Bagaimana BBU dan RRU Bekerjasama Secara Efisien di Stesen Asas?

Fungsi dan Tanggungjawab Unit Baseband (BBU) dalam Pemprosesan Isyarat

Di hati setiap stesen asas moden terletak Unit Baseband (BBU), yang mengendalikan pelbagai kerja pemprosesan isyarat kritikal. Fikirkan modulasi dan demodulasi, pembetulan ralat, serta pengurusan protokol merentasi pelbagai lapisan termasuk PDCP, RLC, dan RRC. Sebelum apa-apa dihantar melalui udara, unit ini memastikan semua perkara mematuhi piawaian 3GPP yang mengawal rangkaian LTE dan 5G NR. Apa yang benar-benar menjadikan BBU menonjol ialah cara ia memisahkan fungsi satah kawalan daripada aliran data sebenar dalam sistem. Apabila perkara seperti pengurusan tangan-alih berlaku secara berasingan daripada aliran data biasa, ia membuka ruang untuk peruntukan sumber yang lebih pintar. Rangkaian kemudiannya boleh menyesuaikan secara dinamik ketika lonjakan atau penurunan trafik yang tidak dijangka, mengekalkan operasi yang lancar walaupun pada waktu penggunaan puncak.

Peranan Unit Radio Jauh (RRU) dalam Penukaran RF dan Antaramuka Antena

Unit Radio Jauh (RRU) terletak bersebelahan dengan antena di mana ia menukarkan isyarat jalur asas kepada gelombang radio sebenar seperti frekuensi 2.6 GHz atau 3.5 GHz. Kedudukan ini membantu mengurangkan kehilangan isyarat yang boleh menjadi agak tinggi — kira-kira 4 dB setiap 100 meter apabila menggunakan kabel koaksial biasa, terutamanya pada julat frekuensi yang lebih tinggi ini. Apakah fungsi sebenar RRU? Ia mengendalikan penukaran maklumat digital kembali kepada bentuk analog untuk menghantar data ke hulu, menguatkan isyarat lemah yang kembali dari peranti tanpa menambah banyak derau, serta berfungsi dengan pelbagai jalur frekuensi dari 700 MHz hingga 3.8 GHz melalui sesuatu yang dikenali sebagai penggabungan pembawa. Meletakkan unit-unit ini berdekatan dengan antena juga membuat rangkaian menjadi lebih pantas. Ujian menunjukkan kelewatan berkurang kira-kira 25% berbanding sistem lama yang bergantung kepada kabel panjang yang dipasang antara lokasi peralatan.

Aliran Kerja Pelengkap: Bagaimana BBU dan RRU Membolehkan Pemancaran Isyarat Hujung ke Hujung

BBU dan RRU berfungsi bersama melalui pautan gentian optik berkelajuan tinggi menggunakan protokol CPRI atau eCPRI untuk membentuk satu rantaian isyarat yang lancar dari pemprosesan digital ke penyampaian udara.

Seni bina teragih ini memusatkan BBU sambil menempatkan RRU di bahagian atas menara, meningkatkan kecekapan spektrum sebanyak 32% dalam persekitaran bandar. Pemisahan ini membolehkan kemas kini secara bebas dan amat berguna dalam ekosistem O-RAN yang berkembang.

Sambungan Fronthaul Berasaskan Gentian: Menghubungkan BBU dan RRU dengan CPRI dan eCPRI

Pautan Gentian Optik Berkelajuan Tinggi dalam Komunikasi BBU-RRU

Kabel gentian optik membentuk teras rangkaian fronthaul hari ini, membolehkan jalur lebar tinggi dan latensi minima apabila menyambungkan BBU kepada RRUs. Kabel-kabel ini mampu mengendalikan kelajuan data melebihi 25 gigabit sesaat, yang bermaksud ia boleh menghantar isyarat radio digital dengan andal tanpa gangguan daripada campur tangan elektromagnetik—sesuatu yang sangat penting di kawasan bandar yang sibuk di mana banyak peralatan beroperasi serentak. Piawaian CPRI berfungsi bersama gentian dwi-arah untuk mengekalkan penyegerakan antara pemprosesan baseband yang berlaku dalam BBU dan kerja RF sebenar yang dilakukan oleh RRU. Penyegerakan ini membantu mengekalkan kualiti isyarat yang baik sepanjang sistem dari hujung ke hujung.

