Hogyan javítja a bázisállomás-egység a kommunikációs berendezések teljesítményét?

Az alapsávú egység fő funkciói a 5G jelprocesszálásban

Valós idejű jelprocesszálás: a 10 ms alatti késleltetés lehetővé tétele a 5G hálózatokban

Az alapsáv egységek (BBU) kritikus digitális jelfeldolgozási feladatokat látnak el, amelyeknek szigorú időkereteken belül kell megtörténniük, így elengedhetetlenek a 5G-alkalmazásokban, például önvezető autókban és gyári automatizációs rendszerekben szükséges szupergyors válaszidők eléréséhez. Ezek az egységek fizikai rétegbeli munkájukat kevesebb, mint 2 milliszekundum alatt fejezik be, így a vissza-virára irányuló jelkésleltetés összesen jól tartja magát a 3GPP által előírt 10 milliszekundumos határérték alatt. A párhuzamos feldolgozás és speciális hardveres gyorsítási technikák segítségével az alapsáv egységek dinamikusan tudják igazítani erőforrás-felhasználásukat a változó körülményekhez. Ez azt jelenti, hogy akkor is zavartalanul működnek, amikor a hálózatok csúcsforgalomban vagy nagy események során különösen terheltek.

Digitális jelfeldolgozási folyamat: Moduláció, csatornakódolás és MIMO előkódolás

Az alapsáv egység (BBU) digitális jelfeldolgozási folyamata három kulcsfontosságú funkciót integrál a jelminőség és a spektrális hatékonyság maximalizálása érdekében:

1. Moduláció nagyrendű modulációs sémák, mint például a QAM-256 és a QAM-1024 használata sűrű rádióhullámformákba kódolja az adatokat
2. Csatornakódolás az LDPC és Polar kódokkal csökkenti a bithibák arányát akár 68%-kal a 4G Turbo kódokhoz képest
3. MIMO előkódolás intelligens sugárirányítást tesz lehetővé, javítva a spektrális hatékonyságot 3,1-szeresére (Mobile Experts 2023)
   Ezek a folyamatok együttesen minimalizálják a csomagvesztést, és magas áteresztőképességet biztosítanak sűrűn lakott városi környezetekben.

Esettanulmány: Első osztályú BBU 42%-kal csökkenti a feltöltési késleltetést városi 5G telepítésekben

Egy vezető gyártó 2023-as terepi próbája a BBU 6630 típuson Tokióban jelentős teljesítménynövekedést mutatott ki a virtualizáció és a gépi tanuláson alapuló forgalomelemzés révén. A rendszer elérte a következő eredményeket:

• 42%-os csökkenés az átlagos feltöltési késleltetésben (9,2 ms-ről 5,3 ms-ra)
• 17%-os javulás a cella szélén mért áteresztőképességben
• 31%-kal kevesebb megszakadt kapcsolat átadások során
  Ezek az eredmények megerősítik a BBU szerepét, mint a megbízható 5G hálózatok számítási magját, különösen nagy sűrűségű városi környezetekben.

BBU-vezérelt hálózati teljesítmény: késleltetés csökkentése, átviteli sebesség növelése és hatékonyság

Központosított RAN (C-RAN): dinamikus erőforrás-közlés a BBU virtualizálásán keresztül

A Cloud RAN vagy C-RAN rendszerek virtuális alapvezérlő egységeket használnak, amelyek több cellaállomás feldolgozóerejét egyesítik, ahelyett hogy mindenhol külön eszközöket alkalmaznának. Ennek hatására megszűnnek az elszigetelt hardverkonfigurációk, a működési költségek körülbelül 30 százalékkal csökkennek (plusz-mínusz eltérés lehetséges), és lehetővé válik a terhelés valós idejű átcsoportosítása igény szerint. Amikor hirtelen megnő a hálózati forgalom, a rendszer ténylegesen képes felhasználni a kevésbé kihasznált szomszédos cellák szabad kapacitását, és azt oda irányítani, ahol a legnagyobb az igény. Mi ennek az eredménye? A sávszélesség-kihasználás majdnem háromszorosára nő az előző értékhez képest új berendezések vásárlása nélkül. Elég lenyűgöző, ha belegondolunk.

Massive MIMO-koordináció és spektrális újrahasznosítás speciális BBU-vezérléssel

A fejlett BBU algoritmusok több száz antennaelemet koordinálnak, hogy pontos beamformingot és térbeli multiplexelést biztosítsanak. Ez lehetővé teszi több felhasználó számára, hogy egyszerre osszák ugyanazt a frekvenciasávot, így növelve a spektrális hatékonyságot 47%-kal. Az irányított jelkibocsátás csökkenti az interferenciát is, lehetővé téve ötszörös sűrűségű hálózati telepítést, miközben fenntartja a 99,999%-os megbízhatóságot – ami kritikus fontosságú misszió-kritikus alkalmazásoknál.

