リモート無線ユニット（RRU）は、無線アクセスネットワークにおいて、デジタルベースバンド処理と実際の無線周波数伝送を接続する上で不可欠なリンクとして機能します。これらの装置は、ベースバンドユニットからのデジタル信号を空中を伝わるRF波に変換します。また、ユーザーの携帯電話から戻ってくる信号に対しては逆の処理も行います。アンテナの近くに設置された場合、2.6GHz前後の周波数でRRUは100メートルあたり約4dBのフィーダー損失を低減できます。2023年のポネモン研究所の調査によると、すべての機器を一か所に集約する構成と比較して、この配置により信号品質が約22%向上します。主要メーカーは現在、高度なDAC／ADCコンバーターと優れたフィルタリングシステムをRRU内部に直接組み込んでいます。これにより、複数の周波数帯を同時に処理しつつ、遅延を70ナノ秒以下に保つことが可能になります。これは、私たちが求める高速な5Gアプリケーションにとって非常に重要な要素です。
現代の基地局は、以下の3つの主要要素から構成されています：
この分散型アーキテクチャは、2024年のRANエネルギー効率試験で示されているように、従来のマクロ基地局と比較して消費電力を18～35％削減します。RRUの屋外設置対応エンクロージャにより、アンテナから1～5メートル以内に設置が可能となり、大気中での減衰が15dB/kmを超えるミリ波帯域においてはこれが必須です。
BBUとRRUの分離は、統合型基地局からの根本的な転換を意味しており、以下のような利点をもたらします：
| 設定 | 遅延 | 派遣 の 柔軟性 | アップグレードコスト |
|---|---|---|---|
| 従来のマクロ基地局 | 8～12 ms | 低 | 高い |
| 分散型RAN | 2–4 ms | 高い | 40–60% 低減 |
安全な施設にBBUを集中させ、一方で塔サイトにRRUを分散配置することにより、事業者はソフトウェア定義無線の再構成を通じて現場アップグレードを92%高速化できます。最近のC-RAN導入事例は、この分離がBBUプールあたり64～256台のRRUにわたる動的な負荷分散を支援し、高密度都市部展開における周波数効率の最適化を実現していることを示しています。
リモート無線ユニット（RRU）は、現代のRANシステムの動作において非常に重要な両方向の信号処理を担当しています。ネットワークからデータを送信する際、これらのユニットはBBUから来るデジタル信号を、高度な変調方式を用いて実際の電波に変換します。また、上り方向のデータ受信時には、このプロセスを逆に実行し、受信した高周波信号をBBUが処理可能なデジタル形式に再変換します。RRUが同時に双方向通信を処理できるため、極めて高速な通信が可能となり、遅延はほとんど発生しません。誤り率も非常に低く、多くの5G構成では0.001％以下に抑えられています。これにより、数千台ものデバイスが同時に接続されていても、サービス品質に大きな支障をきたすことなく、すべての通信を同期させることができます。
RRUのRFフロントエンドは、4つの主要コンポーネントに依存しています：
これらのコンポーネントは連携して、現在のマルチテクノロジーRAN展開において最大8.2 bps/Hzのスペクトル効率を達成しており、実環境でのスループットテストでは従来システムを37%上回っています。
最新のRRUは、高効率PA（直流-RF変換効率90～94％）と超高感度LNA（雑音指数<1.2dB）を統合することで、5Gの厳しいリンク予算を満たしています。この組み合わせにより以下が可能になります：
液体冷却や相変化材料などの熱管理技術革新により、-40°Cから+55°Cの周囲温度範囲で安定した動作を確保
私たちがRRUと呼ぶリモート無線ユニットは、基本的に無線機能を基地局処理（ベースバンド処理）が行われる場所から分離することで、RANアーキテクチャをより柔軟にします。分散型RAN（D-RAN）システムを検討する場合、これらのユニットはセルサイトのアンテナ直近に設置されるため、同軸ケーブルを通じて信号が伝送される際に発生するアナログ信号の減衰を防ぎ、信号を強く保つことができます。中央集中型RAN（C-RAN）構成では、RRUは依然としてアンテナの近くに配置されますが、今度はファイバーオプティック回線を介して中央の処理ユニットに接続されます。業界の昨年の報告書によると、この構成により、サイトにおける物理的なスペース要件を約40％削減できる可能性があります。D-RANでもC-RANでも、こうしたリモートユニットは良好な信号品質を維持すると同時に、将来訪れるであろう変化にも対応可能なネットワークの適応性を高める上で重要な役割を果たしています。
