Hvordan samarbeider BBU og RRU effektivt i basestasjoner?

Baseband Unit (BBU) funksjoner og ansvarsområder i signalbehandling

I sentrum av moderne basestasjoner ligger Baseband Unit (BBU), som håndterer alle typer kritisk signalbehandling. Tenk modulering og demodulering, feilkorrigering samt håndtering av protokoller på ulike lag, inkludert PDCP, RLC og RRC. Før noe sendes ut over lufta, sørger denne enheten for at alt er i samsvar med 3GPP-standarden som styrer både LTE- og 5G NR-nettverk. Det som virkelig gjør BBUs unike, er hvordan de skiller kontrollplan-funksjoner fra den faktiske dataflyten gjennom systemet. Når ting som håndoverhåndtering skjer separat fra vanlig dataflyt, åpnes det for smarter ressursallokering. Nettverk kan dermed tilpasse seg underveis når trafikken plutselig øker eller avtar, og sikre stabil drift selv i perioder med høy belastning.

Remote Radio Unit (RRU) sin rolle i RF-konvertering og antennekobling

Fjernradioenheten (RRU) sitter rett ved siden av antenner der den transformerer basebandsignalene til faktiske radiobølger, som for eksempel frekvenser på 2,6 GHz eller 3,5 GHz. Denne plasseringen bidrar til å redusere signaltap, som kan bli ganske stort – rundt 4 dB per 100 meter – når man bruker vanlige koaksialkabler, spesielt i disse høyere frekvensområdene. Hva gjør egentlig en RRU? Den konverterer digital informasjon tilbake til analog form for å sende data nedstrøms, forsterker svake signaler som kommer opp fra enheter uten å legge til for mye støy, og arbeider med flere frekvensbånd fra 700 MHz helt opp til 3,8 GHz gjennom noe som kalles bærebølgeaggregering. Å plassere disse enhetene nær antenner gjør også at nettverkene reagerer raskere. Tester viser at latens reduseres med omtrent 25 % sammenlignet med eldre systemer som var avhengige av lange kabler mellom utstyrsplasseringer.

Komplementær arbeidsflyt: Hvordan BBU og RRU muliggjør ende-til-ende signaloverføring

BBU og RRU arbeider sammen via høyhastighetsfibrelenker ved bruk av CPRI- eller eCPRI-protokoller for å danne en sømløs signalkjede fra digital behandling til overføring i luften.

Denne distribuerte arkitekturen sentraliserer BBU-enheter samtidig som RRU-enheter plasseres øverst på mastene, noe som forbedrer spektraleffektiviteten med 32 % i bymiljøer. Separasjonen tillater uavhengige oppgraderinger og er spesielt nyttig i utviklende O-RAN-økosystemer.

Fiberbasert forbindelsestilkobling: Kobler BBU og RRU med CPRI og eCPRI

Høyhastighets fiberkommunikasjonslenker i BBU-RRU-kommunikasjon

Fotontsledere utgjør ryggraden i dagens fronthaul-nettverk og muliggjør høy båndbredde og minimal forsinkelse ved tilkobling av BBU-er til RRU-er. Disse kablene kan håndtere datatransfart over 25 gigabit per sekund, noe som betyr at de pålitelig kan overføre de digitaliserte radiosignalene uten problemer fra elektromagnetisk støy – noe som er svært viktig i tettbygde byområder der mye utstyr kjører samtidig. CPRI-standarden fungerer sammen med todireksjonell fiber for å opprettholde synkronisering mellom basebandprosesseringsarbeidet i BBU-en og den faktiske RF-driften i RRU-en. Denne synkroniseringen bidrar til å opprettholde god signalkvalitet gjennom hele systemet fra ende til ende.

