Jak wybrać odpowiedni RRU do wież komunikacyjnych?

Zrozumienie roli RRU w nowoczesnych sieciach dostępowych radiowych

Funkcja jednostki radiowej zdalnej (RRU) w nowoczesnym RAN

Jednostki radiowe zdalne, czyli RRUs, działają jako kluczowe ogniwa łączące cyfrowe przetwarzanie w paśmie podstawowym z rzeczywistymi transmisjami radiofrecyjnymi w Sieciach Dostępowych Radiowych. Urządzenia te pobierają sygnały cyfrowe z jednostki pasma podstawowego i zamieniają je na fale RF, które mogą rozchodzić się przez powietrze. Działają również w drugą stronę dla sygnałów docierających z telefonów użytkowników. Umieszczone blisko anten, RRUs zmniejszają straty w torze transmisyjnym o około 4 dB na każde 100 metrów przy częstotliwościach około 2,6 GHz. Zgodnie z niektórymi badaniami Ponemon z 2023 roku, takie rozmieszczenie poprawia jakość sygnału o około 22% w porównaniu do konfiguracji scentralizowanych. Obecnie główni producenci wbudowują w swoje RRUs zaawansowane konwertery DAC/ADC wraz z efektywnymi systemami filtracji. To pozwala im obsługiwać jednocześnie wiele zakresów częstotliwości, utrzymując opóźnienie poniżej 70 nanosekund, co ma ogromne znaczenie dla szybkich aplikacji 5G, których wszyscy oczekujemy.

Główne komponenty stacji bazowej: gdzie znajduje się RRU

Nowoczesne stacje bazowe składają się z trzech podstawowych elementów:

• Macierz antenowa : Obsługuje promieniowanie/odbieranie fal elektromagnetycznych
• RRU : Przetwarza sygnały RF (konwersja w górę/w dół, wzmacnianie) na stanowisku anteny
• BBU : Zarządza stosami protokołów, korekcją błędów i bezpieczeństwem sieci

Ta architektura rozproszona zmniejsza zużycie energii o 18–35% w porównaniu z tradycyjnymi stacjami makro, jak udokumentowano w testach efektywności energetycznej RAN z 2024 roku. Obudowa RRU gotowa do instalacji na zewnątrz umożliwia rozmieszczenie w odległości 1–5 metrów od anten, co jest konieczne dla częstotliwości milimetrowych, gdzie tłumienie atmosferyczne przekracza 15 dB/km.

Rozdzielenie jednostki podstawowej (BBU) i RRU: Ewolucja architektury

Rozdzielenie BBU i RRU oznacza fundamentalny przejście od stacji bazowych całkowicie zintegrowanych, umożliwiając:

Centralizując jednostki BBU w bezpiecznych obiektach, jednocześnie dystrybuując jednostki RRU na różnych lokalizacjach wież, operatorzy osiągają 92% szybsze aktualizacje w terenie dzięki oprogramowaniu definiowanemu przez radio. Najnowsze wdrożenia C-RAN pokazują, jak to rozdzielenie wspiera dynamiczne równoważenie obciążenia pomiędzy 64–256 jednostkami RRU na pulę BBU, optymalizując efektywność widmową dla gęsto zaludnionych obszarów miejskich.

Główne funkcje i możliwości przetwarzania sygnału jednostki RRU

Przetwarzanie sygnału w kierunku w dół i w górę w jednostce RRU

Jednostki radiowe zdalne lub RRUs obsługują oba kierunki przetwarzania sygnałów, co ma duże znaczenie dla działania współczesnych systemów RAN. Podczas wysyłania danych z sieci te jednostki pobierają sygnały cyfrowe pochodzące z BBU i przekształcają je w fale radiowe za pomocą zaawansowanych metod modulacji. Podczas odbioru danych powracających, proces ten jest odwracany – sygnały częstotliwości radiowej są konwertowane z powrotem na postać cyfrową, aby BBU mogło je poprawnie zinterpretować. Możliwość jednoczesnego przetwarzania obu kierunków sygnałów zapewnia bardzo szybkie prędkości komunikacji przy niemal zerowym opóźnieniu. Współczynnik błędów pozostaje również bardzo niski, zwykle na poziomie 0,001% lub lepszym w większości instalacji 5G. To z kolei pomaga utrzymać synchronizację nawet przy jednoczesnym podłączeniu tysięcy urządzeń, bez powodowania większych zakłóceń jakości usługi.