CPRI vs. eCPRI: Protokol untuk Kecekapan Fronthaul dan Pengurusan Jalur Lebar

Seiring kita beralih ke rangkaian 5G, ramai operator telah mula mengadopsi perkara yang dikenali sebagai enhanced CPRI atau eCPRI untuk jangka pendek. Apa yang menjadikan eCPRI menarik ialah bagaimana ia mengurangkan keperluan jalur lebar sehingga sepuluh kali ganda berbanding versi CPRI yang lebih lama. CPRI tradisional berfungsi secara berbeza. Ia memerlukan sambungan gentian optik yang berasingan bagi setiap antena dan mengekalkan operasi yang dikenali sebagai Layer 1. Tetapi inilah masalahnya: apabila berurusan dengan susunan MIMO besar yang kini semakin biasa, CPRI biasa tidak dapat diskalakan dengan betul. Di sinilah kelebihan eCPRI. Dengan beralih kepada kaedah penghantaran berasaskan Ethernet, ia membolehkan beberapa unit radio jauh berkongsi sumber melalui sesuatu yang dikenali sebagai statistical multiplexing. Hasilnya? Prestasi yang jauh lebih baik dari segi kecekapan fronthaul tanpa kos infrastruktur tambahan.

Evolusi ini mengurangkan kos fronthaul sebanyak 30% dan menyokong pemasangan gelombang milimeter yang boleh diskalakan.

Pertimbangan Latensi, Kapasiti, dan Penyelarasan dalam Reka Bentuk Fronthaul

Mendapatkan masa yang tepat adalah sangat penting. Jika terdapat ralat penyelarasan melebihi 50 nanosaat, ia akan mengganggu pembentukan suar dan semua fungsi berasaskan masa lain dalam rangkaian 5G. Oleh itu, susunan fronthaul moden menggunakan perkara seperti piawaian IEEE 802.1CM TSN untuk memastikan isyarat kawalan bergerak dengan betul melalui rangkaian. Apabila tiba masanya untuk mengendalikan isi data, kebanyakan pihak kini telah beralih kepada transceiver 25G. Mereka mengendalikan kehilangan isyarat pada kadar sekitar 1.5 dB per kilometer, yang sebenarnya lebih baik daripada sistem lama 10G sebanyak kira-kira dua pertiga. Semua peningkatan ini bermaksud kita masih boleh mendapatkan masa tindak balas di bawah satu milisaat walaupun unit baseband perlu diletakkan sejauh 20 kilometer dari unit radio jauh dalam susunan arsitektur pusat.

Evolusi Arsitektur Rangkaian: Dari D-RAN ke C-RAN dan vRAN

D-RAN berbanding C-RAN: Impak terhadap Pemasangan BBU dan Pengedaran RRU

Susunan RAN Teragih Tradisional atau D-RAN mempunyai unit pemprosesan asas (BBU) tersendiri di setiap menara sel yang terletak bersebelahan dengan Unit Radio Jauh (RRU). Walaupun ini mengekalkan kelewatan isyarat di bawah 1 milisaat, ia menyebabkan banyak peralatan pendua yang tidak digunakan sebahagian besar masa, serta menyukarkan perkongsian sumber antara menara. Pendekatan RAN Berpusat yang lebih baharu mengumpulkan semua BBU tersebut ke lokasi pusat yang disambungkan melalui kabel gentian optik kepada RRU di pelbagai tapak. Menurut kajian industri oleh Dell'Oro dalam laporan 2023 mereka, perubahan ini boleh mengurangkan perbelanjaan pengendalian antara 17% hingga mendekati 25%. Selain itu, operator rangkaian memperoleh keupayaan untuk mengalihkan kuasa pemprosesan ke lokasi yang paling memerlukan seiring perubahan corak trafik sepanjang hari.

Kolam BBU Berpusat dalam C-RAN untuk Perkongsian Sumber dan Kecekapan yang Lebih Baik

Dengan menggabungkan BBUs di kemudahan terpusat, operator boleh menguruskan ratusan RRUs dari satu lokasi. Manfaat termasuk:

• Penggabungan perkakasan : Pelaksanaan 24-sel memerlukan 83% kurang chasis BBU berbanding susunan D-RAN yang setara
• Optimasi Tenaga : Pengimbangan beban mengurangkan penggunaan kuasa stesen asas sebanyak 35% (kajian kes Ericsson 2022)
• Koordinasi lanjutan : Membolehkan teknik seperti multipoint terkoordinasi (CoMP) untuk pembentukan alur gelombang milimeter 5G yang cekap

RANG maya (vRAN): Mengevolusikan Fungsi BBU kepada Pemprosesan Berasaskan Awan

vRAN memisahkan pemprosesan jalur asas daripada perkakasan hak milik, dengan menjalankan fungsi BBU maya (vBBU) pada pelayan awan komersial sedia ada. Perubahan ini membawa:

1. Skalabiliti fleksibel : Sumber pemprosesan meningkat secara dinamik mengikut corak lalu lintas
2. Integrasi tepi : 67% daripada operator melaksanakan vBBU bersama-sama dengan nod Multi-access Edge Computing (MEC) untuk meminimumkan kelewatan (Nokia 2023)
3. Cabaran interoperabiliti : Pencapaian penyegerakan bawah 700 μs memerlukan perkakasan pecutan khusus walaupun terdapat kepelbagaian vendor

Evolusi daripada D-RAN kepada C-RAN dan vRAN menekankan bagaimana pemusatan dan perwujudan maya meningkatkan kecekapan, skala dan keberkesanan kos rangkaian.

