Hoe verbetert een basistationseenheid de prestaties van communicatieapparatuur?

Kernfuncties van de basistationseenheid in 5G-signaalverwerking

Echtijd signaalverwerking: mogelijk maken van sub-10ms latentie in 5G-netwerken

Basebandunits verwerken kritieke digitale signaalverwerkingstaken die binnen strakke tijdsvensters moeten plaatsvinden, waardoor ze essentieel zijn voor het realiseren van de supersnelle reactietijden die nodig zijn in 5G-toepassingen zoals zelfrijdende auto's en fabrieksautomatiseringssystemen. Deze units voltooien hun fysieke laagverwerking in minder dan 2 milliseconden, zodat de totale vertraging voor signalen die heen en weer gaan ruim onder de door 3GPP gestelde limiet van 10 milliseconden blijft. Met technieken zoals parallelle verwerking en speciale hardwareversnelling kunnen BBUs hun resourcegebruik dynamisch aanpassen naarmate de omstandigheden veranderen. Dit betekent dat ze soepel blijven functioneren, zelfs wanneer netwerken erg druk zijn tijdens piekuren of grote evenementen.

Digitale signaalpijplijn: Modulatie, kanaalcodering en MIMO-precodering

De digitale signaalpijplijn van de BBU integreert drie belangrijke functies om de signaalkwaliteit en spectraalrendement te maximaliseren:

1. Modulatie met behulp van hoogwaardige schema's zoals QAM-256 en QAM-1024 worden gegevens gecodeerd in dichte radiogolven
2. Kanaalcodering met LDPC en Polar-codes verlaagt het bitfoutenpercentage tot 68% vergeleken met 4G Turbo-codes
3. MIMO-voorcodering maakt intelligente beamsteuring mogelijk, waardoor de spectraalefficiëntie met 3,1x verbetert (Mobile Experts 2023)
   Samen zorgen deze processen ervoor dat pakketverlies minimaal blijft en een hoog doorvoervermogen wordt behouden in dichtbevolkte stedelijke omgevingen.

Casestudy: Toonaangevende BBU verlaagt uplinklatentie met 42% bij stedelijke 5G-dekking

Een veldproef uit 2023 van de BBU 6630 van een toonaangevende fabrikant in Tokio liet aanzienlijke prestatieverbeteringen zien dankzij virtualisatie en verkeersvoorspelling op basis van machine learning. Het systeem bereikte:

• 42% verlaging van de gemiddelde uplinklatentie (van 9,2 ms naar 5,3 ms)
• 17% verbetering van de doorvoer aan de celrand
• 31% minder verbroken verbindingen tijdens overdrachten
  Deze resultaten bevestigen de rol van de BBU als de computationele kern van betrouwbare 5G-netwerken, met name bij hoge dichtheid in stedelijke omgevingen.

BBU-gestuurde netwerkprestaties: latentieverlaging, schaalbare doorvoer en efficiëntie

Centralized RAN (C-RAN): dynamische resourcebundeling via BBU-virtualisatie

Cloud RAN of C-RAN-opstellingen gebruiken virtuele basebandunits die de verwerkingskracht bundelen voor meerdere cellocaties, in plaats van afzonderlijke apparaten overal te hebben. Dit elimineert die geïsoleerde hardwaresetups die we vroeger zagen, verlaagt de operationele kosten met ongeveer 30 procent en maakt het mogelijk om werkbelastingen in real time naar behoefte te verplaatsen. Wanneer er een plotselinge piek is in netwerkverkeer, kan het systeem vrijwel direct ongebruikte capaciteit overnemen van nabijgelegen cellen die niet volledig worden benut, en deze sturen naar waar ze het meest nodig zijn. Het resultaat? De doorvoersnelheid stijgt tot bijna drie keer zo hoog als daarvoor, zonder dat er nieuwe apparatuur hoeft te worden aangeschaft. Best indrukwekkend als je erover nadenkt.

Massive MIMO-coördinatie en spectrale hergebruik mogelijk gemaakt door geavanceerde BBU-beheersing

Geavanceerde BBU-algoritmen coördineren honderden antenne-elementen om nauwkeurige beamforming en ruimtelijke multiplexing te realiseren. Dit stelt meerdere gebruikers in staat om tegelijkertijd dezelfde frequentieband te delen, waardoor de spectraal efficiëntie met 47% toeneemt. Richtgerichte signaalbundeling vermindert bovendien interferentie, wat 5 keer dichtere netwerkinzet mogelijk maakt terwijl 99,999% betrouwbaarheid wordt gehandhaafd — essentieel voor kritieke toepassingen.

