Базалық станцияларда BBU және RRU қалай тиімді жұмыс істейді?

Сигналды өңдеудегі Базалық Жиілікті Блок (BBU) функциялары мен міндеттері

Қазіргі заманның базалық станцияларының негізінде барлық түрлі маңызды сигналды өңдеу жұмыстарын орындайтын Базалық жиілікті блок (BBU) орналасқан. Модуляция мен демодуляция, қате түзету сияқты процестерді, сонымен қатар PDCP, RLC және RRC сияқты әртүрлі деңгейлердегі протоколдарды басқаруды қамтиды. Сигнал ауа арқылы жіберілмес бұрын бұл құрылғы LTE және 5G NR желілерін реттейтін 3GPP стандарттарына сәйкес келетінін қамтамасыз етеді. BBU-лардың ерекшелігі — басқару жазықтығы функцияларын жүйе арқылы өтетін нақты деректерден бөлуі. Қол ауыстыруды басқару сияқты операциялар қалыпты деректер ағымынан бөлек орындалған кезде ресурстарды тиімді бөлу мүмкіндігі ашылады. Демек, желілер трафиктің күрт өсуі немесе төмендеуі сияқты жағдайларда да жұмысын үздіксіз жалғастыра отырып, уақытылы бейімделе алады.

Жиілікті түрлендіру мен антенналармен интерфейс жасаудағы Қашықтан радио құрылғысының (RRU) рөлі

Алысқан радио блогы (RRU) антенналардың дәл жанында орналасып, базалық сигналдарды 2,6 ГГц немесе 3,5 ГГц жиіліктері сияқты нақты радиотолқындарға түрлендіреді. Бұл орналасу сигнал жоғалтуын азайтады, әсіресе жоғары жиілікті диапазондарда кәдімгі коаксиалды кабельдерді пайдаланған кезде әрбір 100 метр сайын шамамен 4 дБ-ға жетеді. RRU нені істейді? Ол деректерді төменгі бағытта жіберу үшін сандық ақпаратты аналогтық түрге түрлендіреді, құрылғылардан кері қайтатын әлсіз сигналдарды шу қоспай күшейтеді және карьерлік агрегация деп аталатын технология арқылы 700 МГц-тен бастап 3,8 ГГц-ке дейінгі бірнеше жиілікті диапазондармен жұмыс істейді. Бұл құрылғыларды антенналарға жақынырақ орнату желілердің жауап беру уақытын да тездетеді. Тестер кабельдердің ұзын кесінділері арқылы жабдықтардың орналасқан жерлерін байланыстыратын ескі жүйелермен салыстырғанда кідірудің шамамен 25% төмендейтінін көрсетті.

Толықтырушы жұмыс үдерісі: BBU мен RRU қалай соңғы нүктеден соңғы нүктеге дейінгі сигналды таратуды қамтамасыз етеді

BBU және RRU CPRI немесе eCPRI протоколдарын пайдаланатын жоғары жылдамдықты оптикалық талшық арналар арқылы бірге жұмыс істей отырып, сандық өңдеуден бастап ауа арнасы арқылы берілуге дейінгі үздіксіз сигнал тізбегін құрайды.

Бұл таратылған архитектура BBU-ларды орталықтандырады, ал RRU-ларды мұнараның төбесіне орналастырады, бұл қала аймақтарында спектрлік тиімділікті 32% арттырады. Бөліну тәуелсіз жаңартулар жасауға мүмкіндік береді және O-RAN экожүйелерін дамытуда ерекше пайдалы болып табылады.

