リモート無線ユニット(RRU)は、基地局のベースバンドユニット(BBU)から出力されるデジタル信号を、実際にワイヤレスで送信可能な電波に変換することで、現代のセルラー通信ネットワークにおいて極めて重要な役割を果たしています。通信事業者がこれらのRF部品を中央の設備室から分離し、アンテナの直近に配置することで、機器室間を接続する長距離ケーブルにおける信号劣化を低減できます。また、これにより通信事業者はカバレッジエリアの設計においてはるかに高い柔軟性を得ることができます。では、RRUとは具体的にどのような機能を持つのでしょうか?主な機能として、信号を増幅してより遠距離まで届けること、通話やデータ伝送を妨げる不要なノイズをフィルタリングすること、そして農村部のカバレッジに広く使われる700MHz帯や都市部で高速通信に利用される3.5GHz帯など、異なる周波数帯域間を切り替える場合でも、信号をクリーンかつ安定した状態に保つことが挙げられます。
RRUは、すべてのデジタル処理を担当しプロトコルを管理するBBUと連携して動作します。この構成により、大部分の重い計算処理はBBUで行われ、RRUは高周波(RF)関連のタスクを担当するという分担が実現されています。これにより、従来のようにすべての機能が一つのユニットに詰め込まれていたシステムと比較して、システム遅延が大幅に削減され、実に約半分になります。また、この方式の利点として、規模の拡張が容易になり、何か問題が発生した場合の修理もより簡単になることが挙げられます。一方で、これらのRRUは基地局の総消費電力の約3分の2を占めているため、特に屋外に設置されさまざまな気象条件にさらされることが多いことから、設計者は熱管理に対して十分な配慮をする必要があります。
現代の基地局は、主に以下の3つの層から構成されています。
RRUをアンテナと同一場所に配置することで、2.6GHzでは100メートルあたり最大4dBに達する同軸ケーブル損失を大幅に低減でき、カバレッジとエネルギー効率の両方を向上させます。
アップリンクおよびダウンリンクのトラフィックを同時に処理する際、リモート無線ユニット(RRU)はファイバー接続を通じて到来する光信号を電気信号に変換します。これらの信号は20~80ワットの送信レベルまで増幅され、ビームフォーミングのためにアンテナアレイを通じて送信されます。その結果、空間が限られた都市部において、スペクトル効率が約3倍向上した高度なMIMO構成が可能になります。現場での測定によると、RRUを搭載した基地局の信号可用性は約98.4%であり、従来の集中型システムが約89.1%前後であるのに対し、大幅に優れた性能を示しています。この差の理由は何か?送信経路における損失の低減と合わせたより高い信号品質が、ここでの差異を生み出しているのです。
RRUを選択する際には、現在のネットワークが実際に運用している周波数帯(サブ6GHzや5G展開における高周波mmWaveなど)と一致させることが重要です。キャリアアグリゲーションのサポートは、多くの事業者が断片化されたスペクトラム割り当てに対処しているため、事実上必須となっています。また、PCB基板材料にも注意を払う必要があります。高品質な材料を使用することで、さまざまな周波数にわたって安定した性能を維持できます。一部のメーカーは、最適化された基板により、複数の周波数帯を同時に展開する際にエンジニアが再チューニングを行う頻度を20~40%程度削減できると主張しています。過酷な環境でネットワークを運用している場合は、優れた誘電特性を持つ装置を選ぶのが理にかなっています。このような部品は、実際の設置環境で避けられない負荷変動や極端な気象条件にさらされた場合でも、信号劣化に対してより耐えることができます。