Funkcje front-endu RF: DAC, ADC, konwersja w górę/w dół, filtrowanie

Front-end RF RRU opiera się na czterech podstawowych komponentach:

1. Przetworniki cyfrowo-analogowe (DAC) : Przekształcają cyfrowe sygnały I/Q w przebiegi analogowe
2. Przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) : Przechwytują przychodzące sygnały analogowe do przetwarzania cyfrowego
3. Przetworniki częstotliwości : Przesuwają sygnały między częstotliwością podstawową a nośną
4. Filtry pasmowo-przepustowe : Usuwają zakłócenia poza pasmem, zachowując integralność sygnału

Te komponenty współpracują, osiągając efektywność widmową do 8,2 bps/Hz w obecnych wielotechnologicznych wdrożeniach RAN, co daje wynik o 37% lepszy niż w systemach poprzednich generacji w testach wydajności rzeczywistej.

Wydajność wzmacniacza mocy (PA) i wzmacniacza małoszumowego (LNA)

Nowoczesne RRU integrują wysokowydajne wzmacniacze mocy (sprawność konwersji DC-RF 90–94%) oraz nadzwyczaj czułe wzmacniacze LNA (figura szumu <1,2 dB), aby spełnić wymagające budżety łącza 5G. Ta kombinacja umożliwia:

• konfiguracje masowej MIMO 64T64R przy całkowitej mocy wyjściowej 200 W
• obsługa pasma kanału 160 MHz w zakresie widma FR1
• czułość odbiornika -110 dBm dla niezawodnego wykrywania słabych sygnałów

Innowacje w zarządzaniu termicznym, takie jak chłodzenie cieczowe i materiały zmieniające fazę, zapewniają stabilną pracę w temperaturach otoczenia od -40°C do +55°C.

Zalety architektoniczne RRU w wdrożeniach D-RAN i C-RAN

Rozproszona RAN (D-RAN) a scentralizowana RAN (C-RAN): Rola RRU

Jednostki radiowe zdalne, zwane RRUs, zasadniczo czynią architektury RAN bardziej elastycznymi, ponieważ oddzielają funkcje radiowe od miejsca, gdzie odbywa się przetwarzanie sygnału podstawowego. Przyglądając się rozproszonym systemom RAN, te jednostki znajdują się tuż obok anten na stanowiskach komórkowych, co pomaga utrzymać silne sygnały analogowe, zamiast słabnąć podczas przesyłania przez kable koncentryczne. W przypadku scentralizowanych układów RAN, jednostki RRU nadal pozostają blisko anten, ale teraz łączą się za pośrednictwem światłowodów z centralnymi jednostkami przetwarzającymi. Taka konfiguracja może zmniejszyć zapotrzebowanie na przestrzeń fizyczną na stanowiskach o około 40 procent, według niektórych raportów branżowych z zeszłego roku. Niezależnie od tego, czy chodzi o konfiguracje D-RAN, czy C-RAN, te jednostki zdalne odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu dobrej jakości sygnału, jednocześnie czyniąc sieci dostatecznie elastycznymi, aby radzić sobie z wszelkimi zmianami, które mogą nadejść w przyszłości.

Redukcja strat w torze transmisyjnym i poprawa efektywności energetycznej dzięki rozmieszczeniu jednostek RRU

Gdy jednostki radiowe zdalne są umieszczane blisko anten, straty w liniach zasilających spadają o około 90% w porównaniu ze starszymi konfiguracjami, co znacząco wpływa na ogólną efektywność energetyczną. Krótsze okablowanie oznacza również mniejsze marnowanie mocy RF. Zamiast tracić 15–20% całkowitej energii na długich odcinkach, obecnie mamy do czynienia ze stratami poniżej 5%, szczególnie przy sygnałach o wyższych częstotliwościach. Kolejną zaletą jest zmniejszone zapotrzebowanie na chłodzenie, ponieważ te RRUs świetnie działają na zewnątrz bez potrzeby stosowania zaawansowanych osłon kontrolowanych pod względem temperatury. Inżynierowie terenowi zgłaszają, że ta konfiguracja redukuje problemy serwisowe w gorących miesiącach letnich, kiedy systemy klimatyzacyjne miałyby problem z utrzymaniem odpowiedniej temperatury.

Skalowalność i elastyczność wdrażania w wirtualizowanych środowiskach RAN

Dzisiejsze zdalne jednostki radiowe (RRU) dobrze współpracują z konfiguracjami typu cloud native dzięki standardom takim jak eCPRI. Umożliwia to dynamiczne łączenie zasobów w ramach sieci różnych dostawców. Modułowa natura tych jednostek pozwala operatorom stopniowo zwiększać pojemność bez konieczności modyfikowania konstrukcji masztów, co ma szczególne znaczenie przy rozbudowie możliwości 5G mMIMO i wdrażaniu agregacji nośnych. Patrząc na wirtualizowane rozwiązania RAN, czyli vRAN, które obejmują RRU, testy przemysłowe wykazują, że usługi są wdrażane o około 30 procent szybciej niż w przypadku starych systemów sprzed lat.