Оптикалық талшық негізіндегі фронтхол қосылу: CPRI және eCPRI арқылы BBU мен RRU-ны байланыстыру

BBU-RRU арасындағы байланыста жоғары жылдамдықты оптикалық талшықтық желілер

Оптикалық талшықты кабельдер BBU-ларды RRU-ларға жалғау кезінде жоғары жолақтық пен ең аз кешігу мүмкіндігін қамтамасыз ететін, бүгінгі күнгі фронтхол желілерінің негізін құрайды. Бұл кабельдер секундына 25 гигабиттен астам деректер жылдамдығын өңдей алады, яғни электромагниттік бөгеулестіруден зардап шекпей, сандық радиосигналдарды сенімді тасымалдауға мүмкіндік береді — бұл бір уақытта көптеген жабдықтар жұмыс істейтін тығыз қалалық аймақтарда өте маңызды. CPRI стандарты базис-жиілікті өңдеуді BBU-да және RRU орындайтын нақты RF жұмысы арасындағы синхрондауды сақтау үшін екі бағытты оптикалық талшықпен бірге жұмыс істейді. Бұл синхрондау сигнал сапасының бастапқыдан соңғыға дейінгі жүйе бойынша сақталуына көмектеседі.

CPRI және eCPRI: Фронтхолдың тиімділігі мен жолақтықты басқару протоколдары

5G желілеріне қарай жылжуымызбен бірге, көптеген операторлар жақсартылған CPRI немесе қысқаша eCPRI деп аталатын нәрсені қабылдауды бастады. eCPRI-дің қызықты жағы – бұл CPRI-дің ескі нұсқаларымен салыстырғанда жол жиілігі талаптарын он есе дейін азайтады. Дегенмен, дәстүрлі CPRI басқаша жұмыс істейді. Ол әр антенна үшін жеке талшықтық байланысты қажет етеді және 1-деңгейдегі (Layer 1) операциялар деп аталатын нәрсеге сәйкес келеді. Бірақ мәселе мынада: бүгінгі күні өте жиі кездесетін үлкен MIMO орнатуларымен жұмыс істегенде, қарапайым CPRI масштабтауға мүмкіндік бермейді. Дәл осы жерде eCPRI жақсы көрінеді. Ethernet негізіндегі тасымалдау әдістеріне ауысу арқылы ол статистикалық мультиплексирлеу деп аталатын нәрсе арқылы бірнеше сенімсіз радио блоктарының ресурстарды бөлісуіне мүмкіндік береді. Нәтиже? Қосымша инфрақұрылым шығындарынсыз фронтхол эффективтілігі тұрғысынан әлдеқайда жақсы жұмыс істеу.

Бұл даму фронтхол құнын 30% азайтады және масштабталатын миллиметрлік толқынды орнатуларды қолдайды.

Фронтхол дизайндағы латенттілік, сыйымдылық және синхрондау ескертулері

Уақытты дұрыс ұстау өте маңызды. Егер 50 наносекундтан үлкен синхрондау қатесі болса, бұл 5G желілеріндегі пучкоформирование мен уақытқа негізделген басқа функцияларды бұзады. Сондықтан заманауи фронтхол жүйелері желіде басқару сигналдарының дұрыс қозғалуын қамтамасыз ету үшін IEEE 802.1CM TSN стандарттары сияқты нәрселерді қолданады. Деректер көлемін өңдеу тұрғысынан алғанда, қазір көпшілік 25G трансиверлерге көшті. Олар сигнал жоғалтуын шамамен 1,5 дБ/км деңгейінде өңдейді, бұл ескі 10G жүйелерінен шамамен үштен екіге дейін жақсырақ. Барлық осы жаңартулар центрлік архитектура орнатуларында базалық жиілікті құрылғыларды алыс радиожинақтағыш құрылғылардан 20 км қашықтыққа дейін орналастыру қажет болғанымен, біз әлі де миллисекундтан төмен жауап уақытын ала аламыз.

