Como colaboran de forma eficiente BBU e RRU nas estacións base?

Funcións e responsabilidades da Unidade de Banda Base (BBU) no procesamento de sinais

No corazón das estacións base modernas atópase a Unidade de Banda Base (BBU), que se encarga de todo tipo de traballo crítico de procesamento de sinais. Pensade na modulación e demodulación, corrección de erros, ademais de xestionar protocolos en diferentes capas, incluíndo PDCP, RLC e RRC. Antes de que nada se envíe polas ondas de radio, esta unidade asegura que todo cumpra cos estándares 3GPP que rexen as redes LTE e 5G NR. O que realmente fai destacar ás BBUs é como separan as funcións do plano de control do fluxo real de datos a través do sistema. Cando ocorren cousas como a xestión de traspaso separadamente do fluxo normal de datos, ábrese a posibilidade dunha asignación máis intelixente dos recursos. As redes poden adaptarse sobre a marcha cando o tráfico aumenta ou diminúe inesperadamente, mantendo as operacións funcionando sen problemas incluso durante períodos de uso punta.

Función da Unidade de Radio Remota (RRU) na Conversión RF e Interfaz coa Antena

A Unidade Radio Remota (RRU) está xusto ao lado das antenas, onde transforma esas sinaturas de banda base en ondas de radio reais, como frecuencias de 2,6 GHz ou 3,5 GHz. Esta colocación axuda a reducir a perda de sinatura, que pode ser bastante alta —arredor de 4 dB cada 100 metros— cando se usan cables coaxiais comúns, especialmente nestas bandas de frecuencia máis altas. Que fai exactamente unha RRU? Pois ben, encárgase de converter a información dixital de volta a forma analóxica para enviar datos cara abaixo, amplifica as sinaturas débiles que chegan desde os dispositivos sen engadir demasiado ruído, e traballa con múltiples bandas de frecuencia desde 700 MHz ata 3,8 GHz mediante algo chamado agregación de portadoras. Colocar estas unidades preto das antenas tamén fai que as redes respondan máis rápido. As probas amosan que a latencia diminúe arredor dun 25 % en comparación cos sistemas antigos que dependían deses longos tramos de cable entre as localizacións do equipo.

Fluxo de Traballo Complementario: Como BBU e RRU Permiten a Transmisión de Sinatura de Extremo a Extremo

BBU e RRU traballan xuntos a través de ligazóns de fibra de alta velocidade usando os protocolos CPRI ou eCPRI para formar unha cadea de sinal continua desde o procesamento dixital ata a transmisión inalámbrica.

Esta arquitectura distribuída centraliza as BBU mentres coloca as RRU nos extremos das torres, mellorando a eficiencia espectral nun 32% en entornos urbanos. A separación permite actualizacións independentes e é especialmente beneficiosa na evolución dos ecosistemas O-RAN.

Conectividade de fronthaul baseada en fibra: Ligazón entre BBU e RRU con CPRI e eCPRI

Ligazóns de fibra óptica de alta velocidade na comunicación BBU-RRU

Os cabos de fibra óptica forman a columna vertebral das redes de fronthaul actuais, permitindo un ancho de banda elevado e unha latencia mínima ao conectar BBUs con RRUs. Estes cabos poden manexar velocidades de datos superiores a 25 xigabits por segundo, o que significa que transportan de forma fiabilizable as sinais de radio dixitalizados sen problemas de interferencias electromagnéticas, algo moi importante en áreas urbanas saturadas onde moito equipo está funcionando á vez. O estándar CPRI traballa xunto coa fibra bidireccional para manter a sincronización entre o procesamento de basebanda que ocorre no BBU e o traballo real de RF realizado polo RRU. Esta sincronización axuda a manter unha boa calidade do sinal en todo o sistema desde o inicio ata o final.