Belangrijke impact :

• Vertragingvermindering: Reactietijd onder de 10 ms voor industriële IoT
• Doorvoerschaalbaarheid: 40 Gbps per cel in mmWave-dekking
• Energie-efficiëntie: 60% lagere stroomverbruik per gigabyte vergeleken met gedistribueerde RAN

Belangrijke hardwarecomponenten die prestaties van de basebandunit mogelijk maken

FPGA/ASIC-acceleratie: Bereiken van hogere FFT-doorvoer vergeleken met verouderde x86-systemen

Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) samen met Application Specific Integrated Circuits (ASICs) bieden het soort rekenkracht dat nodig is voor het in realtime verwerken van 5G-signalen, en presteren beter dan oudere x86-systemen als het gaat om taken sneller af te ronden en minder energie te verbruiken. Deze speciale chips versnellen bewerkingen die tegelijkertijd kunnen worden verwerkt, zoals de Fast Fourier Transform-berekeningen waar iedereen over spreekt, die bijna onmisbaar zijn voor een juiste modulatie en demodulatie in de grote MIMO-opstellingen die tegenwoordig overal te vinden zijn. Wanneer bedrijven overstappen van reguliere CPU's naar FPGA- of ASIC-oplossingen, dan worden al die intensieve bewerkingen juist van de hoofdprocessor overgenomen. Deze aanpak vermindert verwerkingsvertragingen en bespaart bovendien aanzienlijk elektriciteit. Sommige studies tonen een vermindering van ongeveer een derde tot bijna de helft van het stroomverbruik in stedelijke gebieden waar deze technologieën worden ingezet.

Processor, DSP, Geheugen en Interface-integratie in Modern BBU-ontwerp

Tegenwoordig zit er in basebandunits veel op een klein oppervlak - denk aan multicore-processors die werken samen met gespecialiseerde digitale signaalprocessoren, veel high-speedgeheugen en diverse standaardverbindingen verpakt in één compacte eenheid. De DSP verricht het grootste deel van de zware werkzaamheden bij het moduleren van signalen, het demoduleren ervan en het uitvoeren van complexe kanaalcoderingstaken. Ondertussen zorgen de reguliere processors voor zaken als het beheren van netwerkslices en andere protocoltaken op hoger niveau. Voor het verwerken van enorme hoeveelheden binnenkomende radiofrequentiegegevens treedt synchroon DRAM op als buffer, waarbij snelheden van ruim boven de 200 gigabit per seconde worden gehandhaafd, zodat er geen ophoping ontstaat tijdens onvermijdelijke piekbelastingen. En wat betreft verbindingen, zijn er diverse belangrijke interfaces die zorgen voor een soepele samenwerking.

• eCPRI : Maakt fronthaul-verbinding met lage latentie mogelijk
• 25GbE : Ondersteunt backhaul-aggregatie
• PCIe Gen4 : Vergemakkelijkt hoogwaardige communicatie tussen chips
  Door dit sterk geïntegreerde ontwerp wordt buscontentie vermeden, waardoor een deterministische latentie onder de 100 µs wordt gegarandeerd voor ultrabetrouwbare toepassingen.

Strategische voordelen van basebandunits: schaalbaarheid, energie-efficiëntie en toekomstbestendigheid

O-RAN afwegingen: het balanceren van disaggregatie en consistentie van BBU-prestaties

Het Open RAN-concept moedigt eigenlijk meer leveranciers aan om de markt te betreden en bevordert innovatie door hardware van softwarecomponenten te scheiden. Deze aanpak levert echter problemen op wanneer geprobeerd wordt de prestaties van de basebandunit stabiel te houden over verschillende apparaten heen. Modulaire systemen maken wel gemakkelijker schalen en uitbreiden mogelijk, en kunnen volgens het Telecom Efficiency Report van vorig jaar het energieverbruik met ongeveer 30 procent verlagen. Maar deze voordelen gaan wel ten koste van iets. Het systeem vereist strikte naleving van interfacespecificaties, anders ontstaan er problemen met signaaltimingvariaties en inconsistente datatransferrates. Bij toepassingen waarbij milliseconden ertoe doen, zoals fabrieksautomatiseringssystemen die zijn verbonden via IoT-apparaten, hebben netwerkaanbieders geen andere keuze dan ervoor zorgen dat alles naadloos samenwerkt van begin tot eind. Strategisch plaatsen van BBUs betekent het vinden van het juiste evenwicht tussen wat open platforms bieden in termen van aanpasbaarheid en wat nodig is om te voldoen aan de strenge prestatie-eisen van komende 5G-Advanced-specificaties en zelfs de nog niet gedefinieerde 6G-standaarden.