CPRI vs. eCPRI: Protokoller for effektivitet og båndbreddehåndtering i fronthaul

Ettersom vi går mot 5G-nettverk, har mange operatører begynt å ta i bruk noe som kalles forbedret CPRI, eller eCPRI for kort. Det som gjør eCPRI interessant, er hvor mye det reduserer båndbreddebehovet – opp til ti ganger mindre sammenlignet med eldre versjoner av CPRI. Tradisjonell CPRI fungerer annerledes. Den krever separate fiberforbindelser for hver antenne og holder seg til det som kalles Layer 1-operasjoner. Men her ligger problemet: når man jobber med de store MIMO-oppleggene som er blitt så vanlige disse dager, klarer vanlig CPRI ikke å skaleres ordentlig. Derfor lyser eCPRI seg ut. Ved å bytte til Ethernet-basert transportmetoder, tillater det flere fjernstyrte radiouniter å dele ressurser gjennom noe som kalles statistisk multipleksing. Resultatet? Mye bedre ytelse når det gjelder fronthaul-effektivitet uten alle de ekstra infrastrukturkostnadene.

Denne utviklingen reduserer fronthaul-kostnader med 30 % og støtter skalerbare millimeterbølge-distribusjoner.

Latens-, kapasitets- og synkroniseringsoverveielser i fronthaul-design

Å få tidtakingen rett er viktig. Hvis det oppstår en synkroniseringsfeil større enn 50 nanosekunder, forstyrres beamforming og alle andre tidsbaserte funksjoner i 5G-nettverk. Derfor bruker moderne fronthaul-oppløsninger teknologier som IEEE 802.1CM TSN-standarder for å sikre at kontrollsignaler beveger seg korrekt gjennom nettverket. Når det gjelder håndtering av datamengde, har de fleste gått over til 25G-transceivere i dag. De håndterer signalsvikt på omtrent 1,5 dB per kilometer, noe som faktisk er bedre enn gamle 10G-systemer med omtrent to tredjedeler. Alle disse oppgraderingene betyr at vi fremdeles kan oppnå responstider under ett millisekund, selv om baseband-enheter må plasseres opptil 20 kilometer fra fjernstyrte radiouniter i sentrale arkitekturkonfigurasjoner.

Utvikling av nettverksarkitektur: Fra D-RAN til C-RAN og vRAN

D-RAN vs. C-RAN: Innvirkning på BBU-distribusjon og RRU-spredning

Tradisjonelle distribuerte RAN- eller D-RAN-løsninger har hver cellmast med sin egen Baseband Unit (BBU) plassert rett ved siden av Remote Radio Unit (RRU). Selv om dette holder signalforsinkelsen under 1 millisekund, betyr det at mye utstyr står der ubrukt det meste av tiden, og det gjør det vanskelig å dele ressurser mellom mastene. Den nyere sentraliserte RAN-løsningen samler alle disse BBUsene i sentrale lokasjoner som er tilkoblet RRUsene på ulike nettsteder via fiberkabel. Ifølge bransjeforskning fra Dell'Oro i deres rapport fra 2023 kan denne endringen redusere driftsutgifter med mellom 17 % og kanskje så mye som nær 25 %. I tillegg får nettverksoperatører mulighet til å flytte databehandlingskapasitet dit den trengs mest etter hvert som trafikkmønstrene endrer seg i løpet av dagen.

Sentraliserte BBU-pooler i C-RAN for bedre ressursdeling og effektivitet

Ved å samle BBUs i sentrale anlegg kan operatører administrere hundrevis av RRUs fra ett enkelt sted. Fordeler inkluderer:

• Maskinvarekonsolidering : Et 24-celleoppsett krever 83 % færre BBU-chassis enn tilsvarende D-RAN-konfigurasjoner
• Energi Optimalisering : Lastbalansering reduserer basestasjonsstrømforbruk med 35 % (Ericsson casestudie 2022)
• Avansert koordinering : Muliggjør teknikker som koordinert multipunkt (CoMP) for effektiv 5G millimeterbølge-beamforming

Virtualisert RAN (vRAN): Utvikling av BBU-funksjoner til skybasert behandling

vRAN løsner basebandprosessering fra proprietær maskinvare og kjører virtualiserte BBU-funksjoner (vBBU) på kommersielle standard skyservere. Denne endringen fører til:

1. Fleksibel skalering : Behandlingsressurser skaleres dynamisk med trafikkmønstre
2. Edge-integrasjon : 67 % av operatører implementerer vBBU-er sammen med Multi-access Edge Computing (MEC)-noder for å minimere latens (Nokia 2023)
3. Interoperabilitetsutfordringer : Å oppnå synkronisering under 700 μs krever spesialisert akselerasjonsmaskinvare, selv med mangfoldige leverandører

Utviklingen fra D-RAN til C-RAN og vRAN understreker hvordan sentralisering og virtualisering øker nettverkseffektivitet, skalerbarhet og kostnadseffektivitet.