CPRI vs. eCPRI: Protocolos para a eficiencia do fronthaul e xestión de ancho de banda

A medida que avanzamos cara ás redes 5G, moitos operadores comezaron a adoptar algo chamado CPRI mellorado ou eCPRI abreviado. O que fai interesante ao eCPRI é como reduce os requisitos de ancho de banda ata dez veces en comparación cos modelos anteriores de CPRI. O CPRI tradicional funciona de forma diferente. Requíre conexións de fibra separadas para cada antena e adhírese ao que se coñece como operacións de Capa 1. Pero aquí está o problema: ao tratar con esas grandes configuracións MIMO que hoxe en día son tan comúns, o CPRI normal non pode escalar axeitadamente. É aquí onde o eCPRI sobresae. Ao cambiar a métodos de transporte baseados en Ethernet, permite que múltiples unidades de radio remotas compartan recursos a través do que se chama multiplexación estatística. O resultado? Un rendemento moito mellor en termos de eficiencia de fronthaul sen todos os custos adicionais de infraestrutura.

Esta evolución reduce os custos de fronthaul en un 30% e apoia despregamentos escalables de ondas milimétricas.

Consideracións de latencia, capacidade e sincronización no deseño de fronthaul

Acertar co tempo é moi importante. Se hai un erro de sincronización maior de 50 nanosegundos, estraga a formación de feixes e todas esas outras funcións baseadas no tempo nas redes 5G. Por iso, as configuracións modernas de fronthaul usan cousas como os estándares IEEE 802.1CM TSN para manter os sinais de control movéndose axeitadamente pola rede. En canto ao volume de datos, a maioría da xente pasou xa aos transceptores de 25G. Estes soportan perda de sinal dun entorno de 1,5 dB por quilómetro, o que supera en case dous terzos os antigos sistemas de 10G. Todas estas melloras significan que aínda podemos acadar tempos de resposta por debaixo dun milisegundo incluso se as unidades de banda base teñan que estar a até 20 quilómetros de distancia das unidades de radio remotas en configuracións de arquitectura central.

Evolución da arquitectura de rede: De D-RAN a C-RAN e vRAN

D-RAN vs. C-RAN: Impacto na implementación de BBU e distribución de RRU

As configuracións tradicionais de RAN Distribuída ou D-RAN teñen cada torre de célula que alberga a súa propia Unidade de Banda Base xunto á Unidade de Radio Remota. Aínda que isto mantén o atraso do sinal por debaixo de 1 milisegundo, significa que moitos equipos duplicados están sentados a maior parte do tempo sen usarse e dificulta bastante compartir recursos entre torres. A nova aproximación Centralizada RAN toma todas esas BBUs e ponllas xuntas en localizacións centrais ligadas a través de cables de fibra óptica aos RRUs en diferentes sitios. De acordo con investigacións do sector de Dell'Oro no seu informe de 2023, este cambio pode reducir as despesas operativas entre un 17% e case preto dun 25%. Ademais, os operadores de redes gañan a capacidade de mover potencia de procesamento onde máis se necesita segundo cambian os patróns de tráfico ao longo do día.

Conxuntos Centrais de BBU en C-RAN para mellorar o compartimento de recursos e a eficiencia

Ao agrupar BBUs en instalacións centralizadas, os operadores poden xestionar centos de RRUs desde unha única localización. Os beneficios inclúen:

• Consolidación de hardware : Un despregue de 24 celas require un 83% menos de chasis BBU que as configuracións equivalentes de D-RAN
• Optimización enerxética : O equilibrio de carga reduce o consumo de enerxía da estación base en un 35% (estudo de caso de Ericsson, 2022)
• Coordinación avanzada : Posibilita técnicas como a multipoint coordinada (CoMP) para un formado de feixe eficiente en onda milimétrica 5G

RAN virtualizada (vRAN): Evolución das funcións BBU cara ao procesamento baseado en nube

a vRAN desacopla o procesamento de banda base do hardware propietario, executando funcións de BBU virtualizado (vBBU) en servidores en nube comerciais estándar. Este cambio trae consigo:

1. Escalabilidade flexible : Os recursos de procesamento escálanse dinamicamente segundo os patróns de tráfico
2. Integración de bordo : O 67% dos operadores implementan vBBUs xunto con nodos de Computación de Bordo Multiacceso (MEC) para minimizar a latencia (Nokia 2023)
3. Desafíos de interoperabilidade : Alcanzar a sincronización sub-700 μs require hardware de aceleración especializado a pesar da diversidade de fornecedores

A evolución desde D-RAN a C-RAN e vRAN salienta como a centralización e a virtualización melloran a eficiencia, escalabilidade e rentabilidade da rede.

