Hogyan biztosítható az RRU és BBU kompatibilitása a hálózatban?

Az RRU és BBU funkcionális kapcsolatának megértése

A bázisállomás vezérlőegység (BBU) szerepe a modern rádióelérési hálózatokban

A rádióelérési hálózatok központjában az alapsávi egység, vagyis a BBU áll, amely gyakorilag az összes bonyolult művelet agyaként funkcionál. Gondoskodik fontos protokollokról, mint például a PDCP (ez Packet Data Convergence Protocol, ha valaki pontoz), illetve az RLC (Radio Link Control). Ezek konkrétan mit csinálnak? Hát olyan dolgokat kezelnek, mint például hibák javítása akkor, amikor előfordulnak, az adatméret tömörítése, hogy gyorsabban utazhasson, és azt, hogy a forrásokat hogyan érdemes dinamikusan lefoglalni. Ez az egész folyamat biztosítja, hogy telefonjaink megbízhatóan kommunikálhassanak a hálózattal, amelyhez éppen csatlakoznak. Most, hogy a 5G bekerült a képbe, a BBUs-egységek még okosabbá váltak egy SDAP-nak nevezett új technológia segítségével (Service Data Adaptation Protocol). Ez az új elem lehetővé teszi a hálózatok számára, hogy rendkívül pontosan határozzák meg a szolgáltatásminőségi követelményeket, és eldöntsék, hogy milyen forgalom kapjon elsőbbséget attól függően, hogy éppen milyen szolgáltatások futnak.

RRU funkcióinak megértése és integrációja az adóállomás architektúrájába

A távoli rádióegységek, vagyis az RRUs-egységek alapvetően a digitális alapsávi jelek és a tényleges rádiófrekvenciás adások közötti kapcsolódási pontként működnek. Ezeket az egységeket általában viszonylag közel helyezik el az antennaelemekhez, gyakran legfeljebb 300 méteres távolságra. Feladatuk, hogy a bázisállomás-egységből érkező digitális információt analóg hullámokká alakítsák, amelyek képesek a levegőn keresztül terjedni. Emellett olyan fejlett technológiákat is kezelnek, mint a sugárirányítás (beamforming) és a többszörös bemenetű, többszörös kimenetű (MIMO) feldolgozás. Az, hogy ezek az egységek nagyon közel vannak ahhoz a ponthoz, ahol a jelek ténylegesen kisugárzódnak, jelentős különbséget jelent. A jelveszteség jelentősen csökken, ami különösen fontos a magas frekvenciájú 5G sávok, elsősorban az mmWave frekvenciák esetében. Az RF-feldolgozás hálózati peremre helyezése, nem pedig központi helyre, lehetővé teszi a szolgáltatók számára, hogy hatékonyabban használják fel spektrumforrásaikat. Emellett csökkenti a nagy léptékű telepítésekhez szükséges összetett kábelezés mennyiségét, különösen akkor, ha a rendelkezésre álló hely korlátozott.

Jelfeldolgozás és átalakítás az RRU és a BBU között 4G és 5G rendszerekben

A jelfeldolgozási feladatok jelentősen különböznek a 4G és a 5G között:

• 4G LTE : A BBUs végzi a MAC-ütemezést és az FEC-kódolást, míg az RRUs kezeli az alapvető modulációs sémákat, mint például a QPSK és a 16QAM.
• 5G NR : Az RRUs továbbfejlesztett feladatokat is ellát, például a masszív MIMO előkódolást és részleges PHY-réteg feldolgozást, csökkentve ezzel a fronthaul sávszélesség-igényt akár 40%-kal a hagyományos 4G CPRI rendszerekhez képest (3GPP Release 15).

Ez az átalakítás hatékonyabbá teszi a fronthaul kapacitás kihasználását, és támogatja a 5G alkalmazások növekvő átviteli igényeit.