Желі архитектурасының дамуы: D-RAN-нан C-RAN және vRAN-ға дейін

D-RAN vs C-RAN: BBU-ны орналастыруға және RRU-ны бөлуге әсер ету

Дәстүрлі үлестірілген RAN немесе D-RAN орнатуларында әрбір ұялы байланыс мұнарасы өз базалық жолақты блогын қашықтықтан радио блогының жанында орналастырады. Бұл сигналдың кідіруін 1 миллисекундтан төмен ұстаса да, бұл көп уақытты пайдаланбай отыратын көп қосарланған жабдықты білдіреді және мұнаралар арасындағы ресурстарды бөлісуді қиынға салады. Жаңа орталықтандырылған RAN әдісі барлық BBU-ларды алады және оларды әртүрлі орындардағы RRU-ларға оптикалық талшықтар арқылы байланысты орталық орындарда біріктіреді. Dell'Oro компаниясының 2023 жылғы баяндамасында көрсетілгендей, бұл өзгеріс ағымдағы шығындарды 17%-ға дейін, тіпті 25%-ға дейін қысқарта алады. Сонымен қатар, желі операторлары күні бойы трафик өзгерген сайын, процессорлық қуатты ең қажет жерге жеткізу мүмкіндігін алады.

Ресурстарды тиімді және тиімді бөлісуді жақсарту үшін C-RAN-де орталықтандырылған BBU-пулдар

BBU-ларды орталықтандырылған құрылғыларда біріктіру арқылы операторлар бір ғана орыннан жүзге жуық RRU-ды басқара алады. Пайдасына мыналар жатады:

• Жабдықтарды біріктіру : 24 ұяшықты орнату D-RAN конфигурациясымен салыстырғанда 83% аз BBU шассисін талап етеді
• Энергияның оптималастыруы : Жүктеуді теңестіру базалық станцияның электр энергиясын пайдалануды 35% азайтады (Ericsson зерттеуі, 2022 жыл)
• Дамыған координациялау : Тиімді 5G миллиметрлік толқынды сәулелендіру үшін координатталған көп нүктелі (CoMP) сияқты әдістерді мүмкіндік береді

Виртуалданған RAN (vRAN): BBU функцияларын бұлттық негізде өңдеуге дамыту

vRAN базалық жиілікті өңдеуді өзіне тән жабдықтан бөліп, коммерциялық қарапайым бұлттық серверлерде виртуалданған BBU (vBBU) функцияларын іске қосады. Бұл өзгеріс мыналарды әкеледі:

1. Икемді масштабтау : Өңдеу ресурстары трафик үлгілеріне сәйкес динамикалық түрде өзгереді
2. Edge интеграциясы : 67% операторлар кіші латындылықты азайту үшін көпқолданысты Edge Computing (MEC) түйіндерімен бірге vBBU-ларды орнатады (Nokia 2023)
3. Үйлесімділік мәселелері : Таратушылардың әртүрлілігіне қарамастан, 700 мкс-тан кем синхрондауды қамтамасыз ету үшін арнайы үдету құрылғылары қажет

D-RAN-нан C-RAN және vRAN-ға даму орталықтандыру мен виртуалдау желілік тиімділікті, масштабтауды және құнын төмендетуді қалай арттыратынын көрсетеді.