O-RAN og funksjonssplitter: Omdefinerer BBU-RRU-samarbeid

O-RAN Alliance-standarder og åpne grensesnittkrav for BBU og RRU

O-RAN Alliance arbeider for mer åpne og kompatible design av radiotilgangsnett ved å etablere standardiserte måter for basestasjonsenheter (BBU) og fjernradioenheter (RRU) å kommunisere med hverandre. Det betyr i praksis at operatører kan blande og kombinere utstyr fra ulike leverandører i stedet for å være låst til ett enkelt suppliers økosystem. Alliansen har utviklet flere måter å dele opp funksjoner mellom disse komponentene på, som for eksempel Option 7.2x. I denne oppsettningen håndteres lag som RLC og MAC i BBU-en, mens lavere fysiske lag og RF-behandling skjer i RRU-enden. En nylig artikkel publisert i fjor i Applied Sciences fant at denne konfigurasjonen holder forbindelsesforsinkelsen under 250 mikrosekunder, noe som er imponerende når man tar i betraktning hvor følsomme trådløse nettverk er for tidsrelaterte problemer. Selvfølgelig er det også en avveining her. Selv om åpne standarder gir flere valgmuligheter ved innkjøp av utstyr, krever det også bedre koordinering mellom alle de ulike delene for å sikre at alt fungerer smidig sammen uten å svekke den totale ytelsen.

Funksjonell Delingsmuligheter (f.eks. Deling 7-2x) i O-RAN-arkitekturer

Split 7.2x-standarden fungerer ved å dele databehandlingsoppgaver mellom ulike komponenter ved hjelp av to hovedmetoder. Med kategori A skjer det meste av arbeidet på BBU-siden, noe som gjør RRUs enklere, men som fører til mer trafikk på front haul-forbindelsen. Omvendt skyver kategori B disse behandlingsoppgavene ned til RRU-en selv. Denne oppsett gir bedre ytelse når man håndterer signaler som kommer tilbake fra brukere, selv om det gjør maskinvaren mer kompleks. Ifølge nyere bransjerapporter har omtrent to tredjedeler av nettverksoperatørene valgt kategori B for sine massive MIMO-installasjoner, fordi de får mye bedre kontroll over signalstøy. Teknologiverdenen utvikler seg også videre. Ta for eksempel ULPI-prosjektet fra 2023. Denne nye utviklingen har flyttet visse equaliseringsfunksjoner innenfor systemarkitekturen for å få ytterligere ytelsesforbedringer i alle deler. Slike forbedringer er nettopp det dokumenter fra O-RAN-arbeidsgruppene har fremhevet nylig.

Balansere interoperabilitet og ytelse i Open RAN-distribusjoner

O-RAN gir potensial for å spare penger på sikt og gjør det mulig å samarbeide med ulike leverandører, men det er fremdeles utfordrende å få det til å yte like godt som tradisjonelle integrerte RAN-systemer. Problemet ligger i forskjellene mellom hva ulike produsenter tilbyr når det gjelder maskinvareakselerasjon og hvor moden programvaren deres egentlig er. Dette skaper reelle hodebry når man skal oppnå viktige mål for dataoverføring og strømforbruk. Når selskaper etablerer sentraliserte BBU-pooler, trenger de også ekstremt pålitelige forbindelser i frontenden, noe som krever at jitter holdes under ca. 100 nanosekunder i henhold til bransjestandarder. De fleste eksperter foreslår å gå forsiktig fram i begynnelsen, kanskje starte med noen lavere risikobelastede områder i byer der problemer ikke vil føre til store avbrudd. Denne tilnærmingen lar operatører teste om alt fungerer sammen som det skal og møter forventningene før de går for fullt inn over større områder.