Obsługa częstotliwości i technologii dla wielopokoleniowych sieci

Zagadnienia dotyczące kompatybilności pasma częstotliwości i efektywności widmowej

Najnowsze jednostki radiowe zdalne oferują około 30 procent lepszą efektywność wykorzystania widma w porównaniu ze starszymi systemami, ponieważ działają w zakresie częstotliwości od 600 MHz aż do 6 GHz. Ten szeroki zakres oznacza, że operatorzy sieci mogą nadal korzystać z posiadanych zasobów widma podczas przejścia na technologię 5G New Radio. Dzięki szerokopasmowym jednostkom RRU wiele oddzielnych pasm częstotliwości jest łączone w jednym urządzeniu. To zmniejsza ilość sprzętu na stacjach bazowych i oszczędza około 19% energii elektrycznej na sektor, według najnowszych badań opublikowanych w Wireless Infrastructure Journal w zeszłym roku.

Obsługa wielu pasm i wielu technologii (2G/3G/4G/5G) w jednostce RRU

Wiodące jednostki RRU przetwarzają obecnie sygnały GSM (2G), UMTS (3G), LTE (4G) oraz 5G NR równolegle, za pomocą architektur radiowych zdefiniowanych programowo (SDR). Ta zgodność wsteczna eliminuje potrzebę stosowania równoległych łańcuchów radiowych, jak pokazano w poniższej tabeli:

Sieci przyszłości: skalowalność w różnych pasmach i między operatorami

Modularne projekty RRU pozwalają operatorom na aktywowanie nowych pasm częstotliwości poprzez zdalne aktualizacje oprogramowania, zmniejszając liczbę wizyt na wieżach o 62% ( Badanie Operatorów Sieci Komórkowych 2024 ). Możliwości współdzielenia widma między operatorami w najnowszych modelach umożliwiają dynamiczne przydzielanie słabo wykorzystywanych pasm, przyspieszając wdrożenie sieci 5G o 89% w środowiskach wielooperatorowych.

Integracja z zaawansowanymi antenami: gotowość do MIMO i beamformingu

Włączanie MIMO i beamformingu dzięki zaawansowanym projektom RRU

Najnowsze urządzenia radiowe umożliwiają masywne MIMO dzięki wbudowanej technologii adaptacyjnej formowania wiązki i wielu anten. Te urządzenia pracują z tymi dużymi 64 nadajnikami, 64 przyjmującymi, aby rzeczywiście skierować sygnały tam, gdzie muszą iść, co zwiększa ilość danych, które mogą zmieścić się w tej samej przestrzeni częstotliwości w porównaniu do starszego sprzętu. W zeszłym roku wykonane testy wykazały coś imponującego. Sieci, które wykorzystywały te zaawansowane RRU z ośmioma warstwami separacji sygnału osiągały prędkość około 3,8 gigabita na sekundę w naprawdę zatłoczonych środowiskach miejskich. Takie osiągi robią ogromną różnicę, gdy próbujemy utrzymać połączenie wszystkich bez spowolnienia w godzinach szczytu użytkowania.

Integracja jednostek formowania wiązki (BFU) i modułów antenowych

Jednostki beamforming lub BFU współpracują z przemiennikami faz i wzmacniaczami mocy wewnątrz odległych jednostek radiowych (RRU) w celu kierowania sygnałów z dokładnością około plus lub minus 2 stopni w częstotliwościach fal milimetrowych 5G. Osiągnięcie takiego poziomu kontroli robi prawdziwą różnicę - operatorzy donoszą o około 65 procent mniejszej zakłócenia, gdy wielu dostawców usług dzieli ten sam obszar, a zasięg komórkowy rozszerza się o około 18 procent niż wcześniej. W przyszłości nowsze RRU są projektowane z wbudowanymi modułami anten, które łączą wszystkie te elementy w jedną kompaktową jednostkę zewnętrzną. Ta integracja znacznie obniża koszty instalacji, oszczędzając firmom około 40 procent w porównaniu z tradycyjnymi systemami, w których wszystko musiało być zainstalowane oddzielnie. Przemysł wyraźnie zmierza w kierunku tych skonsolidowanych rozwiązań, ponieważ oferują one zarówno korzyści w zakresie wydajności, jak i znaczne oszczędności kosztów.

Zarządzanie cieplą i energią w zewnętrznych instalacjach RRU

Zewnętrzne jednostki RRUs rozpraszają do 300 W podczas aktywnych operacji MIMO, wymagając obudów chłodzonych cieczą oraz systemów przepływu powietrza sterowanych przez sztuczną inteligencję, aby utrzymać temperaturę poniżej 45°C. Zaawansowane modele osiągają sprawność energetyczną na poziomie 94% dzięki wzmacniaczom mocy z zastosowaniem azotku galu (GaN) i regulacji napięcia dostosowanej do obciążenia, co redukuje roczne koszty eksploatacyjne o 7200 USD na jednostkę, zgodnie z telekomunikacyjnymi benchmarkami zrównoważonego rozwoju z 2023 roku.