Hogyan válasszon megfelelő RRU-t kommunikációs toronyhoz?

Az RRU szerepének megértése a modern rádióelérési hálózatokban

Távoli rádiómodul (RRU) funkciója a modern RAN-ban

A távvezérelt rádióegységek, más néven RRUs-ek, alapvető kapcsolatot jelentenek a digitális bázissáv-feldolgozás és a tényleges rádiófrekvenciás adás között a rádióelérési hálózatokban. Ezek az eszközök digitális jeleket fogadnak a bázisáramkörből, és rádióhullámokká alakítják őket, amelyek aztán levegőn keresztül terjedhetnek. Ugyanígy működnek visszafelé is a felhasználók telefonjaiból érkező jelek esetében. Amikor az antennák közelébe helyezik őket, az RRUs-ek kb. 4 dB-es csillapítási veszteséget spórolnak meg 100 méterenként 2,6 GHz-es frekvenciánál. Egy 2023-as Ponemon-kutatás szerint ez az elrendezés kb. 22%-kal javítja a jelminőséget az olyan központosított rendszerekhez képest, ahol minden egy helyen található. A vezető gyártók jelenleg már kifinomult DAC/ADC-átalakítókat építenek be az RRUs-ekbe, jó szűrőrendszerekkel együtt. Ez lehetővé teszi több frekvenciasáv egyidejű kezelését, miközben a késleltetés 70 nanoszekundum alatt marad, ami különösen fontos a gyors 5G-alkalmazások számára.

Bázisállomás fő alkotóelemei: Az RRU szerepe

A modern bázisállomások három fő elemből állnak:

• Antenna tömb : Elektromágneses hullámok kibocsátását/fogadását kezeli
• RRU : Rádiófrekvenciás jeleket dolgoz fel (fel/le konverzió, erősítés) az antenna helyszínén
• BBU : Kezeli a protokollvermeket, hibajavítást és hálózati biztonságot

Ez az elosztott architektúra 18–35%-kal csökkenti az energiafogyasztást a hagyományos makroállomásokhoz képest, ahogyan azt a 2024-es RAN energiatakarékossági tesztek dokumentálták. Az RRU kültéri kivitelű háza lehetővé teszi telepítését 1–5 méteres távolságon belül az antennáktól, ami szükségszerű a milliméterhullámú frekvenciák esetében, ahol az atmoszferikus csillapítás meghaladja a 15 dB/km-t.

Alapsáv egység (BBU) és RRU elválasztása: Architektonikus fejlődés

A BBU-RRU szétválasztás alapvető változást jelent az integrált bázisállomásoktól, lehetővé téve:

A BBUs-egységek biztonságos létesítményekben történő központosításával és az RRUs-egységek adótoronkénti elosztásával a szolgáltatók 92%-kal gyorsabb terepi frissítéseket érhetnek el szoftveralapú rádióátalakításon keresztül. A legutóbbi C-RAN megvalósítások bemutatják, hogyan támogatja ez az elválasztás a dinamikus terheléselosztást 64–256 RRU-ig egyetlen BBU-csoporton belül, optimalizálva ezzel a spektrális hatékonyságot sűrűn lakott városi környezetekben.

RRU alapvető funkciói és jelfeldolgozási képességei

Le- és felfelé irányuló jelfeldolgozás az RRU-ban

A távoli rádióegységek (RRU-k) mindkét irányú jelfeldolgozást végrehajtanak, ami különösen fontos a modern RAN-rendszerek működéséhez napjainkban. Amikor az adatokat a hálózatból lefelé küldik, ezek az egységek a BBU-tól érkező digitális jeleket veszik át, és szofisztikált modulációs módszerekkel tényleges rádióhullámmá alakítják őket. Amikor pedig az adatok visszafelé haladnak, akkor ezt a folyamatot fordítva hajtják végre: a rádiófrekvenciás jeleket fogadják, és digitális formává konvertálják, hogy a BBU megfelelően értelmezni tudja azokat. Az a tény, hogy az RRU-k egyszerre képesek mindkét irányú műveletre, lehetővé teszi a rendkívül gyors kommunikációs sebességet, majdnem nulla késleltetéssel. A hibaszázalék is nagyon alacsonyan marad, a legtöbb 5G rendszerben körülbelül 0,001% vagy még kevesebb. Ez segít fenntartani a szinkronizációt akkor is, ha több ezer eszköz csatlakozik egyszerre, anélkül, hogy komolyabb minőségi problémák lépnének fel a szolgáltatásban.