Fő hatás :

• Késleltetés csökkentése: 10 ms-nál alacsonyabb válaszidő ipari IoT esetén
• Sávszélesség skálázása: 40 Gbps cellánként mmWave telepítésekben
• Energiatakarékosság: 60%-kal alacsonyabb energiafelhasználás gigabájtanként a disztribúlt RAN-hez képest

A bázisállomás-modul teljesítményét meghatározó főbb hardverkomponensek

FPGA/ASIC gyorsítás: Magasabb FFT átviteli sebesség elérése a régebbi x86 rendszerekhez képest

A mezőprogramozható kapuárak (FPGAs) az alkalmazás-specifikus integrált áramkörökkel (ASICs) együtt olyan számítási teljesítményt nyújtanak, amelyre szükség van a 5G jelek valós idejű feldolgozásához, és gyorsabb műveletvégzés mellett alacsonyabb energiafogyasztást biztosítanak az öreg x86 rendszerekhez képest. Ezek a speciális célú chipek jelentősen felgyorsítják a párhuzamosan feldolgozható feladatokat, mint például a mindenki által emlegetett Fast Fourier Transzformáció számításokat, amelyek elengedhetetlenek a moduláció és demoduláció helyes végrehajtásához azokban a nagyméretű MIMO rendszerekben, amelyek ma már mindenhol jelen vannak. Amikor a vállalatok elmozdulnak a hagyományos CPU-król FPGA vagy ASIC megoldások felé, gyakorlatilag az összes erőforrásigényes műveletet leválasztják a főprocesszorról. Ez a módszer csökkenti a feldolgozási késleltetéseket, miközben jelentős mennyiségű elektromos energiát is takarít meg. Egyes tanulmányok szerint városi területeken a technológia alkalmazásával a fogyasztás közel egyharmadától majdnem feléig csökkenthető.

Processzor, DSP, memória és interfész integráció a modern BBU tervezésben

A mai alapsáv-egységek sok mindent beletömörítenek egyetlen dobozba – többmagos processzorokat, amelyek speciális digitális jelfeldolgozó egységek mellett működnek, bőven rendelkeznek nagy sebességű memóriával, valamint számos szabványos csatlakozóval, amelyek mindezt egy elegáns csomagban tartják. A DSP végzi a legtöbb nehéz munkát a jelek modulálása, demodulálása és az összetett csatornakódolási feladatok kezelése terén. Eközben a hagyományos processzorok a hálózati szeletek kezelésével és más felsőbb szintű protokollfeladatokkal foglalkoznak. A bejövő, hatalmas mennyiségű rádiófrekvenciás adatok kezeléséhez a szinkron DRAM szolgál pufferként, több mint 200 gigabit per másodperc sebességet kezelve, így minden akadás nélkül haladhat a forgalom a természetesen előforduló torlódások idején is. Ami pedig a kapcsolatokat illeti, több fontos interfész is szerepet játszik ezen elemek zökkenőmentes együttműködésében.

• eCPRI : Alacsony késleltetésű előtér-kapcsolatot tesz lehetővé
• 25GbE : Háttérszál-aggregációt támogat
• PCIe Gen4 : Nagysebességű chipek közötti kommunikációt tesz lehetővé
  Ez a szorosan integrált tervezés kiküszöböli az adatbusz-ütközéseket, és így biztosítja a determinisztikus késleltetést 100 µs alatt, az ultra-megbízható alkalmazásokhoz.

Alapsávú egységek stratégiai előnyei: skálázhatóság, energiahatékonyság és jövőbiztonság

O-RAN kompromisszumok: a széttagoltság és az alapsávú egységek teljesítménykonstanciájának egyensúlyozása

Az Open RAN koncepció valójában több szállító bevonását ösztönzi a piacra, és elősegíti az innovációt a hardver és szoftver komponensek elkülönítésével. Ugyanakkor ez a megközelítés problémákat okozhat a bázisállomás-egység (BBU) teljesítményének stabilitásának fenntartásában különböző berendezések esetén. A moduláris rendszerek valóban lehetővé teszik az egyszerűbb méretezhetőséget és bővíthetőséget, sőt, a tavalyi Telekommunikációs Hatékonysági Jelentés szerint akár körülbelül 30 százalékkal is csökkenthetik az energiafogyasztást. Ezek a előnyök azonban árat követelnek. A rendszernek szigorúan meg kell felelnie az interfészspecifikációknak, különben jelzárolási időzítési eltérések és inkonzisztens adatátviteli sebességek léphetnek fel. Olyan alkalmazások esetében, ahol a milliszekundumok is számítanak, például IoT-eszközökön keresztül csatlakozó gyártóautomatizálási rendszereknél, a hálózatszolgáltatóknak nincs más választásuk, mint gondoskodni arról, hogy minden végponttól kezdve zavartalanul működjön együtt. Az BBU-k stratégiai telepítése azt jelenti, hogy meg kell találni az egyensúlyt az open platformok által kínált adaptálhatóság és az elkövetkező 5G-Advanced előírások, sőt még a máig nem meghatározott 6G-szabványok szigorú teljesítménykövetelményeinek kielégítése között.