ネットワーク内でRRUとBBUの互換性を確保する方法

RRUとBBUの間の機能的関係の理解

現代の無線アクセスネットワークにおける基地局帯域幅ユニット（BBU）の役割

無線アクセスネットワークの中心には、ベースバンドユニット（BBU）があり、これは基本的にすべての複雑な処理を制御する「頭脳」のような役割を果たします。BBUはPDCP（パケットデータ収束プロトコル）やRLC（無線リンク制御）といった重要なプロトコルを処理します。これらが実際に担っているのは、エラー発生時の修正、データサイズの圧縮による高速伝送、そしてリソースの動的な最適配分などです。この一連のプロセスにより、携帯電話が接続されているネットワークと安定して通信し続けられるようになります。今や5Gの登場により、BBUはSDAP（サービスデータ適応プロトコル）という技術によってさらに高度化されています。この新機能により、ネットワークはサービス品質（QoS）の要件に応じて、実行中のサービスに応じたトラフィックの優先順位をきめ細かく決定できるようになりました。

RRUの機能と基地局アーキテクチャ内での統合について

リモート無線ユニット（RRU）は、基本的に私たちが扱うデジタルベースバンド信号と実際の無線周波数伝送との接続点として機能します。これらのユニットは通常、アンテナ自体の近くに設置されており、多くの場合300メートル以内の距離にあります。その役割は、ベースバンドユニットから来るデジタル情報を取り込み、空中をアナログ波として伝送可能な形に変換することです。また、ビームフォーミング技術やMIMO（Multiple Input Multiple Output）処理といった高度な処理も行います。信号が実際に送信される場所に非常に近いという配置は大きな違いを生みます。特に5Gの高周波帯、特にmmWave周波数では、信号損失が大幅に低減されるため非常に重要です。RF処理を中央の拠点ではなくネットワークのエッジ側で行うことで、通信事業者はスペクトル資源をより効率的に活用できます。また、設置スペースが限られている大規模インストールにおいて、複雑なケーブル配線の量を削減できるという利点もあります。

4Gおよび5GシステムにおけるRRUとBBU間の信号処理および変換

信号処理の責任は、4Gと5Gの間で大きく異なります。

• 4G LTE ：BBUはMACスケジューリングおよびFEC符号化を管理し、RRUはQPSKや16QAMなどの基本的な変調方式を処理します。
• 5G NR ：RRUは大規模MIMOのプリコーディングやPHY層処理の一部など、より高度なタスクを担うようになり、従来の4G CPRIシステム（3GPPリリース15）と比較してフロントホール帯域幅の要件を最大40％削減します。

この変化により、フロントホール容量をより効率的に利用でき、5Gアプリケーションの増加するスループット要求に対応できます。

BBUにおける機能分割の影響（例：O-RANのFH 7.2やFH 8などの分割）

O-RANアライアンスが定義した機能分割は、BBUとRRU間での処理の分配方法を再構成しています。

• 分割7.2（FH 7.2） ：RRUはFFT／iFFTやサイクリックプレフィックスの除去といった下位PHY機能を処理するため、より高いフロントホール帯域幅（最大25 Gbps）が必要となりますが、集中制御は維持されます。
• 分割8（FH 8） pHY処理全体がRRUに移行し、fronthaulの必要帯域を約10 Gbpsまで削減する代わりに、遅延が15%程度増加する（O-RAN WG1 2022）。

このような柔軟な分割により、事業者は仮想化無線アクセスネットワーク（vRAN）フレームワーク内での多様なベンダー環境において、コスト、性能、スケーラビリティを最適化できる。

Fronthaulインターフェースプロトコル：RRUとBBU接続におけるCPRI対eCPRI

RRUとBBUの接続および制御のための共通公開ラジオインタフェース（CPRI）プロトコル

CPRIは、今日のほとんどの4Gネットワークにおいてフロントホール接続の主要なソリューションであり続けています。基本的には、PHY層の処理がすべてBBU側で行われ、そのデジタル化されたI/Qサンプルが専用の光ファイバー線路を通じてRRUに送信されます。このシステムは、100マイクロ秒未満という非常に低い遅延時間を処理でき、セクターあたり約24.3ギガビット毎秒という非常に優れた帯域幅性能を提供します。これにより、さまざまなネットワーク条件下でも一貫したパフォーマンスを維持できます。しかし、ここで注意すべき点があります。この構成全体はその硬直的なアーキテクチャゆえに非常に柔軟性に欠けています。5G展開に向けて進むにつれて、これは問題となります。なぜなら、新しいネットワークでは、動的に負荷を調整でき、クラウドインフラストラクチャと円滑に統合可能な、はるかに適応性の高いソリューションが必要になるからです。多くの事業者はすでに、次世代の要件に対応するために既存のCPRIベースのシステムを拡張しようとすると問題に直面しています。