A funkcionális elválasztások hatása a BBU-ban (például O-RAN elválasztások, mint FH 7.2 és FH 8)

Az O-RAN Alliance által meghatározott funkcionális elválasztások újrastrukturálják a feldolgozás elosztását a BBU és az RRU között:

• Elválasztás 7.2 (FH 7.2) : Az RRU végzi az alsóbb szintű PHY-funkciókat, mint például az FFT/iFFT és a ciklikus prefix eltávolítása, ami magasabb fronthaul sávszélességet igényel (akár 25 Gbps), de megőrzi a központosított vezérlést.
• Elválasztás 8 (FH 8) : A teljes PHY-feldolgozás az RRU-ba kerül, csökkentve a fronthaul szükségletet körülbelül 10 Gbps-ra, cserébe a késleltetés 15%-os növekedésével (O RAN WG1 2022).

Ezek a rugalmas felosztások lehetővé teszik a szolgáltatók számára, hogy költség, teljesítmény és skálázhatóság szempontjából optimalizálják rendszerüket többgyártós környezetben, különösen virtualizált RAN (vRAN) keretrendszerek esetén.

Fronthaul interfészprotokollok: CPRI vs. eCPRI az RRU-BBU csatlakoztatásához

Közös Nyilvános Rádióinterfész (CPRI) protokoll az RRU-BBU csatlakoztatásához és vezérléséhez

A CPRI továbbra is az elsődleges megoldás a fronthaul kapcsolatokhoz a mai 4G hálózatok többségében. Alapvetően a következő történik: az összes fizikai rétegű feldolgozás a BBU végén történik, miközben a digitalizált I/Q minták dedikált optikai kábeleken keresztül kerülnek elküldésre az RRU felé. A rendszer rendkívül alacsony, 100 mikroszekundum alatti késleltetési időt képes kezelni, és körülbelül 24,3 gigabites másodpercenkénti sávszélességet biztosít szektoronként. Ez segít a konzisztens teljesítmény fenntartásában különböző hálózati körülmények között. Ám itt jön a buktató, hölgyeim és uraim. Az egész rendszer elég inflexibilis a merev architektúrája miatt. Ahogy az 5G bevezetése felé haladunk, ez problémává válik, mivel az újabb hálózatok sokkal rugalmasabb megoldásokat igényelnek, amelyek dinamikusan képesek terhelést kezelni, és zökkenőmentesen integrálódni a felhőalapú infrastruktúrába. Számos szolgáltató már most nehézségekbe ütközik, amikor meglévő, CPRI-alapú rendszereiket próbálják skálázni a következő generációs igényekhez.

Az CPRI fejlődése az eCPRI-ig a virtualizált RAN (vRAN) és az 5G hálózatokban

A hagyományos CPRI hátrányaira válaszul az iparág 2017-ben megalkotta az eCPRI-t. Ez az újabb változat csomagokon, nem pedig nyers I/Q adatfolyamokon alapul, ami jelentősen csökkenti a fronthaul sávszélesség-igényt – a becslések szerint körülbelül 70%-kal. Az eCPRI legkiemelkedőbb tulajdonsága az, ahogyan a funkcionális felosztásokat kezeli, különösen az O-RAN Option 7.2x típusú konfigurációkat, ahol a fizikai réteg feldolgozásának egy része az RRU oldalára kerül áthelyezésre. Ez valójában növeli az egész rendszer hatékonyságát. Legfontosabb, hogy az eCPRI szabványos Ethernet/IP hálózatokon fut, így a szolgáltatók megoszthatják transzport infrastruktúrájukat különböző szolgáltatások között, és igény szerint telepíthetik a szoftveralapú megoldásokat. Ennek ellenére továbbra is jelentős nehézségek merülnek fel az összes komponens zavartalan együttműködésének biztosításában. Egy 2023 végén készült piaci elemzés szerint minden ötödik többgyártós rendszer integrációs problémába ütközik, mivel a gyártók eltérő módon implementálják az előírásokat, ami kompatibilitási akadályokhoz vezet, amelyekkel senki sem szeretne foglalkozni.

