Cosa rende la BBU compatibile con le stazioni radio base?

Ruolo fondamentale della BBU nell'architettura BTS e integrazione funzionale

Orchestrazione dell'elaborazione di banda base: come la BBU gestisce modulazione, codifica e allocazione delle risorse

Al centro dell'architettura della Base Transceiver Station (BTS) si trova l'Unità a Banda Base (BBU), che gestisce tutti i processi essenziali di elaborazione del segnale digitale. Si pensi a tecniche di modulazione, metodi di codifica dei canali e al modo in cui le risorse vengono allocate dinamicamente tra diversi canali. Nella trasmissione di segnali, questa unità prende flussi di dati grezzi e li trasforma in simboli modulati attraverso schemi come la modulazione di ampiezza in quadratura (QAM). Aggiunge inoltre codici di correzione d'errore diretta per proteggere contro la corruzione dei dati durante la trasmissione. La vera magia avviene quando entrano in gioco questi algoritmi di allocazione delle risorse in tempo reale, distribuendo la larghezza di banda disponibile tra più utenti in modo che nessuno debba aspettare troppo a lungo per ricevere i propri dati, garantendo al contempo un utilizzo massimo dello spettro disponibile. Nel lato di ricezione, la BBU esegue tutte le operazioni necessarie di demodulazione e decodifica. Ed è qui che la potenza di elaborazione risulta fondamentale, poiché influisce su ogni aspetto, dalla velocità di trasmissione delle informazioni (latenza) ai tassi complessivi di trasferimento dati (throughput), nonché sulla capacità dei sistemi di adattarsi adeguatamente a variazioni impreviste della qualità del segnale.

Accoppiamento Architettonico con Unità RF: Flusso del Segnale da Baseband a RF in Deployments Integrati di BTS

Le Unità di Baseband (BBU) lavorano in stretta collaborazione con le Unità Radio Remote (RRU) attraverso connessioni in fibra standard, utilizzando tipicamente protocolli CPRI o eCPRI. I segnali di baseband elaborati vengono trasferiti come dati digitali dalla BBU alla RRU mantenendo intatta la loro qualità durante la trasmissione. Quando questi segnali raggiungono la RRU, vengono convertiti dal formato digitale ad analogico prima di essere amplificati per la trasmissione a radiofrequenza tramite antenne. Nel verso opposto, quando le antenne captano segnali RF, questi vengono inizialmente convertiti in forma digitale presso la posizione della RRU e poi trasmessi alla BBU, dove avviene la decodifica. Questo percorso di comunicazione bidirezionale con ritardo minimo consente una temporizzazione precisa tra i diversi componenti. Una tale sincronizzazione è fondamentale per tecniche come il beamforming coordinato e l'implementazione di sistemi massive MIMO in reti distribuite su più stazioni base (BTS).

Interfacce Standardizzate che Abilitano l'Interoperabilità tra BBU e BTS

CPRI vs eCPRI: Implicazioni in Termini di Latenza, Larghezza di Banda e Compatibilità per la Comunicazione tra BBU e RU

Il protocollo CPRI offre una latenza incredibilmente bassa, inferiore a 100 microsecondi, elemento assolutamente essenziale per quelle operazioni sensibili al tempo a livello del livello fisico. Ma c'è un problema: richiede enormi quantità di larghezza di banda fronthaul, circa 24,3 gigabit al secondo per ogni portante dell'antenna. Questo crea seri problemi di scalabilità quando si tenta una distribuzione in reti 5G densamente popolate. Al contrario, eCPRI adotta un approccio differente, utilizzando la tecnologia Ethernet basata su pacchetti insieme a suddivisioni funzionali come lo Split-7.2. Queste modifiche riducono il fabbisogno di larghezza di banda di circa il 60 percento, consentendo al contempo una parziale virtualizzazione dell'unità baseband senza perdere quel cruciale tempo di risposta sub-millisecondale necessario per funzioni importanti. C'è però una cosa: quando gli operatori combinano sistemi CPRI ed eCPRI, devono assicurarsi che tutti i firmware delle unità radio siano compatibili. In caso contrario, si possono verificare errori di configurazione che portano a interruzioni nelle comunicazioni e a un degrado dei servizi su tutta la rete.