仮想化RAN（vRAN）および5GネットワークにおけるCPRIからeCPRIへの進化

従来のCPRIの欠点に対応して、業界は2017年にeCPRIを策定した。この新しいバージョンは生のI/Qデータストリームではなくパケット方式で動作するため、フロントホールの帯域幅要件を大幅に削減でき、多くの推計では約70%の削減が可能となっている。eCPRIの特筆すべき点は、O-RANのOption 7.2x構成などにおける機能分割の扱い方にある。これは物理層処理の一部をRRU側に移すもので、システム全体の効率を向上させることに貢献している。最も重要なのは、eCPRIが標準的なEthernet/IPネットワーク上で動作するため、事業者がトランスポートインフラをさまざまなサービス間で共有でき、必要に応じてソフトウェア定義型のソリューションを展開できる点である。しかし、すべてをシームレスに連携させるには依然として大きな課題がある。2023年末の市場動向を調査したところ、マルチベンダー環境の約5台に1台が統合時に問題に直面しており、これは各ベンダーが仕様を異なる方法で実装することによる互換性の障壁が原因で、誰もが避けたい状況となっている。

CPRI/eCPRI フロントホールインターフェースの帯域幅と遅延への影響

CPRIは伝統的なD-RAN構成で見られるような低遅延が求められる状況では非常に効果的ですが、帯域幅の要件に関して問題があります。特に都市部では、大量のデータが既存のファイバーインフラに大きな負担をかけるため、この課題が顕著です。このような場合に登場するのがeCPRIであり、Ethernetベースのアプローチにより、スケーリングがはるかに容易かつ安価に実装できるようになります。ただし、標準的なCPRIと比較すると、わずかに遅延に対する許容度が高くなる必要があります。工場の自動化システムや自動運転車のようなURLLCアプリケーションにおいては、エンジニアたちがハイブリッド同期方式の使用を始めています。このような手法では、重要な操作に対して十分なタイミング精度を維持しつつ、パケットベースのフロントホールがもたらす柔軟性と性能の利点を享受できます。

ネットワークアーキテクチャモデルとRRU・BBU統合への影響

4G D-RANと集中型C-RANアーキテクチャにおけるRRUおよびBBUの統合

RRUとBBUの統合環境は主に2つのアプローチによって形作られています：分散型RAN（D-RAN）と集中型RAN（C-RAN）です。D-RANを用いた4Gネットワークでは、通常、各セルサイトにBBUとRRUが一緒に設置され、独立した基地局が構成されます。この構成は設置や同期の面でシンプルですが、サイトごとにハードウェアが重複したり、消費電力が増加するといった欠点があります。一方、C-RANは異なるアプローチを取り、すべてのBBUを中央の場所に集約します。これにより処理リソースをプール化し、事業者が機器をより効率的に利用できるようになります。2023年の最近の研究によると、C-RANに移行することでエネルギー費用を約28%削減できるとされています。しかし、この方式には課題もあります。すなわち、リモートのRRUと中央に集約されたBBUの間で、10～20 Gbps程度のCPRIトラフィックという大量のデータをやり取りするために、強力なフロントホール接続が必要になるのです。

VRAN（仮想化RAN）が5GにおけるRRUの進化に与える影響

仮想化無線アクセスネットワーク（vRAN）技術は基本的に、専用ハードウェアではなく、一般的な商用サーバー上で動作するソフトウェアとしてベースバンドユニット（BBU）を実現します。この分離により、通信事業者は必要に応じてリソースをスケーリングでき、より迅速にアップデートを展開でき、高価な独自機器に縛られることなくなります。5Gネットワークにおいては、vRANはO-RAN標準のFH 7.2構成など、機能を分割する新たな方法を推進しています。このアプローチにより、物理層の一部処理をリモート無線ユニット（RRU）側により近づけることが可能になります。例えば、Verizonが2024年に実施した最近のフィールドテストでは、複数のレイヤーにわたる処理を担当する互換性のあるRRUを使用した結果、信号伝送の遅延が約40％削減されました。この結果は、仮想化とスマートな分散処理機能が密接に連携して働く様子を明確に示しています。

O-RAN標準およびフロントホールの相互運用性とオープン性への影響

O RANアライアンスは、異なる機器がシームレスに連携動作するオープンな無線アクセスネットワークエコシステムの構築を目指しています。同団体は、さまざまなベンダーが相互に連携できるようにするためのOpen Fronthaul（OFH）などの標準を策定しています。たとえば、7.2xスプリット仕様は、IQデータや制御メッセージの形式に関する明確なルールを定めており、これにより、異なるメーカーのリモート無線ユニット（RRU）とベースバンドユニット（BBU）を自由に組み合わせることが可能になります。2025年にGSMAが発表した最近のレポートによると、O RAN準拠部品で構築されたネットワークは、共通の監視ツールを全体制に備えていたため、問題の解決が92％も迅速に行えたことが明らかになりました。さらに朗報もあります。初期段階のテストでは、AIがRRUとBBU間の協調を管理することで、周波数スペクトル効率が15～20％向上することが示されています。これらの数字は、今日の通信業界において、オープン性と自動化がいかに重要であるかを如実に示しています。

