Hogyan válasszunk RRU-t távközlési tornyokhoz?

Az RRU alapjainak megértése toronyalapú RAN-architektúrában

Mi az RRU, és hogyan teszi lehetővé a szétosztott rádióhoz való hozzáférést

A távoli rádióegység (RRU) a mai kommunikációs tornyokban az RF-feldolgozás központi pontjaként működik. Ezek az egységek elkülönülnek a baseband felszereléstől, így működhetnek elosztott rádióhozzáférési hálózatokban. Amikor a cellatornyok teteje közelében helyezik el őket, az RRUs csökkenti a hosszú koaxiális kábeleken fellépő jelveszteséget. Ez a megoldás általában körülbelül 3 dB-rel csökkenti a tápfunkciós veszteséget, és hatékonyabban használja fel a rendelkezésre álló spektrumterületet. A toronyon magán a berendezések digitális jeleket alakítanak át analóg formátumba, erősítik a jel erejét, és a szükséges frekvenciákra váltanak éppen ott, ahol szükséges. Ez támogatja a legújabb 5G-s funkciókat, például a sugárformálási technológiát és azokat a nagyméretű MIMO-tömböket, amelyekről oly gyakran hallani. A legtöbb modell olyan robosztus kivitelű, hogy mínusz 40 °C-tól plusz 55 °C-ig terjedő hőmérséklet-tartományban is megbízhatóan működik, tehát akkor is továbbműködik, ha a körülmények különösen extrémek – ezt a hagyományos bázisállomások egyszerűen nem tudják biztosítani.

RRU vs. hagyományos BTS: Miért javítja a rádiófrekvenciás és alapsáv-funkciók szétválasztása a toronybővíthetőséget

Amikor a rádiófrekvenciás (RF) funkciókat elkülönítjük az alapsáv-feldolgozástól, ez valóban megváltoztatja a mobiltelepítési tornyok bővíthetőségét. Korábban a hagyományos alapadóvevő-állomások (BTS) minden funkcióját egy helyen integrálták. Egyetlen frissítés is bonyolult szerkezeti módosításokat igényelt, amelyeket senki sem szeretett volna elvégezni. Az RRU (Remote Radio Unit – távoli rádióegység) rendszerekkel ma már másképp működünk. Az alapsáv-egységek központosítva helyezkednek el valahol, míg a könnyebb rádióegységek több toronyra szóródnak. Ez átalakítja a korábban rögzített telepítéseket rugalmas RF-platformokká. Több előny is megemlítésre érdemes ebben az összefüggésben:

• Működési költségek csökkentése : A toronykarbantartó csapatok kevesebb mint 90 perc alatt cserélhetik ki az RRU-kat, míg a BTS karbantartása órákig tarthat
• Energiatakarékosság : Az RRU-k 30%-kal kevesebb energiát fogyasztanak, mivel minimalizálják az analóg jelek átvitelének távolságát
• Technológiai rugalmasság : Új frekvenciasávok bevezetéséhez csak az RRU-k cseréje szükséges – toronyerősítésre nincs szükség

Ez a megközelítés jövőbiztossá teszi az infrastruktúrát a 5G-ből történő bővítéshez és az azt követő fejlesztésekhez.

Kritikus RRU teljesítménymutatók értékelése toronytelepítéshez

Teljesítményerősítő hatásfoka és lineáris volta: hatása a 5G lefedettségre és az interferenciára

A teljesítményerősítők hatékonysága nagy szerepet játszik abban, hogy mennyi energiát fogyasztanak, és mennyire melegszenek fel azok a toronyra szerelt távoli rádióegységek. Jelenleg a gallium-nitrid alapú modellek általában körülbelül 45–55 százalékos hatásfokot érnek el, ami alacsonyabb üzemeltetési költségeket és kevesebb hőfelhalmozódást jelent idővel. A 5G-hálózatok esetében, különösen a milliméterhullámú frekvenciák használatakor, a jó lineáris viselkedés fenntartása ugyanolyan fontossá válik. Ha egy erősítő nem elég lineáris, akkor az úgynevezett spektrális újranövekedést (spectral regrowth) okozza, amely zavarja a szomszédos frekvenciasávokat. A múlt évi Wireless Tech Journal legfrissebb kutatása szerint a lineáris viselkedés javítása mindössze egy decibelrel körülbelül 8 százalékkal növelheti a lefedettségi területet sűrűn lakott városi környezetben, és majdnem 17 százalékkal csökkentheti az ügyfelek interferencia miatti panaszait. A gyakorlatban működő szolgáltatóknak mindezeket a tényezőket össze kell vetniük a tornyok ténylegesen elérhető elektromos ellátási és hűtési kapacitásaival.

