Негізгі жиілік бірлігі байланыс жабдығының өнімділігін қалай арттырады?

5G сигналдарын өңдеудегі базалық жиілікті блоктың негізгі функциялары

Нақты уақыттағы сигналдарды өңдеу: 5G желілерінде 10 мс-тен кем латенттікті қамтамасыз ету

Базалық жиілікті блоктар автокөліктердің автоматты түрде басқарылуы мен зауыттардың автоматтандырылған жүйелері сияқты 5G қолданбаларында өте жоғары жылдамдықты жауап беру уақытын қамтамасыз ету үшін қатаң уақыт терезесінде орындалуы керек болатын маңызды цифрлық сигналдарды өңдеу міндеттерін шешеді. Бұл блоктар сигналдардың алға-артқа жүруіндегі жалпы кешігуін 3GPP стандарттарымен белгіленген 10 миллисекундтан аспайтындай етіп, физикалық деңгейдегі жұмыстарын 2 миллисекундтан да кем уақыт ішінде аяқтайды. Параллельді өңдеу мен арнайы аппараттық ынталандыруды қоса алғандағы әдістер арқылы BBU желілердің сағат бойы немесе үлкен оқиғалар кезінде өте жүкті болған кезде де ресурстардың пайдаланылуын жағдайға қарай дереу бейімдей алады. Осылайша олар желілерге жоғары жүктеме түскенде де тегіс жұмыс істеуді сақтайды.

Цифрлық сигналдарды өңдеу каналы: Модуляция, Каналдық кодтау және MIMO алдын-ала кодтау

BBU-ның цифрлық сигналдарды өңдеу каналы сигналдың бүтіндігін және спектрлік тиімділікті максималдандыру үшін үш негізгі функцияны біріктіреді:

1. Модуляция qAM-256 және QAM-1024 сияқты жоғары деңгейлі схемаларды қолдану деректерді тығыз радиотолқындарға кодтауға мүмкіндік береді
2. Каналдық кодтау lDPC және Polar кодтарымен 4G Turbo кодтарына салыстырғанда бит қателерінің деңгейін 68%-ға дейін төмендетеді
3. MIMO алдын-ала кодтау интеллектуалды сәулелерді басқару мүмкіндігін береді, спектрлік тиімділікті 3,1 есе арттырады (Mobile Experts, 2023)
   Бұл процестер бірлесіп тығыз қоныстанған қалалық орталарда пакеттерді жоғалтуды минималдандырып, жоғары өткізу қабілетін сақтайды.

Зерттеу жағдайы: Басты BBU 5G желісінің қалалық ортадағы жоғарғы байланыс ұстамдылығын 42% төмендетті

2023 жылғы Токиода өткізілген басшы өндірушінің BBU 6630 моделінің жергілікті сынағы виртуализация мен машиналық үйрену негізіндегі трафик болжау арқылы маңызды өнімділік өсіміне қол жеткізгенін көрсетті. Жүйе мынадай нәтижелерге жетті:

• жоғарғы байланыс ұстамдылығының орташа көрсеткіші 42% төмендеді (9,2ms-ден 5,3ms-ге дейін)
• тордың шетіндегі өткізу қабілеті 17% артты
• байланыс үзілулері 31% азайды жеткізу кезінде
  Бұл нәтижелер BBU-ның әсіресе жоғары тығыздықты қалалық орнатуларда сенімді 5G желілерінің есептеу ядросы ретіндегі рөлін растайды.

BBU-мен басқарылатын желілік өнімділік: кідірісті азайту, өткізу қабілетін масштабтау және тиімділік

Центрландырылған RAN (C-RAN): BBU виртуализациясы арқылы динамикалық ресурстарды біріктіру

Cloud RAN немесе C-RAN орнатулары бірнеше ұялық станциялар үшін өңдеу қуатын біріктіретін виртуалды базалық жиілік блоктарын пайдаланады, алдындағыдай әр жерде жеке қораптар болмайды. Бұл іс-шара ескі жекеленген аппараттық конфигурациялардан құтылуды, шамамен 30 пайызға жуық (минус-плюс) жұмыс шығындарын төмендетуді және нақты уақытта қажетті жүктемені аудару мүмкіндігін береді. Желі трафигі кенеттен артқан кезде жүйе толық пайдаланылмай отырған көршілес ұялардан бос қуатты алып, оны ең көп қажет болатын жерге бағыттай алады. Нәтижесінде қосымша жабдық сатып алуға керегі жоқ, ал өткізу қабілеті бұрынғысына қарағанда шамамен үш есе артады. Ойланып қарасаң, бұл өте қатты әсер қалдырады.

Дамытылған BBU басқару арқылы іске асырылатын Massive MIMO координациясы мен спектрді қайта пайдалану

Дамыған BBU алгоритмдері дәл бағытталған сигнал беру мен кеңістіктік мультиплекстеуді қамтамасыз ету үшін жүзге жуық антенна элементтерін біріктіреді. Бұл бірнеше пайдаланушының бір уақытта бір жиілік диапазонын пайдалануына мүмкіндік береді және спектрлік тиімділікті 47%-ға арттырады. Бағытталған сигналды фокустау сонымен қатар интерференцияны минималдандырады, сондай-ақ 99,999% сенімділікті сақтай отырып, желіні 5 есе тығыз орнатуға мүмкіндік береді — бұл маңызды қолданбалар үшін өте маңызды.