Sávszélesség és késleltetés hatások a CPRI/eCPRI előtét-illesztőfelületeken

A CPRI kiválóan működik az alacsony késleltetésű alkalmazásoknál, amelyeket a hagyományos D-RAN rendszerekben látunk, de problémák adódhatnak a sávszélesség-igények tekintetében. A városok különösen nehezen birkóznak meg ezzel, mivel az adatmennyiség jelentős terhelést jelent a meglévő szálas infrastruktúrára. Itt lép be a képbe az eCPRI, amely az Ethernet-alapú megközelítésével sokkal egyszerűbbé és olcsóbbá teszi a skálázást, bár ennek ára a magasabb késleltetési tolerancia igénye a szabványos CPRI-hez képest. Az URLLC alkalmazások, például gyártóautomatizálási rendszerek vagy önvezető autók esetében a mérnökök hibrid szinkronizációs módszereket kezdtek el alkalmazni. Ezek a megoldások pontos időzítést biztosítanak a kritikus műveletekhez, miközben kihasználják a csomagalapú előtérhálózat rugalmasságát és teljesítményét.

Hálózati architektúra modellek és hatásuk az RRU-BBU integrációra

RRU és BBU integráció 4G D-RAN és központosított C-RAN architektúrákban

Az RRU-BBU integrációs környezetet főként két megközelítés alakítja: elosztott RAN (D-RAN) és központosított RAN (C-RAN). A D-RAN-t használó 4G hálózatoknál tipikusan azt tapasztaljuk, hogy a BBUs és RRUs egységek együtt helyezkednek el minden cella helyszínen, így önálló bázisállomásokat alkotva. Ez a felépítés egyszerű telepítést és szinkronizációt tesz lehetővé, hátrányai viszont a helyszínek közötti hardverduplikáció és a megnövekedett energiafogyasztás. Ezzel szemben a C-RAN eltérő módon működik: az összes BBU-t központi helyeken gyűjti össze. Az így létrehozott közös feldolgozóerőforrások lehetővé teszik a szolgáltatók számára, hogy hatékonyabban használják eszközeiket. A 2023-as kutatások szerint a C-RAN-re váltás körülbelül 28%-kal csökkentheti az energiaköltségeket. Van azonban egy buktató: ezek a rendszerek erős előtér-hálózati (fronthaul) kapcsolatokat igényelnek, amelyek nagy mennyiségű adatáramlást képesek kezelni, valahol 10 és 20 Gbps közötti CPRI-forgalom mozog így az RRUs egységek és a központosított BBUs egységek között.

A virtualizált RAN (vRAN) hatása az RRU evolúciójára a 5G-ben

A virtualizált rádió hozzáférési hálózat (vRAN) technológia gyakorlatilag szoftverré alakítja az alapsávi egységet (BBU), amely így már rendszeres kereskedelmi szervereken fut, specializált hardver helyett. Ez a szétválasztás lehetővé teszi a szolgáltatók számára, hogy igény szerint méretezzék az erőforrásokat, gyorsabban vezessék be a frissítéseket, és elkerüljék a drága, tulajdonosi berendezésekhez való kötődést. Az 5G hálózatok esetében a vRAN új funkcionális felosztási módszereket terjeszt előre, például az O RAN szabvány FH 7.2 konfigurációját. Ezzel a megközelítéssel bizonyos fizikai rétegbeli folyamatok valójában közelebb kerülhetnek a távoli rádióegységhez (RRU). Vegyük példának a Verizon 2024-es terepi tesztjét: körülbelül 40 százalékkal alacsonyabb késleltetést tapasztaltak a jelátvitel során, amikor ezeket a kompatibilis, több rétegen átívelő feldolgozást végző RRU-kat használták. Az eredmények valóban bemutatják, hogyan működik együtt a virtualizáció az intelligens, elosztott feldolgozási képességekkel.