specifiche 3GPP e O-RAN: Garantire la compatibilità BBU multi-vendor negli ecosistemi BTS

La release 15 di 3GPP ha stabilito alcuni standard di base per il funzionamento congiunto delle apparecchiature, inclusi elementi come le suddivisioni del livello inferiore (pensate all'Opzione 2) e la sincronizzazione temporale che può variare di più o meno 1,5 microsecondi. Questo aiuta a garantire un comportamento coerente delle unità di banda base, indipendentemente dal produttore. Successivamente è arrivata l'O-RAN ALLIANCE con il proprio approccio, creando interfacce aperte che non favoriscono alcuna azienda in particolare. La loro specifica Fronthaul ne è un buon esempio, separando sostanzialmente hardware e software in modo che le unità di banda base di diversi produttori possano funzionare senza problemi con le unità radio nella configurazione BTS più adatta. I dati del settore del 2023 mostrano che la maggior parte degli operatori oggi adotta queste soluzioni O-RAN, circa 7 su 10 a livello globale. Il motivo principale? Vogliono evitare di rimanere vincolati per sempre all'equipaggiamento di un singolo fornitore. Questo cambiamento ha inoltre accelerato i test tra fornitori diversi e ridotto i tempi di certificazione per i nuovi prodotti.

Divisioni funzionali e evoluzione della RAN: come le responsabilità della BBU si spostano tra D-RAN, C-RAN e O-RAN

FH-7.2, FH-8 e altre divisioni: impatto sui requisiti di interfaccia BBU e sulla flessibilità di integrazione BTS

Le divisioni funzionali standardizzate dall'O-RAN Alliance ridefiniscono dove avviene l'elaborazione del livello PHY, spostando le responsabilità tra unità radio (RU), unità distribuite (DU) e unità centralizzate (CU). Questi cambiamenti influenzano direttamente il design dell'interfaccia BBU e la flessibilità di implementazione di BTS:

• FH-7.2 trasferisce parti delle funzioni PHY (ad esempio, compressione IQ, FFT/IFFT) alla RU, riducendo i bisogni di larghezza di banda del fronthaul del ~40% e facilitando l'adozione di RAN cloud.
• FH-8 , che mantiene l'intero trattamento PHY all'UO, impone vincoli di latenza più severi (< 250 μs) ma supporta funzionalità avanzate come la densificazione MIMO massiccia.

Di conseguenza:

Ogni divisione prevede meccanismi di sincronizzazione hardware distinti e supporto al protocolloma collettivamente, eliminano vincoli specifici del fornitore e accelerano la scalabilità della rete 5G.

Capacità chiave di BBU che consentono direttamente la compatibilità BTS

La compatibilità delle unità di banda base (BBU) con le stazioni di trasmissione di base (BTS) dipende da cinque capacità fondamentali che assicurano un'integrazione senza soluzione di continuità tra le moderne architetture RAN:

• Scalabilità : Allocazione dinamica delle risorse di elaborazione per accogliere gli incrementi di traffico e l'espansione della retesenza aggiornamenti hardwarerispettando le esigenze in evoluzione della capacità 5G.
• Potenza di elaborazione elevata : Trasmissione sostenuta fino a 100 Gbps per modulazione, codifica e programmazione in tempo realecritica per l'elaborazione del segnale a bassa latenza e alta fedeltà.
• Flessibilità del protocollo : supporto nativo per gli standard CPRI, eCPRI e O-RAN fronthaul attraverso interfacce definite da software, consentendo l'interoperabilità tra ecosistemi BTS eterogenei.
• Supporto per la virtualizzazione : progettazione non hardware conforme ai principi della RAN cloud, supportando carichi di lavoro containerizzati e modelli di infrastrutture come servizi che dovrebbero coprire il 40% delle reti entro il 2025.
• Rispetto della sicurezza : Crittografia integrata, autenticazione reciproca e gestione delle chiavi allineate con i quadri di sicurezza 3GPP (ad esempio, TS 33.501), garantendo una fiducia end-to-end negli ambienti RAN aperti.

Insieme, queste funzionalità smantellano le barriere proprietarie e forniscono un'elaborazione dei segnali coerente e affidabile in distribuzioni RAN distribuite, centralizzate e ibride.