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L'unità radio remota, o RRU in breve, svolge un ruolo fondamentale nelle reti cellulari moderne trasformando i segnali digitali provenienti dall'unità di banda base (BBU) in onde radio effettive che possono essere trasmesse senza fili. Quando gli operatori spostano questi componenti RF da posizioni centrali e li collocano direttamente accanto alle antenne, riducono il degrado del segnale lungo i lunghi cavi tra le sale apparecchiature. Inoltre, ciò offre alle aziende di telecomunicazioni una maggiore flessibilità nella progettazione delle aree di copertura. Cosa fa esattamente una RRU? Tra le altre cose, amplifica i segnali deboli affinché viaggino su distanze maggiori, filtra il rumore di fondo indesiderato che potrebbe interferire con chiamate o trasferimenti di dati e mantiene tutto pulito e stabile anche durante il passaggio tra diverse bande di frequenza, come la popolare banda a 700 MHz utilizzata per la copertura rurale o lo spettro più veloce a 3,5 GHz presente negli ambienti urbani.
Gli RRUs lavorano insieme ai BBUs, che si occupano di tutta l'elaborazione digitale e della gestione dei protocolli. L'intera configurazione suddivide le funzioni in modo che la maggior parte dell'elaborazione intensiva avvenga nel BBU, mentre l'RRU gestisce i compiti relativi alle radiofrequenze. Questa architettura riduce notevolmente la latenza del sistema, circa della metà rispetto ai sistemi più vecchi in cui tutto era integrato in un'unica unità. Un altro vantaggio è che semplifica l'ampliamento del sistema e rende le riparazioni meno complesse in caso di guasti. Dall'altro lato, però, questi RRUs consumano circa due terzi dell'energia totale utilizzata da una stazione base. Ciò implica che i progettisti debbano prestare particolare attenzione alla gestione del calore, soprattutto perché queste unità sono spesso collocate all'esterno in condizioni meteorologiche variabili.
Le stazioni base moderne sono composte da tre livelli principali:
Collocando l'RRU vicino all'antenna, le perdite del cavo coassiale—fino a 4 dB ogni 100 metri a 2,6 GHz—sono significativamente ridotte, migliorando sia la copertura che l'efficienza energetica.
Nel gestire sia il traffico in uplink che in downlink, le unità radio remote funzionano convertendo i segnali ottici provenienti dalle connessioni in fibra in segnali elettrici. Questi vengono amplificati fino a livelli di trasmissione compresi tra 20 e 80 watt prima di essere indirizzati attraverso array di antenne per la formazione del fascio (beamforming). Il risultato? Diventano possibili configurazioni MIMO avanzate, il che significa un'efficienza spettrale approssimativamente tripla nelle aree urbane dove lo spazio è limitato. Secondo misurazioni sul campo, i siti dotati di RRUs mantengono una disponibilità del segnale intorno al 98,4%, ben al di sopra dei sistemi centralizzati tradizionali che si attestano intorno all'89,1%. Perché questa differenza? Una qualità del segnale migliore combinata a minori perdite lungo i percorsi di trasmissione fa tutta la differenza.
Nella scelta di un RRU, è importante abbinarlo alle bande su cui la rete opera effettivamente in questi giorni, che si tratti di frequenze sub-6 GHz o delle sofisticate frequenze mmWave per il rollout del 5G. Il supporto all'aggregazione di portanti è ormai praticamente obbligatorio, dato che molti operatori devono gestire svariate allocazioni di spettro frammentate. Anche il materiale del substrato della PCB ha la sua importanza. Materiali di buona qualità aiutano a mantenere stabile la prestazione su diverse frequenze. Alcuni produttori affermano che i loro substrati ottimizzati riducono la necessità di rituning da parte degli ingegneri quando si implementano più bande contemporaneamente, arrivando a ridurre tale necessità del 20-40 percento. Per chi gestisce reti in ambienti difficili, valutare unità con solide proprietà dielettriche è una scelta sensata. Questi componenti tendono a resistere meglio al degrado del segnale quando sono soggetti a variazioni del carico e a condizioni meteorologiche estreme, che inevitabilmente si incontrano nelle installazioni reali.