O RAN szabványok és hatásuk a fronthaul interoperabilitására és nyitottságára

Az O RAN Alliance célja olyan nyílt rádió-hozzáférési hálózati ökoszisztémák létrehozása, ahol különböző berendezések zökkenőmentesen működnek együtt. Kifejlesztettek olyan szabványokat, mint az Open Fronthaul (OFH), amelyek lehetővé teszik a különböző gyártók eszközeinek az egymással való kompatibilitását. Vegyük például a 7.2x split specifikációt, amely pontos szabályokat határoz meg az IQ adatok és vezérlő üzenetek formátumára, így lehetővé téve különböző gyártóktól származó távoli rádióegységek (RRU) és alapsávi egységek (BBU) keverését. Egy 2025-ös GSMA jelentés érdekes eredményt állapított meg: az O RAN szabványnak megfelelő alkatrészekből épített hálózatok 92 százalékkal gyorsabban orvosolták a problémákat, mivel mindenhol közös figyelőeszközöket használtak. De van még több jó hír is. A korai tesztek szerint, ha mesterséges intelligencia koordinálja az RRUs és BBUs közötti működést, a spektrumefficiencia 15–20 százalékkal növekszik. Ezek a számok igazán kiemelik, mennyire fontosak napjainkban a nyitottság és az automatizálás a távközlési szektorban.

Több szállítóval történő RRU-BBU telepítések közbeni kölcsönös működési kihívások leküzdése

A saját fejlesztésű hardver és szoftver okozta kihívások az RRU-BBU ökoszisztémákban

A saját fejlesztésű interfészek továbbra is jelentős akadályt jelentenek a többszállítós RAN telepítések során. A vállalatok több mint 62%-a integrációs késleltetésekről számol be, amelyek a szállítók közötti eltérő vezérlési protokollokból adódnak (STL Partners 2025). A régebbi rendszerek gyakran szállítóspecifikus szoftverrétegekre épülnek, amelyek ellenállnak a felhőalapú, virtualizált környezetekkel való integrációnak, ezzel veszélyeztetve a 5G és az O-RAN által ígért rugalmasságot.

Felsőbb hálózati hálózatokban a különböző gyártók berendezéseinek kompatibilitásának biztosítása

Az O-RAN nyílt felsőbb hálózati előírásainak alkalmazása jelentősen csökkenti az együttműködési kockázatokat. A megfelelő felszerelést használó hálózatok 89%-kal gyorsabban integrálódnak, mint a saját fejlesztésű megoldásokra támaszkodók. A legfontosabb kompatibilitási tényezők:

• Időszinkronizáció ±1,5 μs tűrésen belül
• CPRI/eCPRI vonali sebességek egyeztetése (9,8 Gbps-tól 24,3 Gbps-ig)
• Közös spektrummegosztó algoritmusok

A szabványosítás zavartalan átadást és konzisztens teljesítményt biztosít vegyes beszállítói környezetben.

Esettanulmány: Sikertelen integráció a CPRI vonali sebességek nem egyezősége miatt

2023-ban volt egy telepítési probléma, amikor egy 4G RRU rendszert, amely CPRI 8. opciót használt 10,1 Gbps sebességgel, egy 5G-kész BBU-hoz csatlakoztattak, amely valójában eCPRI-t igényelt 24,3 Gbps sebességgel. Mi történt ezután? Egy nagyjából 58%-os sávszélesség-eltérés következett be, ami súlyos jelminőségi problémákhoz vezetett, amelyek folyamatosan visszatértek. A későbbi vizsgálatok során kiderült, hogy ezt az egész zavart könnyedén el lehetett volna kerülni, ha valaki ellenőrzi az interfészek kompatibilitását a telepítés előtt. A szabványos dokumentációs irányelvek követése és megfelelő megfelelőségi tesztek elvégzése időben feltárta volna ezt a hibát. Valójában egészen alapvető dolgokról van szó, de nyilvánvalóan figyelmen kívül hagyták őket a beállítás során.