RF Előtéri Funkciók: DAC, ADC, Felfelé/Lefelé Konverzió, Szűrés

A RRU RF front-end négy alapvető komponensre épül:

1. Digitális-analog konverterek (DAC) : Digitális I/Q-jeleket analóg hullámformákba alakítjuk át
2. Analog-digitális konverterek (ADC) : Beérkező analóg jelek rögzítése digitális feldolgozás céljából
3. Frekvenciaátalakítók : Alapsáv és hordozófrekvenciák közötti váltási jelek
4. Átjáró szűrők : Távolítsuk el a sávon kívüli zavarokat, miközben megőrizzük a jel integritását

Ezek a komponensek együtt dolgoznak, hogy elérjék a 8,2 bps/Hz-es spektrumhatékonyságot a jelenlegi több technológiájú RAN-felhasználásokban, és 37%-kal jobban teljesítenek a régebbi rendszereknél a valós teljesítményvizsgálatokban.

A teljesítményerősítő (PA) és a alacsony zajszintű erősítő (LNA) teljesítmény

A modern RRU-k nagy hatékonyságú PA-kat (9094% DC-RF konverziós hatékonyság) és ultraérzékeny LNA-kat (zajszámok < 1,2 dB) integrálnak az 5G igényes kapcsolat-költségvetéseinek kielégítése érdekében. Ez a kombináció támogatja:

• 64T64R tömeges MIMO konfigurációk 200W teljes kimenőerősséggel
• 160MHz-es csatorna sávszélesség kezelése FR1 spektrumban
• -110 dBm-es érzékenységű vevő a gyenge jel megbízható észlelésére

A hőkezelési innovációk, mint például a folyékony hűtőanyagok és a fázisváltó anyagok biztosítják a stabil működést a környezeti hőmérsékletben -40 °C és +55 °C között.

A RRU-knak a D-RAN és a C-RAN telepítésekben rejlő architektonikai előnyei

A RAN-ek és a RRU-k közötti kapcsolatok

A távoli rádióegységek, amelyeket RRU-knek hívunk, alapvetően rugalmasabbá teszik a RAN-architektúrákat, mert elválasztják a rádiófunkciókat attól, ahol az alapsáv feldolgozás történik. A RAN-rendszerek esetében ezek az egységek közvetlenül az antennák mellett helyezkednek el, ami segít a hangjelzések erős maradásában, ahelyett, hogy gyengülnének a koaxális kábeleken keresztül. A központosított RAN beállítások esetében az RRU-k még mindig közel vannak az antennához, de most fiber optikai vezetékek révén kapcsolódnak a központi feldolgozóegységekhez. Ez a beállítás a fizikai terek igényét mintegy 40 százalékkal csökkentheti a múlt évi egyes iparági jelentések szerint. Legyen szó akár D-RAN vagy C-RAN konfigurációkról, ezek a távoli egységek kulcsszerepet játszanak a jó jelminőség fenntartásában, miközben a hálózatok eléggé alkalmazkodóvá válnak ahhoz, hogy kezeljék a jövőben bekövetkező változásokat.

A RRU-k elhelyezésével történő táplálófolyadékveszteség csökkentése és az energiahatékonyság javítása

Ha a távoli rádiós egységeket antennákhoz közel helyezik el, az előadórendszer-veszteségek 90%-kal csökkennek az előző konfigurációkkal összehasonlítva, ami valódi különbséget jelent az általános energiahatékonyság szempontjából. A rövidebb kábelek miatt kevesebb RF energiát pazarolnak el. Ahelyett, hogy 15-20%-os teljes energiát veszítenénk a hosszú futások során, most már 5%-nál kisebb energiát veszítünk, különösen, ha magasabb frekvenciájú jelzésekkel dolgozunk. Egy másik előnye a csökkent hűtőkövetelmények, mivel ezek a RRU-k valójában jól működnek a szabadban, anélkül, hogy fantasztikus hőmérséklet-szabályozott kabinákra lenne szükségük. A terepmérnökök szerint ez a rendszer csökkenti a karbantartási gondokat a forró nyári hónapokban, amikor a légkondicionáló rendszerek egyébként nehezen tudnának lépést tartani.

A virtualizált RAN környezetekben a skálázhatóság és a telepítés rugalmassága

A mai távközlési egységek (RRUs) jól működnek a felhőn alapuló beállításokkal az eCPRI-hez hasonló szabványoknak köszönhetően. Ez lehetővé teszi a különböző beszállító-hálózatok közötti erőforrások dinamikus összekapcsolását. Az egységek moduláris jellege lehetővé teszi, hogy az üzemeltetők lépésről lépésre növelhessék a kapacitást, anélkül, hogy a toronystruktúrákat módosítaniuk kellene, ami nagyon fontos az 5G mMIMO-képességek bővítése és a hordozóaggregáció végrehajtása során. A virtualizált RAN vagy vRAN megoldásokon, amelyek RRU-kat tartalmaznak, az iparági tesztek azt mutatják, hogy a régi iskolai rendszereknél 30%-kal gyorsabban indítják el a szolgáltatásokat.

