Jak zapewnić kompatybilność między RRU a BBU w sieci?

Zrozumienie zależności funkcjonalnej pomiędzy RRU a BBU

Rola jednostki baseband (BBU) w nowoczesnych sieciach radiowych dostępu

W centrum sieci dostępowych radiowych znajduje się jednostka basebandowa (BBU), która pełni rolę mózgu realizującego wszystkie te skomplikowane operacje. Odpowiada za ważne protokoły, takie jak PDCP (czyli Packet Data Convergence Protocol – dla zainteresowanych) oraz RLC (Radio Link Control). Co one właściwie robią? Zarządzają naprawą błędów, gdy do nich dojdzie, kompresją danych, aby przemieszczały się szybciej, oraz optymalnym przydzielaniem zasobów na bieżąco. Ten cały proces zapewnia stabilną komunikację naszych telefonów z dowolną siecią, do której są podłączone. Teraz, wraz z wprowadzeniem technologii 5G, jednostki BBU stały się jeszcze inteligentniejsze dzięki czemuś zwanemu SDAP (Service Data Adaptation Protocol). To nowe rozwiązanie pozwala sieciom precyzyjnie określać wymagania dotyczące jakości usługi i decydować, jaki ruch ma pierwszeństwo, w zależności od usług aktualnie uruchomionych.

Zrozumienie funkcjonalności RRU i jej integracji w architekturze stacji bazowej

Jednostki radiowe zdalne, czyli RRUs, pełnią zasadniczo rolę punktu połączenia między cyfrowymi sygnałami podstawowymi, z którymi pracujemy, a rzeczywistymi transmisjami radiowymi. Jednostki te są zazwyczaj umieszczane w bezpośredniej bliskości anten, często nie dalej niż 300 metrów. Ich zadaniem jest przekształcenie informacji cyfrowej pochodzącej z jednostki podstawowej na sygnał analogowy, który może być przesyłany przez powietrze w postaci fal. Odpowiadają one również za bardziej zaawansowane funkcje, takie jak techniki formowania wiązki (beamforming) czy przetwarzanie wielu wejść i wielu wyjść (MIMO). Ich bliskość miejscu nadawania sygnałów ma ogromne znaczenie. Utrata sygnału znacząco się zmniejsza, co jest szczególnie istotne przy pracy z wysokoczęstotliwościowymi pasmami 5G, zwłaszcza częstotliwościami mmWave. Umieszczenie całego przetwarzania RF na obrzeżach sieci, a nie w centralnych lokalizacjach, pozwala operatorom lepiej wykorzystywać zasoby swoich zakresów częstotliwości. Dodatkowo redukuje to skomplikowane okablowanie wymagane w dużych instalacjach, gdzie przestrzeń jest ograniczona.

Przetwarzanie sygnału i konwersja między RRU a BBU w systemach 4G i 5G

Odpowiedzialności za przetwarzanie sygnału różnią się znacząco pomiędzy 4G a 5G:

• 4G LTE : BBUs zarządza harmonogramowaniem MAC i kodowaniem FEC, podczas gdy RRUs obsługuje podstawowe schematy modulacji takie jak QPSK i 16QAM.
• 5G NR : RRUs przejmuje bardziej zaawansowane zadania, takie jak precoding massive MIMO i częściowe przetwarzanie warstwy PHY, zmniejszając zapotrzebowanie na pasmo fronthaul o nawet 40% w porównaniu z tradycyjnymi systemami CPRI 4G (3GPP Release 15).

Ten przesunięcie umożliwia bardziej efektywne wykorzystanie pojemności fronthaul i wspiera rosnące wymagania dotyczące przepływności aplikacji 5G.