Per mantenere i segnali chiari durante gli aumenti del traffico, le unità radio remote ad alte prestazioni devono raggiungere almeno 43 dBm nel punto di compressione a 1 dB. Se questa soglia scende troppo, la distorsione diventa un problema reale nei periodi di maggiore attività. Per quanto riguarda la grandezza dell'errore vettoriale, rimanere sotto il 3% è fondamentale per una modulazione accurata su canali diversi. I sistemi che superano i 60 watt dipendono fortemente da soluzioni di raffreddamento efficaci, poiché l'accumulo di calore riduce effettivamente la qualità del segnale tra il 15% e il 30%. Questo tipo di degrado si accumula rapidamente in condizioni reali. Le apparecchiature dotate di amplificatori a rumore ultra basso offrono agli operatori un miglioramento del rapporto segnale-rumore compreso tra 4 e 6 dB, rendendo tali LNA particolarmente preziosi in presenza di numerosi segnali concorrenti, come nei centri urbani o nelle aree densamente popolate.
I cavi coassiali standard perdono circa mezzo decibel per metro a frequenze intorno a 3,5 GHz, rendendo poco efficiente il loro utilizzo su lunghe distanze nella maggior parte dei casi. Quando installiamo unità radio remote più vicine alle antenne effettive, si riduce la quantità di cavo necessaria e si possono ridurre i fastidiosi problemi di intermodulazione passiva di circa il 70 percento. Per edifici con apparecchiature montate sui tetti, l'uso di kit di pressurizzazione diventa essenziale poiché impediscono all'acqua di penetrare nei cavi dove non dovrebbe assolutamente trovarsi. Un'altra scelta intelligente è combinare la fibra ottica con la tecnologia RRU. Questi sistemi ibridi migliorano davvero le prestazioni, mantenendo i segnali forti con una qualità pari al 98% anche su distanze fino a 500 metri grazie a queste speciali connessioni ottiche a bassa perdita.
Il corretto impiego degli RRU dipende in larga misura dalla qualità della connessione fisica ed elettrica con le antenne. Quando gli ingegneri regolano correttamente l'impedenza, riescono a ridurre la potenza riflessa a meno di 0,5 dB, mantenendo così i segnali forti e chiari. I recenti progressi tecnologici in settori come la fotonica integrata e nei materiali speciali chiamati metamateriali hanno reso possibile la conversione dei segnali analogici in digitali più velocemente che mai: oggi si parla di tempi inferiori ai 500 nanosecondi. Questa velocità è fondamentale per coordinare i fasci in tempo reale, una funzionalità essenziale per il corretto funzionamento delle reti 5G NR. Per gli operatori che gestiscono grandi volumi di installazioni, questi miglioramenti fanno la differenza quando si tratta di mantenere una temporizzazione precisa tra diversi punti e di aggiustare dinamicamente i fasci al variare delle condizioni.
Le unità radio remote di nuova generazione sono dotate di configurazioni 64T64R (ovvero 64 trasmettitori abbinati a 64 ricevitori), che rendono possibile il massiccio MIMO. Questa configurazione permette al sistema di inviare dati a diversi utenti contemporaneamente, invece che uno alla volta. Sistemi intelligenti basati sull'apprendimento automatico aggiornano i parametri di beamforming ogni circa due millisecondi, e test sul campo hanno dimostrato che ciò può aumentare effettivamente il throughput per gli utenti ai margini delle celle di circa il quaranta percento. Per quanto riguarda gli standard, il 5G richiede apparecchiature in grado di gestire otto livelli di multiplazione spaziale. Quando tutti questi livelli funzionano correttamente insieme, si possono raggiungere velocità potenziali fino a dieci gigabit al secondo grazie a questi metodi di trasmissione coordinati tra diverse antenne.
Nelle aree urbane, il 60% degli operatori distribuisce RRUs vicino alle antenne per ridurre al minimo le perdite del cavo di alimentazione e la latenza. Sebbene le configurazioni centralizzate BBU-RRU rimangano dominanti negli stadi (85% della quota di mercato) per un controllo coordinato delle interferenze, i modelli distribuiti riducono la latenza del 35% negli ambienti con edifici alti, consentendo l'elaborazione dei segnali ai margini della rete e semplificando le esigenze di fronthaul.
I sistemi di antenna distribuita, o DAS per brevità, funzionano distribuendo diverse antenne insieme a unità radio remote (RRU) per potenziare la copertura del segnale in edifici di grandi dimensioni o strutture complesse. Queste RRU fungono da punto di connessione principale tra l'unità di banda base (BBU) e le antenne effettive. Posizionando le RRU proprio accanto alle antenne installate, si riducono notevolmente le perdite nei cavi coassiali. Inoltre, questa configurazione consente diverse topologie di rete, come il collegamento a catena o a stella. Qual è il vantaggio? Si creano reti facilmente espandibili con una latenza molto bassa, spesso inferiore ai 2 millisecondi. Questo approccio ha dimostrato ottimi risultati in luoghi con elevato movimento di persone, ad esempio gli impianti sportivi. Centralizzando l'installazione delle RRU, gli ingegneri riescono a semplificare notevolmente l'infrastruttura di fronthaul, riducendone la complessità di circa la metà, secondo le nostre relazioni di campo.