Zajtényező, MIMO-támogatás és sugárképzési készség városi és vidéki forgatókönyvekhez

Három összefüggő metrika határozza meg az RRU vételi minőségét és jövőbeli alkalmazhatóságát:

• Zajszám (NF) alacsony zajtényező (<2,5 dB): javítja a gyenge jel fogadását a vidéki területeken
• MIMO támogatás 8T8R konfigurációk: maximalizálják a spektrális hatékonyságot a nagy forgalmú városi zónákban
• Sugárképzési készség lehetővé teszi a fókuszált adást a városi akadályok áthatolásához és a jel célzottabb továbbításához

A terepvizsgálatok kimutatták, hogy a sugárformálásra képes RRUs-ok 40%-kal növelik a szélső felhasználók átviteli sebességét városokban, és csökkentik a kapcsolatátváltási hibákat. Ugyanakkor az extrém alacsony zajtényező (NF) elengedhetetlen a kapcsolat fenntartásához légköri elnyelés esetén hegyvidéki vagy távoli régiókban.

Az RRU-specifikációk igazítása a toronyra jellemző követelményekhez

Frekvenciasáv-kompatibilitás és többtechnológiás támogatás (LTE, NR, régi technológiák)

Amikor RRU-t választunk, fontos ellenőrizni, hogy működik-e a meglévő és a jövőbeni frekvenciasávokkal egyaránt, 600 MHz-től egészen 3,8 GHz-ig. A berendezésnek zavartalanul kell kezelnie az LTE-t, az 5G új rádiótechnológiát (NR) és a régebbi technológiákat is, például a 3G-t. Gallium-nitriddel (GaN) készült teljesítményerősítők akár 94%-os energiahatékonyságot is elérhetnek, ami kiváló hír az operátorok számára, akik összetett több sávos hordozó-összevonási forgatókönyvekkel küzdenek. A hálózattervezőknek biztosítaniuk kell, hogy a kiválasztott frekvenciasávok megfelelnek a helyi spektrumban elérhető sávoknak, ellenkező esetben kockázatot vállalnak a halott zónák létrehozásával vagy a nem kívánt jelinterferenciás problémákkal. Az Open RAN-szabványokkal való kompatibilitás megfelelő biztosítása lényegesen leegyszerűsíti a munkát, amikor ugyanazon tornyokon különböző gyártók berendezéseit használják, így a távközlési vállalatok számára több lehetőség nyílik, és jobb adaptálhatóságot biztosít a hálózatok folyamatos fejlődése során.

Hőállóság, IP-védettségi osztályzás és környezeti merevítés kültéri toronymontáshoz

A celltoronyokra telepített távoli rádióegységeknek ellenállniuk kell a környezeti hatásoknak, ezért jelentős védelemre van szükségük a külső tényezőkkel szemben. Az IP65-ös vagy annál magasabb védettségi osztályba tartozó berendezések jól ellenállnak a por behatolásának, a nedvesség okozta károknak, sőt a tengerparti területeken a tengervíz sójának korróziós hatásainak is. Ezeknek az egységeknek megbízhatóan működniük kell -40 °C-tól egészen +55 °C-ig terjedő hőmérséklet-tartományban anélkül, hogy jelentősen romlana a teljesítményük. A Ponemon Intézet múlt évben publikált tanulmánya egy aggasztó tényt mutatott ki a hőkezeléssel kapcsolatban: ha a rendszerek nem kezelik megfelelően a hőt, a meghibásodási arány kb. háromszorosára nő, ami évente több mint 740 000 dollár költséget eredményez üzemeltetőnként váratlan leállások és felszerelés-csere miatt. A modern megoldások mesterséges intelligenciát alkalmaznak az aktív hűtési rendszerekben, amelyek akár nagy teljesítményű, több bemenetes és több kimenetes műveletek esetén is 45 °C alatti hőmérsékletet tartanak fenn. A korrózióálló, speciálisan kialakított burkolatok, valamint a zárt nyomásszabályozó rendszerek is jelentős előnyt nyújtanak. Terepvizsgálatok azt mutatják, hogy ilyen védőintézkedések képesek a hardveralkatrészek élettartamát a gyárakban vagy tengerparti helyszíneken tapasztalható nehéz környezeti körülmények között a szokásos berendezésekhez képest akár kétszeresére növelni.