Ajánlott eljárások az RRU és BBU kompatibilitásának biztosítására telepítés közben

Interfészprotokollok és szinkronizációs követelmények ellenőrzése üzembe helyezés előtt

A protokollkompatibilitás és a szinkronizációs paraméterek helyes beállítása az első lépés minden integrációs munka megkezdése előtt. Az ilyen feladatokkal foglalkozó mérnökök számára nagy jelentőséggel bír, hogy mindenki egyetért-e a fronthaul szabványokkal, például a CPRI vagy az eCPRI tekintetében. Ezenkívül gondoskodniuk kell arról, hogy a szimbólumráta megegyezzen, valamint tisztában legyenek az IQ tömörítési beállításokkal, különösen fontos ez a gyakori vegyes 4G és 5G környezetekben. A tavalyi kutatások szerint az üzembe helyezések körülbelül kétharmada késik, mert az érintettek nem ellenőrizték megfelelően a dolgokat előzetesen. Ezért kritikus fontosságú a megfelelő tesztelés, amikor régi rádió távoli egységeket próbálnak újabb alapsávi egységekhez csatlakoztatni. A számok egyértelműen alátámasztják, mennyire döntő fontosságú a alapos előkészítés.

Optikai kábelek minőségének és a jel integritásának biztosítása az RRU-BBU kapcsolatokban

Az optikai szállinkoknak meg kell felelniük az ITU T G.652 szabványnak a jel integritásának megőrzése érdekében. A fő követelmények a következők:

• Csillapítás 0,25 dB/km alatt 1310 nm-en
• Hajlítási sugár nem kisebb, mint 30 mm
• APC/UPC csatlakozó visszaverődése 55 dB alatt

Terepi tanulmányok szerint a szálak helytelen kezelése a telepítés során a közepes sávú 5G hálózatokban a jelcsillapodási esetek 42%-ért felelős, ami kiemeli a képzett technikusok és a minőségbiztosítási ellenőrzések fontosságát.

Standardizációs stratégiák az O RAN Alliance specifikációinak használatával többgyártós beállításokhoz

A vezérlési, felhasználói és adatsíkokon az O RAN megfelelőség előírása csökkenti a gyártókhoz való kötöttséget 58%-kal a 2024-es interoperabilitási mérések szerint. Az üzemeltetőknek érvényesíteniük kell a következőket:

• Szabványosított üzenetformátumok (M sík, CUS)
• Szolgáltatáskezelési és orchestration API-k
• Időzítési pontossági küszöbértékek (±16 ppb 5G standalone rendszerekhez)

Az ilyen szabályozások hosszú távú rugalmasságot biztosítanak, leegyszerűsítik a hibaelhárítást, és támogatják az automatizált kiépítést.

Kompatibilitási problémák figyelése és hibaelhárítása üzembe helyezés után

Az integráció után fontos figyelmet fordítani több kulcsfontosságú mérőszámra a figyelés során. Ilyenek például a BER vagy Bit Error Rate (bithibaráta), az EVM, azaz az Error Vector Magnitude (hiba vektor nagysága), valamint az alacsony késleltetési ingadozás, amelynek eCPRI rendszereknél 200 nanomásodperc alatt kell maradnia. Ma már rendelkezésre állnak olyan automatizált eszközök, amelyek a 3GPP TR 38.801 előírásai szerint működnek. A legtöbb mérnök hasznosnak tartja ezeket, mivel kb. a funkcionális felosztással kapcsolatos hibák tízből nyolcat egy napon belül képesek automatikusan javítani. Ne feledkezzünk meg a rendszeres ellenőrzésekről sem. Az ETSI EN 302 326 ajánlásainak követése hosszú távon is zavartalan működést biztosít. Ez segít abban, hogy a rendszerek stabilak maradjanak, és jól együttműködjenek egymással, miközben a hálózatok tovább változnak és bővülnek.