O-RAN және Функционалдық Бөліктер: BBU-RRU ынтымақтастығын Қайта Анықтау

O-RAN Alliance Стандарттары және BBU мен RRU үшін Ашық Интерфейс Талаптары

O-RAN әуеңдік желісі бірліктері (BBU) мен алысқы радио бірліктері (RRU) өзара әрекеттесу үшін стандартты әдістерді белгілеу арқылы радио қолжетімділік желілерінің ашық және сәйкес келетін дизайндарын насихаттайды. Бұл операторлардың тек бір ғана жабдықтаушының экожүйесіне тәуелді болуының орнына, әртүрлі тауар өндірушілердің жабдықтарын араластырып пайдалануына мүмкіндік береді. Альянстың осы компоненттер арасында функцияларды бөлудің әртүрлі нұсқаларын, мысалы, 7.2x опциясын әзірлеуіне жол ашады. Осы конфигурацияда RLC және MAC деңгейлері сияқты элементтер BBU-да жұмыс істейді, ал физикалық деңгейдің төменгі деңгейлік есептеулері мен RF өңдеу RRU жағында орындалады. Жыл бұрын Applied Sciences журналында жарияланған соңғы зерттеуде осы конфигурацияның фронтхол жолындағы кешіктіруді 250 микросекундтан аспайтын деңгейде ұстай алатыны көрсетілген, бұл сендерге уақыттық синхрондауға сезімтал болатын сымсыз желілер үшін қатты қатты нәтиже болып табылады. Әрине, мұнда да теңгерім бар. Ашық стандарттар жабдық сатып алу кезінде көбірек нұсқалар ұсынса да, барлық әртүрлі бөліктердің бір-бірімен тығыз сәйкестігін қамтамасыз ету қажет, өйткені осылайша жалпы өнімділікті төмендетпей, барлығы тегіс жұмыс істеуі қамтамасыз етілуі керек.

O-RAN архитектурасындағы функционалдық бөлу опциялары (мысалы, 7-2x-ке бөлу)

Split 7.2x стандарты әр түрлі компоненттер арасында екі негізгі тәсілді пайдаланып өңдеу міндеттерін бөлу арқылы жұмыс істейді. A санатында көбінесе жұмыстың көбі BBU жағында орындалады, бұл RRU-ларды қарапайым етеді, бірақ фронталдық желілік байланыста трафикті көбейтеді. Керісінше, B санаты бұл өңдеу міндеттерін RRU-ның өзіне жылжытады. Бұл ретте пайдаланушылардан келетін сигналдармен жұмыс істеген кезде жақсырақ өнімділік көрсетеді, дегенмен құрылғының құрылымын күрделендіреді. Соңғы уақыттағы сала бойынша хабарламаларға сәйкес, үлкен MIMO жүйелерін орнатуда желілік операторлардың шамамен екі үштен бірі B санатын таңдайды, себебі олар сигналдың интерференциясын одан да жақсы бақылайды. Технологиялық әлем де дамып отырады. Мысалы, 2023 жылғы ULPI жобасын алайық. Бұл жаңа даму жүйелік архитектурада белгілі бір эквалайзерлік функцияларды қозғалтып, жалпы өнімділікті тағы да арттыруды мақсат етеді. Мұндай жақсартулар O-RAN жұмысшы топтарының соңғы кездегі құжаттарында көрсетіліп отыр.

Ашық RAN орнатуларында үйлесімділік пен өнімділікті теңестіру

O-RAN ұзақ мерзімде ақша үнемдеу мүмкіндігін береді және әртүрлі тауарлық белгілермен жұмыс істеуге мүмкіндік береді, бірақ оны дәстүрлі интеграцияланған RAN жүйелері сияқты жақсы жұмыс істеуге итермелейді. Мәселе әртүрлі өндірушілердің ұсынатын аппараттық үдету мүмкіндіктері мен бағдарламалық жасақтаманың нақты дайындық деңгейі арасындағы айырмашылықтарға байланысты. Бұл деректерді беру жылдамдығы мен қуатты пайдалану сияқты маңызды критерийлерге жету кезінде шын мәніндегі қиыншылықтар туғызады. Компаниялар орталықтандырылған BBU қорларын орнатқан кезде, өнеркәсіптік стандарттарға сәйкес жартылай тербелісті шамамен 100 наносекундтан төмен ұстауды талап ететін алдыңғы бөлікте өте сенімді байланыс қажет. Көбінесе сарапшылар алдымен қауіп-қатері төмен аймақтардан бастауды ұсынады, онда пайда болатын мәселелер үлкен бұзылуларға әкелмейді. Бұл тәсіл операторларға ірі аймақтарға толық көшуден бұрын барлық жүйелердің дұрыс жұмыс істейтінін және күтілетін талаптарға сай келетінін тексеруге мүмкіндік береді.