Gyakorlatias RRU-telepítési szempontok a szolgáltatók számára

Fronthaul-integrációs lehetőségek: CPRI és eCPRI közötti kompromisszumok a torony-háttérkötés korlátozásai miatt

A CPRI és az eCPRI közötti döntés valójában arra az adott helyszínen fennálló háttérkapcsolati korlátozásokra vezethető vissza. A CPRI jól működik különböző gyártók eszközein, de komoly sávszélesség-igényt támaszt – körülbelül 24,3 Gbit/s antennánként –, és a száloptikás kapcsolatokat legfeljebb kb. 20 kilométerre tudja kiterjeszteni. Az eCPRI viszont a funkcionális felosztás (functional split) lehetőségeinek köszönhetően körülbelül 60 százalékkal csökkenti a sávszélesség-igényt, ami éppen akkor teszi okosabb választássá, amikor a száloptika-hozzáférés szűkül a 5G-hálózatok bővítése során. A hátránya? Jele nem terjed olyan messzire – talán csak kb. 10 kilométerre –, így sok vidéki térségben, ahol a lefedettség a legfontosabb, további aggregációs pontokra van szükség. Az eCPRI-t azonban az is különösen megkülönbözteti, hogy támogatja a virtualizációt és a felhőalapú RAN-rendszereket, amelyek – a 2023-as karbantartási jelentésekben szereplő, iparági adatok szerint – kb. harminc százalékkal csökkentik a technikusok tornyokra való mászásának szükségességét.

Központosított vs. elosztott RRU-elhelyezés: az RF-veszteség, az üzemeltetési költségek (OPEX) és a karbantartási hozzáférés kiegyensúlyozása

Amikor az RRU-kat (távoli rádióegységeket) helyezik el, a mérnököknek nehéz döntést kell hozniuk a jó rádiófrekvenciás (RF) teljesítmény és a költségek csökkentése között. Ha minden eszközt a torony alapjánál helyeznek el, az egyszerűsíti az energiaellátás és a hűtés igényeit, de pénzbeli ára is van. A koaxiális kábelek 100 méternél hosszabb futása esetén a jelveszteség körülbelül 4 dB-nyi lehet, ami nem elhanyagolható probléma a mmWave 5G jelekkel dolgozó szakemberek számára. Másrészről, ha az egységeket az antenna közelében szerelik fel, a jelminőség megmarad, de ez kb. 25%-kal növeli az üzemeltetési költségeket, mivel erős, védett házak szükségesek, valamint gyakori toronymászásra van szükség a karbantartáshoz. Magasabb frekvenciákon még a kisebb veszteségek is nagy hatással vannak: csupán 0,5 dB-es csökkenés körülbelül 6%-kal csökkenti a lefedett területet. Ezért sok üzemeltető inkább elosztott berendezés-elrendezést választ városi tornyokon, ahol a jel erőssége a legfontosabb. Ugyanakkor vidéki területeken vagy olyan helyeken, ahová rendszeresen nehéz hozzáférni, a központosított rendszerek hosszú távon – bár vastagabb koaxiális kábeleket igényelnek – költséghatékonyabbak. A döntés mindig az adott telephely konkrét körülményeitől függ.

GYIK

Mire használják az RRU-t a távközlési tornyokban?

Az RRU (távoli rádióegység) az RF-feldolgozásra szolgál a távközlési tornyokban. Segít csökkenteni a jelveszteséget, javítja a spektrumkihasználást, és támogatja az 5G-hez hasonló technológiákat.

Miben különböznek az RRUs a hagyományos BTS-ektől?

Az RRUs elválasztja az RF-funkciókat a baseband-feldolgozástól, így rugalmasabbá, energiatakarékosabbá teszi a tornyokat, és egyszerűbbé teszi a technológiai frissítéseket a hagyományos bázisadóvevő állomásokhoz képest.

Melyek az 5G-hálózatokban az RRU-k kulcsfontosságú teljesítménymutatói?

A fő mutatók közé tartozik a teljesítményerősítő hatásfoka, a zajtényező, a MIMO-támogatás és a sugárformálásra való felkészültség, amelyek döntően fontosak a lefedettség optimalizálásához, az interferencia csökkentéséhez és a kapcsolódás javításához.

Miért fontos az RRU-k számára a frekvenciasáv-kompatibilitás?

A frekvenciasáv-kompatibilitás biztosítja, hogy az RRUs több technológiát – például LTE-t és 5G-t – is kezelhessen különböző frekvenciasávokon, megelőzve ezzel a halott zónákat és az interferenciaproblémákat.

Milyen környezeti tényezőket kell figyelembe venni az RRUs telepítésekor?

Az RRUs-oknak rendelkezniük kell hőállósággal, környezeti védelemre szolgáló IP-minősítéssel és támogatással a szélsőséges hőmérsékletekhez, így biztosítva megbízható működésüket kemény kültéri körülmények között.

Mik a központosított és elosztott RRU-elhelyezések közötti kompromisszumok?

A központosított elhelyezés egyszerűsíti az energiaellátási és hűtési igényeket, de jelátviteli veszteséget okozhat, míg az elosztott elhelyezés megőrzi a jelminőséget, de növeli az üzemeltetési költségeket.