O-RAN dan Pembahagian Fungsi: Mentakrif Semula Kerjasama BBU-RRU

Standard Pakatan O-RAN dan Keperluan Antara Muka Terbuka untuk BBU dan RRU

Persatuan O-RAN sedang mendorong reka bentuk rangkaian akses radio yang lebih terbuka dan serasi dengan menetapkan cara piawai untuk unit asas (BBUs) dan unit radio jauh (RRUs) berkomunikasi antara satu sama lain. Apa yang dimaksudkan sebenarnya ialah operator boleh mencampur dan mencocok peralatan dari pelbagai pembekal tanpa terikat kepada ekosistem satu pembekal sahaja. Persatuan ini telah mencadangkan pelbagai kaedah untuk membahagikan fungsi antara komponen-komponen ini, seperti Pilihan 7.2x. Dalam susunan ini, lapisan seperti RLC dan MAC menjalankan tugasnya di dalam BBU, manakala tugas lapisan fizikal peringkat rendah dan pemprosesan RF dilakukan di hujung RRU. Satu kertas kerja yang diterbitkan tahun lepas dalam Applied Sciences mendapati konfigurasi tertentu ini mengekalkan kelewatan fronthaul di bawah 250 mikrosaat, yang cukup mengagumkan memandangkan rangkaian tanpa wayar sangat sensitif terhadap isu penjajaran masa. Sudah tentu terdapat juga pertukaran di sini. Walaupun piawaian terbuka memberi lebih banyak pilihan semasa membeli peralatan, ia juga memerlukan koordinasi yang lebih ketat merentasi semua komponen yang berbeza bagi memastikan segala-galanya berfungsi lancar tanpa menjejaskan prestasi keseluruhan.

Pilihan Pembahagian Fungsi (contoh, Pembahagian 7-2x) dalam Seni Bina O-RAN

Standard Split 7.2x berfungsi dengan membahagikan tugas pemprosesan antara komponen yang berbeza menggunakan dua pendekatan utama. Dengan Kategori A, kebanyakan kerja dilakukan di bahagian BBU yang menjadikan RRU lebih ringkas tetapi menghasilkan lalu lintas yang lebih tinggi pada sambungan front haul. Sebaliknya, Kategori B mendorong tugas pemprosesan tersebut ke dalam RRU itu sendiri. Susunan ini memberikan prestasi yang lebih baik apabila menangani isyarat yang kembali dari pengguna, walaupun ia membuat perkakasan menjadi lebih rumit. Menurut laporan industri terkini, kira-kira dua pertiga operator rangkaian telah memilih Kategori B untuk pemasangan MIMO besar mereka kerana mereka mendapat kawalan yang jauh lebih baik terhadap gangguan isyarat. Dunia teknologi juga terus berkembang. Ambil contoh projek ULPI 2023. Pembangunan baharu ini telah mengalihkan fungsi penyamarataan tertentu di dalam seni bina sistem untuk mendapatkan peningkatan prestasi yang lebih maksimum secara menyeluruh. Penambahbaikan sebegini adalah antara perkara yang sering diserlahkan dalam dokumen-dokumen daripada kumpulan kerja O-RAN akhir-akhir ini.

Menyeimbangkan Interoperabiliti dan Prestasi dalam Pelaksanaan Open RAN

O-RAN membawa potensi untuk menjimatkan wang dari semasa ke semasa dan membolehkan kerjasama dengan pelbagai pembekal, tetapi untuk menjadikannya berprestasi setaraf dengan sistem RAN terintegrasi tradisional masih merupakan satu cabaran yang sukar. Masalah utamanya terletak pada perbezaan antara apa yang ditawarkan oleh pelbagai pengeluar dari segi keupayaan pecutan perkakasan dan tahap kematangan perisian mereka sebenarnya. Ini menimbulkan masalah besar apabila cuba mencapai metrik penting seperti kadar kelulusan data dan penggunaan kuasa. Apabila syarikat membina kolam BBU terpusat, mereka juga memerlukan sambungan di hujung depan yang sangat boleh dipercayai, iaitu sesuatu yang memerlukan geletar dikekalkan di bawah kira-kira 100 nanosaat mengikut piawaian industri. Kebanyakan pakar mencadangkan agar memulakan secara perlahan dahulu, mungkin bermula dengan lokasi berisiko rendah di bandar-bandar di mana masalah yang timbul tidak akan menyebabkan gangguan besar. Pendekatan ini membolehkan operator menguji sama ada semua komponen dapat berfungsi bersama dengan betul dan memenuhi jangkaan sebelum melaksanakannya secara meluas di kawasan yang lebih besar.