O-RAN e Divisións Funcionais: Redefinindo a Colaboración entre BBU e RRU

Normas do Alianza O-RAN e Requisitos de Interfaces Abertos para BBU e RRU

A Alianza O-RAN está impulsando deseños de redes de acceso radio máis abertas e compatibles ao establecer normas para que as unidades de banda base (BBU) e as unidades de radio remotas (RRU) se comuniquen entre si. O que isto significa realmente é que os operadores poden combinar equipos de diferentes fornecedores en vez de estar encerrados nun só ecosistema dun provedor. A alianza creou varias formas de dividir as funcións entre estes compoñentes, como a Opción 7.2x. Nesta configuración, aspectos como as capas RLC e MAC realizan o seu traballo na BBU, mentres que as tarefas de nivel inferior da capa física e o procesamento RF teñen lugar no extremo da RRU. Un artigo publicado o ano pasado en Applied Sciences descubriu que esta configuración concreta mantén os atrasos do fronthaul por debaixo dos 250 microsegundos, o cal é bastante impresionante tendo en conta o quanta sensibilidade teñen as redes inalámbricas aos problemas de temporización. Por suposto, tamén hai unha compensación aquí. Aínda que dispor de normas abertas ofrece máis opcións á hora de mercar equipos, tamén require unha mellor coordinación entre todas as partes diferentes para asegurar que todo funcione harmoniosamente sen afectar o rendemento xeral.

Opcións de División Funcional (por exemplo, División 7-2x) en Arquitecturas O-RAN

O estándar Split 7.2x funciona dividindo as tarefas de procesamento entre diferentes compoñentes usando dúas aproximacións principais. Coa Categoría A, a maior parte do traballo realízase no lado da BBU, o que simplifica as RRUs pero xera máis tráfico na conexión de front haul. Pola contra, a Categoría B despraza esas tarefas de procesamento ata a propia RRU. Esta configuración ofrece un mellor rendemento ao tratar con sinais que chegan dos usuarios, aínda que iso fai que o hardware sexa máis complicado. De acordo con recentes informes do sector, arredor de dous terzos dos operadores de redes optaron pola Categoría B para as súas implementacións masivas de MIMO porque obtén un control moito mellor sobre a interferencia de sinais. O mundo da tecnoloxía segue evolucionando tamén. Tómese por exemplo o proxecto ULPI de 2023. Este novo desenvolvemento ten estado reorganizando certas funcións de ecualización dentro da arquitectura do sistema para obter aínda máis ganancias de rendemento en xeral. Este tipo de melloras son exactamente as que os documentos dos grupos de traballo de O-RAN teñen destacado ultimamente.

Equilibrar a interoperabilidade e o rendemento nas implementacións de Open RAN

O-RAN sí que aporta un potencial de aforro de diñeiro ao longo do tempo e permite traballar con diferentes fornecedores, pero conseguir que funcione tan ben como os sistemas RAN integrados tradicionais aínda é difícil. O problema redúcese ás diferenzas entre o que ofrecen varios fabricantes en termos de capacidades de aceleración por hardware e o grao de madurez real dos seus softwares. Isto crea problemas reais á hora de alcanzar métricas importantes como o rendemento de transmisión de datos e o consumo de enerxía. Cando as empresas instalan grupos centralizados de BBU, tamén necesitan conexións extremadamente fiabres na parte frontal, algo que require manter o xitter por debaixo de uns 100 nanosegundos segundo os estándares do sector. A maioría dos expertos suxiren comezar con precaución, quizais iniciando con algúns lugares de menor risco nas cidades onde os problemas non causen interrupcións importantes. Este enfoque permite aos operadores probar se todo funciona correctamente en conxunto e satisfai as expectativas antes de comprometerse totalmente en áreas máis grandes.