トラフィックが急増する際に信号を明瞭に保つため、高性能のリモート無線ユニットは1dB圧縮点で少なくとも43dBmに達する必要があります。このしきい値が低すぎると、混雑した時間帯に歪みが深刻な問題になります。誤差ベクトル振幅(EVM)に関しては、複数のチャネルにわたり正確な変調を行うために3%未満に抑えることが不可欠です。60ワットを超える出力を持つシステムは、発熱により信号品質が15%から30%低下するため、優れた冷却ソリューションに大きく依存しています。このような品質劣化は実際の運用環境では急速に蓄積します。超低雑音増幅器(LNA)を搭載した機器は、オペレーターに対して信号対雑音比(SNR)を約4~6dB向上させるため、都市中心部や人口密集地など、多くの信号が競合する環境において特に価値があります。
標準的な同軸ケーブルは、3.5GHz前後の周波数で約1メートルあたり0.5デシベルの損失が生じるため、長距離にわたって使用する場合、ほとんどのケースで非常に非効率的です。実際のアンテナに近い場所にリモート無線ユニット(RRU)を設置することで、必要なケーブル長を短縮でき、受動的相互変調(PIM)問題を約70%削減できます。屋上に機器を設置する建物では、ケーブル内部への水の侵入を防ぐために、加圧キットの使用が不可欠です。また、光ファイバーとRRU技術を組み合わせることも有効な戦略です。このようなハイブリッドシステムにより、特殊な低損失光接続のおかげで、500メートルという距離でも信号品質を約98%維持でき、性能が大幅に向上します。
RRUの適切な展開は、アンテナとの物理的および電気的な接続の質に大きく依存しています。エンジニアがインピーダンスを正確に合わせることで、反射電力を0.5dB未満まで低減でき、信号を強く明瞭に保つことができます。最近の技術革新により、集積フォトニクスやメタマテリアルと呼ばれる特殊材料を用いて、アナログ信号からデジタル信号への変換がこれまでになく高速化され、現在では500ナノ秒以下での処理が可能になっています。このような速度は、ビームをリアルタイムで制御するために不可欠であり、5G NRネットワークの正常な機能に必要です。大規模な展開を運営する事業者にとって、こうした改善は、複数の地点間で正確なタイミングを維持し、状況の変化に応じてビームを動的に調整する上で非常に大きな違いを生みます。
新世代のリモート無線ユニットは、64個の送信機と64個の受信機を組み合わせた64T64R構成を備えており、これにより大規模MIMOが可能になります。この構成により、システムは一度に一人ずつではなく、複数のユーザーに同時にデータを送信できるようになります。高度な機械学習システムが約2ミリ秒ごとにビームフォーミングのパラメータを最適化しており、実際の現地試験では、セルの端にいるユーザーのスループットが約40%向上することが確認されています。ちなみに、5G規格では空間多重化の8レイヤーに対応できる機器が必要です。これらのアンテナ間で協調的に伝送を行うことで、すべてのレイヤーが正しく連携すれば、理論上の最大速度は秒速10ギガビットに達する可能性があります。
都市部では、60%の事業者がアンテナ近くに分散型RRUを導入し、フィーダー損失と遅延を最小限に抑えています。一方で、干渉制御の協調が必要なスタジアムなどでは、集中型BBU-RRU構成が依然として主流であり(市場シェア85%)、分散型モデルは高層ビル環境においてエッジベースの信号処理を可能にし、フロントホールの要件を簡素化することで、遅延を35%削減します。
分散アンテナシステム (Distributed Antenna Systems, DAS) は,大きな建物や複雑な構造物に信号の覆いを高めるため,複数のアンテナとリモートラジオユニット (RRU) を配備することで機能します. これらのRRUは,ベースバンドユニット (BBU) と実際のアンテナの主要な接続点として機能します. 座標のすぐ隣に設置すると 退屈な同軸ケーブル損失を 減らすことができます ネットワークのレイアウトも可能です チェーンで全てを接続したり 星パターンを使うとか 何がこれらを素晴らしいものにするのか? 遅延が非常に低い状態で 2ミリ秒未満です 遅延が非常に低い状態で 2ミリ秒未満です この方法は特に 人々が移動する場所では 効果があります 例えばスポーツアリーナです 工学者はRRUの設置を集中させることで フロントライン側では 作業をかなり簡素化することができました 現地レポートによると 通常の複雑さの半分くらいです