Wpływ podziałów funkcjonalnych w BBU (np. podziały O RAN takie jak FH 7.2 i FH 8)

Związek O RAN zdefiniował podziały funkcjonalne, które rekonfigurują sposób dystrybucji przetwarzania między BBU a RRU:

• Podział 7.2 (FH 7.2) : RRU obsługuje niższe funkcje warstwy PHY, takie jak FFT/iFFT i usuwanie cyklicznego przedrostka, wymagając przy tym wyższej przepustowości fronthaul (do 25 Gbps), ale zachowując scentralizowane sterowanie.
• Podział 8 (FH 8) : Pełne przetwarzanie PHY przenoszone jest do RRU, co zmniejsza potrzeby fronthaul do około 10 Gbps kosztem wzrostu opóźnienia o 15% (O RAN WG1 2022).

Te elastyczne podziały pozwalają operatorom na optymalizację pod kątem kosztów, wydajności i skalowalności w środowiskach wielodostawców, szczególnie w ramach wirtualizowanych sieci RAN (vRAN).

Protokoły interfejsu fronthaul: CPRI kontra eCPRI dla łączności RRU i BBU

Protokół Common Public Radio Interface (CPRI) dla łączności i sterowania RRU i BBU

CPRI pozostaje rozwiązaniem wyboru dla połączeń fronthaul w większości sieci 4G dzisiaj. W praktyce cały proces przetwarzania warstwy PHY odbywa się na końcu BBU, podczas gdy cyfrowe próbki I/Q są wysyłane do RRU przez dedykowane linie światłowodowe. System ten potrafi obsłużyć niesamowicie niskie opóźnienia poniżej 100 mikrosekund i oferuje dość imponujące możliwości przepustowości osiągające około 24,3 gigabita na sekundę na sektor. To zapewnia stabilną wydajność w różnych warunkach sieciowych. Ale tu pojawia się haczyk, ludzie. Cała konfiguracja jest dość nielastyczna ze względu na sztywną architekturę. W miarę jak przechodzimy do wdrożenia sieci 5G, staje się to problemem, ponieważ nowsze sieci wymagają znacznie bardziej elastycznych rozwiązań, które mogą dynamicznie równoważyć obciążenia i płynnie integrować się z infrastrukturą chmurową. Wiele operatorów już teraz napotyka trudności przy próbie skalowania istniejących systemów opartych na CPRI w celu spełnienia wymagań nowej generacji.

Ewolucja od CPRI do eCPRI w wirtualizowanych sieciach RAN (vRAN) i sieciach 5G

W odpowiedzi na ograniczenia tradycyjnego interfejsu CPRI, przemysł zaproponował w 2017 roku rozwiązanie eCPRI. Nowsza wersja działa na pakietach zamiast na surowych strumieniach danych I/Q, co znacząco redukuje zapotrzebowanie na pasmo w łączu przednim — według większości szacunków o około 70%. To, co wyróżnia eCPRI, to sposób obsługi podziału funkcjonalności, szczególnie takich jak konfiguracja O RAN opcja 7.2x, gdzie część przetwarzania warstwy fizycznej jest przenoszona na stronę RRU. To faktycznie przyczynia się do zwiększenia ogólnej wydajności systemu. Najważniejsze jednak, że eCPRI działa w standardowych sieciach Ethernet/IP, dzięki czemu operatorzy mogą współdzielić infrastrukturę transmisyjną pomiędzy różnymi usługami i w razie potrzeby wdrażać rozwiązania oparte na programowalnej architekturze sieci (SDN). Niemniej istnieją pewne poważne trudności związane z zapewnieniem bezproblemowej współpracy wszystkich elementów. Niedawna analiza rynku z końca 2023 roku wykazała, że mniej więcej każdy piąty wielodostawczy układ napotyka problemy podczas integracji z powodu różnego sposobu implementacji specyfikacji przez poszczególnych dostawców, co prowadzi do barier kompatybilności, których nikt naprawdę nie chce rozwiązywać.

