténuation du signal et améliorant l'efficacité énergétique.
Quelle est la relation entre les RRU et les BBU ?
Les RRU gèrent les tâches liées à la fréquence radio, tandis que les BBU effectuent le traitement numérique et la gestion des protocoles, créant ainsi une architecture système efficace.
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