RRU強化型DASシステムが解決する主要な都市部の課題:
これらのシステムは4Gおよび5G信号を同時に配信し、将来を見据えたインフラを確保します。2023年の実地調査では、RRUベースのDASが都市部5km²において98.2%の信号信頼性を達成した一方で、スタンドアロンマクロセルよりも22%高い結果となりました。
5G RRUの消費電力は、4G版に比べて約30〜40%増加しています。これは、より広帯域の信号を処理し、大型MIMOアレイを使用しているためです。円滑な運用を維持するため、メーカー各社は液体冷却技術や特殊な放熱材料といったスマート冷却システムの導入を始めています。これにより、外気が非常に高温になっても内部温度を45度未満に保つことが可能になっています。適切な熱管理が行われないと、日中ずっと強い日差しが当たる地域では装置の寿命が大幅に短くなることがあります。熱帯地域での実例として、冷却性能が不十分なことによりRRUの寿命が半分になるケースも確認されており、そのため優れた冷却ソリューションへの投資は、機器の耐用年数と日々の安定した動作の両面で大きな違いを生みます。
今日のリモート無線ユニットは、LTEネットワークから5G New RadioおよびさまざまなIoTプロトコルまでをカバーする、およそ4〜6の異なる周波数帯を処理する必要があります。これにより、空間が限られている混雑した都市部において、複数の通信事業者が同じ物理インフラを共有できるようになります。その結果、塔の混雑が大幅に緩和され、設置台数を半分から3分の2ほど削減できると推定されています。これにより、信号品質はほとんどの場合安定して強力なまま維持されます。このようなシステムが非常に価値あるのは、モジュラー設計を採用している点です。通信事業者は、新たな周波数帯のライセンスを取得した際に、機器全体を交換するのではなく、単に追加の無線モジュールを差し込むだけで済みます。これにより、資本支出(CAPEX)の削減だけでなく、ネットワークのアップグレード時のサービス中断も最小限に抑えることができます。
仮想化無線アクセスネットワーク(vRAN)技術は基本的に、RRUハードウェアをそれらの独自のベースバンドソフトウェアコンポーネントから分離し、処理の大部分をクラウドプラットフォームに移行します。この技術が業界にもたらす影響として、厳格な遅延要件に対応するためには、eCPRIなどの標準化されたフロントホール接続や非常に高精度なタイミングプロトコルが必要になることが挙げられます。通信事業者からの現場報告では実際に非常に優れた結果が示されています。vRAN対応RRU上で動作しているネットワークでは、サービス展開までの時間が約40%短縮され、メンテナンス費用もおよそ35%削減されています。こうした改善の主な理由は何かというと、適応性の高いシステムとネットワーク運用全体での自動化プロセスが、今日の急速に変化する電気通信環境において大きな差を生み出しているからです。
RRUとは何ですか?
RRU(リモート・ラジオ・ユニット)は、基地局のベースバンドユニット(BBU)からのデジタル信号を無線信号に変換し、送信するための通信ネットワーク内の構成要素です。
なぜRRUはアンテナの近くに設置されるのですか?
RRUをアンテナの隣に配置することで、伝送経路における信号損失が減少し、信号強度とカバレッジ効率が向上します。
RRUはエネルギー効率にどのように貢献していますか?
アンテナと同一場所に設置されることで、RRUは同軸ケーブルによる損失を低減し、信号減衰を大幅に抑え、エネルギー効率を向上させます。
RRUとBBUの関係はどのようなものですか?
RRUは無線周波数処理を担当し、BBUはデジタル処理およびプロトコル管理を担当することで、効率的なシステムアーキテクチャを構築しています。
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