I sistemi DAS potenziati da RRU affrontano le principali sfide urbane:
Questi sistemi distribuiscono contemporaneamente segnali 4G e 5G, garantendo un'infrastruttura pronta per il futuro. Uno studio sul campo del 2023 ha rilevato che il DAS basato su RRU ha raggiunto una affidabilità del segnale del 98,2% su un'area urbana di 5 km², il 22% in più rispetto alle macrocelle autonome.
Il consumo energetico degli RRU 5G aumenta del 30-40 percento rispetto alle controparti 4G, poiché gestiscono larghezze di banda molto maggiori e utilizzano grandi array MIMO. Per mantenere un funzionamento regolare, i produttori hanno iniziato ad adottare sistemi di raffreddamento intelligenti, come metodi a raffreddamento liquido e materiali speciali per la dissipazione del calore, capaci di mantenere le temperature interne al di sotto dei 45 gradi Celsius anche quando fuori fa un caldo torrido. Senza un'adeguata gestione termica, questi dispositivi durano molto meno in zone esposte al sole per tutta la giornata. Abbiamo visto casi in cui un raffreddamento inadeguato riduce della metà la vita utile degli RRU nelle aree tropicali, motivo per cui investire in soluzioni di raffreddamento efficaci fa una grande differenza sia sulla durata dell'apparecchiatura sia sulla sua affidabilità operativa giorno dopo giorno.
Le unità radio remote odierne devono gestire circa quattro-sei diverse bande di frequenza, che coprono tutto, dalle reti LTE fino al 5G New Radio e ai vari protocolli IoT. Questo consente a più operatori di condividere la stessa infrastruttura fisica nelle zone urbane affollate, dove lo spazio è limitato. Il risultato? Un sensibile riduzione dell'affollamento sulle torri, con stime che indicano un numero di installazioni necessarie tra metà e due terzi in meno, senza compromettere la qualità del segnale, che rimane affidabilmente forte nella maggior parte dei casi. Ciò che rende questi sistemi così preziosi è il loro approccio modulare. Gli operatori possono semplicemente inserire ulteriori moduli radio quando acquisiscono nuove licenze spettrali, anziché sostituire interi apparati. Questo non solo riduce le spese in conto capitale, ma minimizza anche le interruzioni del servizio durante gli aggiornamenti della rete.
La tecnologia Virtual Radio Access Network separa fondamentalmente l'hardware RRU dai relativi componenti software proprietari del baseband, spostando gran parte dell'elaborazione su piattaforme cloud. Ciò che questo comporta per il settore è la necessità di connessioni standardizzate per il fronthaul, come eCPRI, insieme a protocolli di temporizzazione estremamente precisi, per rispettare le rigorose richieste di latenza. I rapporti sul campo delle aziende di telecomunicazioni mostrano in effetti risultati piuttosto impressionanti. Le reti che utilizzano RRU compatibili con vRAN hanno ridotto i tempi di implementazione dei servizi di circa il 40 percento, mentre le spese di manutenzione sono calate di circa il 35 percento. I principali motivi alla base di questi miglioramenti? Sistemi più adattabili combinati con processi automatizzati in tutte le operazioni di rete fanno tutta la differenza nel panorama delle telecomunicazioni attuale, caratterizzato da ritmi molto sostenuti.
Cos'è un RRU?
Un'RRU, o Unità Radio Remota, è un componente delle reti di telecomunicazione che converte i segnali digitali provenienti dall'Unità di Baseband (BBU) in segnali radio per la trasmissione.
Perché le RRU sono posizionate vicino alle antenne?
Posizionare le RRU accanto alle antenne riduce la perdita di segnale lungo i percorsi di trasmissione, migliorando l'intensità del segnale e l'efficienza della copertura.
In che modo le RRU contribuiscono all'efficienza energetica?
Grazie al posizionamento vicino alle antenne, le RRU riducono le perdite nei cavi coassiali, diminuendo significativamente l'attenuazione del segnale e migliorando l'efficienza energetica.
Qual è la relazione tra RRU e BBU?
Le RRU gestiscono i compiti relativi alla frequenza radio, mentre le BBU eseguono l'elaborazione digitale e la gestione dei protocolli, creando un'architettura di sistema efficiente.
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