リモート無線ユニットをアンテナの近くに配置することで、従来の構成と比較して給電線損失が約90％削減され、全体的なエネルギー効率に大きな違いをもたらします。ケーブルが短くなることで、RF電力の無駄も少なくなります。長距離の配線により総エネルギーの15～20％を失っていたのに対し、現在では5％未満の損失に抑えられています。特に高周波信号を使用する場合にその効果は顕著です。また、これらのRRUは屋外でも正常に動作するため、温度制御された高価な筐体を必要とせず、冷却要件が減少するという利点もあります。現場のエンジニアからは、夏場の高温期に空調装置が追いつかず苦労していたメンテナンスの負担が、この構成によって軽減されたとの報告があります。
今日のリモート無線ユニット（RRU）は、eCPRIなどの標準によりクラウドネイティブ環境と良好に連携できます。これにより、異なるベンダーのネットワーク間でリソースを動的にプールすることが可能になります。これらのユニットはモジュラー構造であるため、通信事業者はタワーストラクチャーを変更することなく段階的に容量を拡張でき、5G mMIMO機能の拡張やキャリアアグリゲーションの実装において非常に重要です。RRUを組み込んだ仮想化RAN（vRAN）ソリューションに注目すると、業界のテストでは、従来のシステムに比べて約30％速くサービスを展開できることが示されています。
最新のリモート無線ユニット（RRU）は、600MHzから6GHzまでの広範な周波数帯域で動作するため、従来のシステムと比較して約30％高いスペクトル効率を実現しています。この広帯域対応により、通信事業者は5G新無線（New Radio）技術への移行に際しても、既存のスペクトル資源を引き続き利用できます。広帯域RRUでは、複数の異なる周波数帯を一つのハードウェアに統合することが可能になります。これにより基地局での機器の増大を抑制でき、一セクターあたりの消費電力も、昨年『Wireless Infrastructure Journal』に発表された最近の研究によると約19％削減できます。
現在の主要なRRUは、ソフトウェア定義無線（SDR）アーキテクチャを通じて、GSM（2G）、UMTS（3G）、LTE（4G）、および5G NR信号を同時に処理できます。この下位互換性により、以下に示す表のように、並列した複数の無線回路を必要としなくなります。
| 周波数範囲 | 対応テクノロジー | ケース |
|---|---|---|
| 700–900 MHz | LTE、5G NR | 地方へのカバー率 |
| 1.8–2.1 GHz | GSM、UMTS | 都市部の音声サービス |
| 3.4–3.8 GHz | 5G NR | 容量のボトルネックが発生するホットスポット |
モジュラー型RRU設計により、事業者はリモートでのソフトウェア更新を通じて新しい周波数帯域をアクティブ化でき、タワーへの訪問回数を62％削減可能（ 2024年モバイルネットワーク事業者調査 ）。最新モデルに搭載された他事業者とのスペクトラム共有機能により、未使用帯域の動的割り当てが可能となり、複数事業者が共存する環境での5G展開を89％加速しています。
最新のラジオリモートユニット（RRU）は、内蔵された適応型ビームフォーミング技術と複数のアンテナ構成により、マッシブMIMOを実現しています。これらのユニットは、64送信・64受信の大型アレイと連携して、信号を必要とされる場所へ実際に指向させるため、従来の機器と比較して同じ周波数帯域にどれだけ多くのデータを収容できるかが大幅に向上します。昨年行われたいくつかのテストでも非常に印象的な結果が示されています。信号分離の8層を用いたこうした高度なRRUを導入したネットワークは、非常に混雑した都市環境においても、約3.8ギガビット毎秒の速度に達しました。このような性能は、ピーク時の利用時間帯でもすべてのユーザーを遅延なく接続し続ける上で極めて大きな差を生み出します。
ビームフォーミングユニット（BFU）は、無線リモートユニット（RRU）内のフェーズシフターおよびパワーアンプと連携して動作し、5Gミリ波帯域で信号を約±2度の精度で指向制御します。このレベルの制御を実現することで大きな差が生まれており、複数のサービスプロバイダーが同じエリアを共有する場合、事業者からの報告では干渉が約65％低減され、セルカバレッジは従来よりも約18％広がっています。今後を見据えると、より新しいRRUは、これらのすべての構成部品を1つのコンパクトな屋外ユニットに統合した内蔵型アンテナモジュールを備えて設計されています。この統合により設置コストが大幅に削減され、すべての機器を個別に設置する従来型システムに比べて、企業は約40％の費用を節約できます。業界は明らかにこうした統合型ソリューションへと進んでおり、性能面の利点に加えて大幅なコスト削減も提供しています。
屋外RRUはアクティブMIMO動作中に最大300Wの熱を発生するため、45°C以下の温度を維持するために液体冷却シャーシとAI駆動の空気流システムが必要です。最先端モデルでは、窒化ガリウム（GaN）パワーアンプと負荷適応型電圧制御を採用することで94％のエネルギー効率を達成しており、2023年の通信業界のサステナビリティベンチマークによると、1台あたり年間7,200米ドルのOPEX削減が可能です。
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