Wpływ przepustowości i opóźnień interfejsów przedłużenia CPRI/eCPRI

CPRI działa bardzo dobrze w sytuacjach niskiego opóźnienia, jakie występują w tradycyjnych instalacjach D RAN, jednak pojawia się problem z wymaganiami dotyczącymi przepustowości. Miasta szczególnie mają z tym trudności, ponieważ duże ilości danych powodują znaczne obciążenie istniejącej infrastruktury światłowodowej. Tutaj właśnie pojawia się eCPRI z podejściem opartym na Ethernetie, co ułatwia i tanio sprawia skalowanie, choć wymaga nieco większej tolerancji opóźnień w porównaniu ze standardowym CPRI. Przyglądając się aplikacjom URLLC, takim jak systemy automatyzacji fabryk czy samochody autonomiczne, inżynierowie zaczęli stosować hybrydowe metody synchronizacji. Takie podejścia zapewniają wystarczającą dokładność czasu dla operacji krytycznych, jednocześnie czerpiąc korzyści z elastyczności i wydajności oferowanych przez pakietowy interfejs przedni.

Modele architektury sieciowej i ich wpływ na integrację RRU i BBU

Integracja RRU i BBU w architekturach 4G D RAN a scentralizowanych architekturach C RAN

Krajobraz integracji RRU i BBU jest głównie kształtowany przez dwa podejścia: rozproszoną sieć RAN (D-RAN) oraz scentralizowaną sieć RAN (C-RAN). W przypadku sieci 4G wykorzystujących D-RAN, typowe jest umieszczenie BBUs i RRUs razem w każdej lokalizacji komórki, tworząc autonomiczne stacje bazowe. Taka konfiguracja jest prosta pod względem instalacji i synchronizacji, jednak wiąże się z wadami, takimi jak duplikacja sprzętu na poszczególnych lokalizacjach oraz zwiększone zużycie energii. Z drugiej strony, C-RAN przyjmuje inne podejście, gromadząc wszystkie BBUs w centralnych lokalizacjach. Centralizacja zasobów przetwarzania pozwala operatorom efektywniej wykorzystywać swoje urządzenia. Najnowsze badania z 2023 roku wskazują, że przejście na C-RAN może zmniejszyć koszty energetyczne o około 28%. Istnieje jednak haczyk – takie systemy wymagają silnych łączy fronthaul, które radzą sobie z ogromnymi przepływami danych, rzędu od 10 do 20 Gbps ruchu CPRI przesyłanego między zdalnymi RRUs a scentralizowanymi BBUs.

Wpływ wirtualizowanej RAN (vRAN) na ewolucję RRU w sieci 5G

Technologia wirtualizowanej sieci dostępowej radiowej (vRAN) zasadniczo przekształca Jednostkę Przetwarzania Sygnału (BBU) w oprogramowanie działające na standardowych komercyjnych serwerach zamiast na specjalistycznym sprzęcie. To oddzielenie pozwala operatorom skalować zasoby zgodnie z potrzebami, szybciej wdrażać aktualizacje i unikać utknięcia z drogim, własnościowym sprzętem. W kontekście sieci 5G, vRAN promuje nowe sposoby dzielenia funkcji, takie jak konfiguracja FH 7.2 według standardu O RAN. Dzięki temu podejściu niektóre procesy warstwy fizycznej mogą być przenoszone bliżej Jednostki Radiowej Zdalnej (RRU). Weźmy na przykład test terenowy Verizona przeprowadzony w 2024 roku – zaobserwowano około 40 procent mniejsze opóźnienie transmisji sygnału przy użyciu kompatybilnych jednostek RRU obsługujących przetwarzanie na różnych warstwach. Wyniki te wyraźnie pokazują, jak wirtualizacja ściśle współpracuje z inteligentnymi możliwościami przetwarzania rozproszonego.