Негізгі әсер :

• Латенттілікті азайту: Индустриялық IoT үшін 10 мс ішіндегі жауап
• Өткізу қабілетін масштабтау: mmWave орнатуларында әрбір сотта 40 Гбит/с
• Энергияны пайдалану тиімділігі: Таратылған RAN-мен салыстырғанда гигабайт өткізу үшін 60% төмен энергия тұтыну

Базалық станция блогының өнімділігін қамтамасыз ететін негізгі аппараттық компоненттер

FPGA/ASIC үдету: Ескірген x86 жүйелерімен салыстырғанда жоғарырақ FFT өткізу қабілетін қамтамасыз ету

Бағдарламаланатын логикалық матрицалар (FPGA) және қолданбаға арналған интегралдық схемалар (ASIC) 5G-сигналдармен уақытылы жұмыс істеу үшін қажетті есептеу мүмкіндігін ұсынады және ескі x86 жүйелеріне қарағанда тапсырмаларды тезірек орындау мен жалпы энергияны аз пайдалану жағынан артықшылық береді. Бұл арнайы чиптер кең таралған MIMO жүйелерінде модуляция мен демодуляцияны дұрыс орындау үшін қажет болып табылатын, барлықтары туралы сөйлейтін Жылдам Фурье Түрлендіруі есептеулері сияқты параллель өңделуі мүмкін тапсырмалар үшін жылдамдықты шынымен арттырады. Компаниялар дәстүрлі ЦП-дан FPGA немесе ASIC шешімдеріне өткенде, негізгі процессордан ауыр жұмыстың басым көпшілігін алады. Бұл тәсіл өңдеу кешігуін азайтады және электр энергиясын да үлкен мөлшерде үнемдейді. Кейбір зерттеулер бұл технологиялар қолданылатын қалалық аймақтарда электр энергиясын пайдаланудың шамамен үштен бірінен жартысына дейін төмендеуін көрсетеді.

Процессор, DSP, Жады және Қазіргі заманғы BBU Жобалаудағы Интерфейс Интеграциясы

Бүгінгі күні базалық жиілік бірліктері бір қорапқа көп нәрсе сыйдырады — көп ядролы процессорлар мен арнайы цифрлық сигналдар процессорлары, жоғары жылдамдықты жадының мол қоры және барлық түрлі стандарттық қосылыстар бір пышаққа жинақталған. Сигналдарды модуляциялау, демодуляциялау және күрделі каналдық кодтау есептерін шешу кезінде DSP негізгі жұмысты орындайды. Алайда, дәстүрлі процессорлар желілік скидкаларды басқару және басқа жоғарғы деңгейлі протоколдық мәселелермен айналысады. Келетін радиожиіліктегі үлкен деректер көлемімен жұмыс істеу үшін синхрондық DRAM буфер ретінде қызмет етеді, бұл трафиктің шыңдалуы кезінде деректердің кідірісін болдырмау үшін секундына 200 гигабиттен астам жылдамдықты қамтамасыз етеді. Ал қосылыстар туралы айтатын болсақ, барлығы бірге тегіс жұмыс істеуі үшін бірнеше маңызды интерфейстер қатысады.

• eCPRI : Төмен дабыл уақытын қамтамасыз ететін фронтхол байланысын іске қосады
• 25GbE : Артқы байланыс агрегациясын қолдайды
• PCIe Gen4 : Жоғары жылдамдықты чипаралық байланысты жеңілдетеді
  Бұл тығыз интеграцияланған конструкция шинаға қатысу мәселесін болдырмау арқылы ультра сенімді қолданыстар үшін 100 мкс-тан төмен детерминирленген дабыл уақытын қамтамасыз етеді.

Базалық жиілік блоктарының стратегиялық артықшылықтары: Масштабталу, энергиялық тиімділік және болашаққа дайындық

O-RAN компромисстері: Бөлшектеуді және BBU өнімділігінің тұрақтылығын теңестіру

Open RAN концепциясы шығындарды азайту үшін бағдарламалық жасақтаманы аппараттық компоненттерден бөлу арқылы нарыққа кіру үшін көбірек сатушыларды тартуға және инновацияны дамытуға ықпал етеді. Дегенмен, бұл тәсіл әртүрлі жабдықтарда базалық жиілікті құрылғының (BBU) өнімділігін тұрақты ұстауға тырысқан кезде проблемалар туғызады. Модульдік жүйелер масштабтауды және кеңейтуді оңайлатады, сонымен қатар өткен жылғы Telecom Efficiency Report мәліметі бойынша энергия тұтынуды шамамен 30 пайызға дейін азайтуға мүмкіндік береді. Бірақ бұл артықшылықтар белгілі бір құнына ие. Жүйе интерфейс спецификацияларына қатаң бағыну керек, әйтпесе сигнал уақытталуының ауытқулары мен деректер алмасу жылдамдығының тұрақсыздығы сияқты мәселелер туындайды. IoT құрылғылары арқылы байланысқан өнеркәсіптік автоматтандыру жүйелері сияқты миллисекундтар маңызды болатын қолданбалармен жұмыс істегенде желі қамтамасыз етушілер бастап аяғына дейін бәрін түйістіріп жұмыс істеуіне кепілдік беруге мәжбүр. BBU-ларды стратегиялық орналастыру — адаптивтілік тұрғысынан ашық платформалар ұсынатын мүмкіндік пен келешектегі 5G-Advanced спецификацияларының қатаң талаптарын, сонымен қатар әлі де анықталмаған 6G стандарттарын қанағаттандыру үшін қажеттілердің арасындағы теңдестікті табу дегенді білдіреді.