マルチサプライヤーRRU BBU導入におけるベンダー間相互接続性の課題を克服する

RRU BBUエコシステムにおける独自ハードウェアおよびソフトウェアが引き起こす課題

独自インターフェースは、マルチベンダーRAN導入における主要な障壁のままです。62%以上もの通信事業者が、ベンダー間での制御プロトコルの不一致により統合時に遅延が生じていると報告しています（STL Partners 2025）。レガシーシステムは多くの場合、クラウドネイティブで仮想化された環境との統合に抵抗するベンダー固有のソフトウェアスタックに依存しており、5GおよびO-RANが約束する柔軟性を損なっています。

フロントホールネットワークにおけるメーカー間の機器互換性の確保

O-RANのオープンフロントホール仕様を採用することで、相互接続性のリスクを大幅に低減できます。準拠した機器を使用するネットワークは、独自ソリューションに依存するネットワークに比べて統合が89%高速になります。重要な互換性の要因には以下が含まれます：

• ±1.5 μsの許容誤差内のタイミング同期
• CPRI／eCPRIラインレートの一致（9.8 Gbpsから24.3 Gbpsの範囲）
• 共有スペクトル共有アルゴリズム

標準化により、複数のサプライヤーが混在するサイト間でもシームレスなハンドオフと一貫したパフォーマンスが保証されます。

ケーススタディ：CPRIラインレートの不一致による統合失敗

2023年に、10.1 Gbpsで動作するCPRI Option 8用の4G RRUセットを、本来eCPRI 24.3 Gbpsを必要とする5G対応BBUに接続したことで発生した展開問題がありました。その後どうなったかというと、約58%の大きな帯域幅の不一致が生じ、信号品質が著しく低下し、繰り返し問題が発生しました。事後調査によると、この混乱は設置前にインターフェースの適合性を確認していれば防げた可能性が高いことがわかりました。標準の文書ガイドラインに従い、適切な適合性テストを実施していれば、このエラーは早期に検出できたのです。非常に基本的なことですが、設置時に見落とされてしまったようです。

展開時にRRUとBBUの互換性を確保するためのベストプラクティス

インターフェースプロトコルおよび同期要件の事前展開検証

統合作業を開始する前に、プロトコルの互換性や同期パラメータを正しく設定することが最優先です。この分野で作業しているエンジニアにとっては、CPRIやeCPRIといったフロントホール規格について全員が合意しているかを確認することが非常に重要です。また、シンボルレートが一致していることを確認し、特に今般よく見られる4Gと5Gの混在環境においては、IQ圧縮設定がどのように設定されているかを把握する必要があります。昨年の研究によると、すべての展開遅延の約3分の2は、事前の適切な検証が行われなかったことが原因です。そのため、古い無線リモートユニットと新しいベースバンドユニットを接続しようとする際には、適切なテストが極めて重要になります。数字が示す通り、入念な準備がいかに不可欠であるかが明確です。

RRUとBBU接続における光ファイバー品質および信号完全性の確保

信号の完全性を保つため、光ファイバーリンクはITU-T G.652規格に準拠している必要があります。主な要件には以下が含まれます。

• 1310 nmにおける減衰が0.25 dB/km未満であること
• 曲げ半径が30 mmより小さくないこと
• APC/UPCコネクタの反射率が55 dB未満であること

現場での調査によると、設置時の不適切な光ファイバー取り扱いが、中帯域5Gネットワークにおける展開後の信号損失事故の42%を占めていることから、訓練された技術者と品質保証チェックの重要性が強調されています。

マルチベンダー構成におけるO-RANアライアンス仕様を用いた標準化戦略

制御面、ユーザ面およびデータ面全体でO-RAN準拠を義務付けることで、2024年の相互運用性ベンチマークによればベンダーロックインが58%削減されます。事業者は以下の事項の遵守を徹底すべきです。

• 標準化されたメッセージフォーマット（Mプレーン、CUS）
• サービス管理およびオーケストレーションAPI
• タイミング精度のしきい値（5Gスタンドアロンの場合±16 ppb）

このような方針は、長期的な柔軟性を促進し、トラブルシューティングを簡素化し、自動化されたプロビジョニングを支援します。

展開後の互換性問題の監視とトラブルシューティング

統合後は、監視中にBER（ビットエラーレート）やEVM（Error Vector Magnitude：誤差ベクトル振幅）、およびeCPRIシステムを扱う場合200ナノ秒以下に保つ必要がある遅延ジッターなど、いくつかの重要な指標を注視することが重要です。現在では、3GPP TR 38.801仕様に準拠して動作する自動化ツールが利用可能です。これらのツールは、機能分割に関連する問題の約8割をわずか1日以内に解決できるため、多くのエンジニアが便利に感じています。定期的な点検も忘れてはいけません。ETSI EN 302 326の推奨事項に従うことで、時間の経過とともにすべてが円滑に動作し続けます。これにより、ネットワークが変化し続け成長を続けても、システムが安定したまま相互に正常に動作し続けることが可能になります。