A több nemzedéki hálózatok frekvenciatermelése és technológiai támogatása

Frekvenciasáv-kompatibilitás és spektrális hatékonyság szempontjai

A legújabb távközlési egységek körülbelül 30 százalékkal jobb spektrumhatékonyságot kínálnak az idősebb rendszerekhez képest, mivel 600 MHz-től 6 GHz-ig terjedő frekvencián dolgoznak. Ez a széles választék azt jelenti, hogy a hálózati üzemeltetők továbbra is felhasználhatják a már meglévő spektrumforrásokat, miközben az 5G új rádiótechnológiához haladnak. A szélessávú RRU-kban több külön frekvenciasáv egyesül egy hardverre. Ez csökkenti a berendezések terjeszkedését a cellák telephelyén, és mintegy 19%-kal kevesebb energiát fogyaszt egy ágazatban, a Wireless Infrastructure Journalban tavaly közzétett kutatások szerint.

Többsávú és többtechnológiai támogatás (2G/3G/4G/5G) a RRU-ban

A vezető RRU-k jelenleg egyidejűleg dolgozzák fel a GSM (2G), UMTS (3G), LTE (4G) és 5G NR jeleket szoftvermeghatározott rádió (SDR) architektúrák segítségével. Ez a visszamenőleges kompatibilitás megszünteti a párhuzamos rádióláncok szükségességét, amint az az alábbi táblázatban látható:

Jövőbiztos hálózatok: skálázhatóság sávok és szolgáltatók között

A moduláris RRU-tervezések lehetővé teszik a szolgáltatók számára, hogy távoli szoftverfrissítésekkel aktiválják az új frekvenciasávokat, csökkentve ezzel a toronylátogatások számát 62%-kal ( Mobilhálózati Szolgáltatói Felmérés 2024 ). A legújabb modellekben megtalálható többszolgáltatós spektrum-megosztási képesség dinamikusan osztja ki a kevésbé használt sávokat, felgyorsítva a 5G bevezetését 89%-kal többszolgáltatós környezetekben.

Haladó antennák integrációja: MIMO és sugárformálás előkészítése

MIMO és sugárformálás támogatása fejlett RRU-tervezések révén

A legújabb rádiós távvezérlő egységek (RRU-k) lehetővé teszik a Masszív MIMO-t beépített adaptív sugárformáló technológiájuknak és több antennás kialakításuknak köszönhetően. Ezek az egységek azokkal a nagy, 64 adó- és 64 vevőtömbbel működnek együtt, hogy ténylegesen oda irányítsák a jeleket, ahová szükség van rájuk, így növelve az adatátviteli kapacitást ugyanazon frekvenciatartományban az előző generációs berendezésekhez képest. A tavaly elvégzett néhány teszt is meglehetősen lenyűgöző eredményeket mutatott. Azok a hálózatok, amelyek ezen fejlett RRU-kat használtak nyolcrétű jelválasztással, igen zsúfolt városi környezetben is elértek körülbelül 3,8 gigabites másodpercenkénti sebességet. Ilyen teljesítmény kulcsfontosságú ahhoz, hogy mindenki zavartalanul csatlakozva maradhasson a csúcsidőszakok alatt.

Sugárformáló egységek (BFU-k) és antennamodulok integrációja

A beamforming egységek vagy BFU-k fáziseltolókkal és teljesítményerősítőkkel együtt működnek a rádiótávvezérlő egységek (RRU-k) belsejében, hogy a 5G milliméterhullámú frekvenciákon körülbelül plusz-mínusz 2 fokos pontossággal irányítsák a jeleket. Ennek a szintű vezérlésnek valós hatása van: a szolgáltatók körülbelül 65 százalékkal kevesebb interferenciát jelentenek, amikor több szolgáltató osztozik ugyanazon a területen, miközben a cella lefedettsége körülbelül 18 százalékkal növekszik az előzőhöz képest. Előretekintve az újabb RRU-kat beépített antennamodulokkal tervezik, amelyek mindezen komponenseket egyetlen kompakt kültéri egységbe integrálják. Ez az integráció jelentősen csökkenti a telepítési költségeket, körülbelül 40 százalékos megtakarítást biztosítva a hagyományos rendszerekhez képest, ahol minden elemet külön kellett telepíteni. Az ipar világosan ezek felé az integrált megoldások felé halad, mivel azok mind teljesítménybeli előnyöket, mind jelentős költségmegtakarítást kínálnak.

Hő- és energiaellátás kültéri RRU telepítéseknél

A kültéri RRUs-egységek akár 300 W teljesítményt is disszipálnak aktív MIMO működés közben, amelyhez folyadékhűtéses alaplap és mesterséges intelligencián alapuló légáramlás-vezérlés szükséges a hőmérséklet 45 °C alatti tartásához. A fejlett modellek gallium-nitrid (GaN) teljesítményerősítőkkel és terheléshez alkalmazkodó feszültségszabályozással érik el a 94%-os energiahatékonyságot, csökkentve az éves üzemeltetési költségeket egységenként 7200 USD-re a 2023-as távközlési fenntarthatósági irányelvek szerint.