Standardy O RAN oraz ich wpływ na interoperacyjność i otwartość łącza przedniego

Alliansa O RAN skupia się na tworzeniu otwartych ekosystemów radiowych sieci dostępowych, w których różne urządzenia współpracują ze sobą bezproblemowo. Opracowali standardy takie jak Open Fronthaul (OFH), które pozwalają różnym dostawcom na kompatybilność wzajemną. Weźmy na przykład specyfikację podziału 7.2x – określa ona konkretne zasady dotyczące wyglądu danych IQ oraz komunikatów sterujących, co umożliwia łączenie jednostek zdalnych radioodbiorników (RRU) z jednostkami przetwarzania sygnałów (BBU) różnych producentów. Niedawny raport GSMA z 2025 roku wykazał imponujący fakt – sieci zbudowane z elementów zgodnych z O RAN naprawiały usterki o 92 procent szybciej dzięki powszechnemu stosowaniu wspólnych narzędzi monitorujących. Jest też kolejna dobra wiadomość. Wczesne testy pokazują, że gdy sztuczna inteligencja koordynuje pracę RRU i BBU, efektywność widma rośnie od 15 do 20 procent. Te liczby wyraźnie pokazują, dlaczego otwartość i automatyzacja odgrywają tak ogromną rolę w dzisiejszym środowisku telekomunikacyjnym.

Pokonywanie wyzwań związanych z interoperacyjnością dostawców w wielodostawczych wdrożeniach RRU i BBU

Wyzwania wynikające ze sprzętu i oprogramowania własnościowego w ekosystemach RRU i BBU

Interfejsy własnościowe pozostają główną barierą w wielodostawczych wdrożeniach RAN. Ponad 62% operatorów zgłasza opóźnienia podczas integracji z powodu niezgodności protokołów sterowania między dostawcami (STL Partners 2025). Starsze systemy często polegają na oprogramowaniu specyficznym dla danego dostawcy, które utrudnia integrację ze środowiskami chmurowymi i wirtualizowanymi, co podważa elastyczność obiecaną przez 5G i O RAN.

Zapewnienie kompatybilności sprzętu pomiędzy producentami w sieciach przedłużenia

Adoptowanie otwartych specyfikacji przedłużenia O RAN znacząco redukuje ryzyko braku interoperacyjności. Sieci wykorzystujące zgodny sprzęt osiągają 89% szybszą integrację niż te oparte na rozwiązaniach własnościowych. Kluczowymi czynnikami kompatybilności są:

• Synchronizacja czasu z dopuszczalnym odchyleniem ±1,5 μs
• Dopasowanie szybkości linii CPRI/eCPRI (zakres od 9,8 Gbps do 24,3 Gbps)
• Algorytmy współdzielenia widma

Standaryzacja zapewnia płynne przełączanie i spójną wydajność na obszarach z infrastrukturą różnych dostawców.

Studium przypadku: Nieudana integracja z powodu niespójnych szybkości linii CPRI

W 2023 roku wystąpił problem z wdrożeniem, gdy podłączono zestaw RRU 4G dla opcji CPRI 8 działającej przy 10,1 Gbps do jednostki BBU gotowej na 5G, która wymagała eCPRI o szybkości 24,3 Gbps. Co się stało dalej? Masywna niezgodność przepustowości rzędu około 58%, co prowadziło do poważnych problemów z jakością sygnału, które powtarzały się cyklicznie. Analiza po zaistnieniu problemu wykazała, że całą tę sytuację można było zapobiec, gdyby tylko ktoś sprawdził zgodność interfejsów przed instalacją. Przestrzeganie standardowych wytycznych dokumentacyjnych oraz wykonanie odpowiednich testów zgodności pozwoliłoby na wcześniejsze wykrycie błędu. To naprawdę podstawowe czynności, ale jak widać zostały pominięte podczas konfiguracji.

Najlepsze praktyki zapewniania kompatybilności RRU i BBU podczas wdrażania

Weryfikacja przedwdrożeniowa protokołów interfejsów i wymagań synchronizacji

Najpierw należy upewnić się co do zgodności protokołów i parametrów synchronizacji, zanim rozpocznie się jakakolwiek praca integracyjna. Dla inżynierów pracujących nad tymi zagadnieniami, sprawdzenie, czy wszyscy zgadzają się na standardy fronthaul, takie jak CPRI lub eCPRI, ma duże znaczenie. Muszą również upewnić się, że szybkości symboli są zgodne oraz ustalić, jakie ustawienia kompresji IQ są stosowane, szczególnie ważne w obecnych mieszanych sytuacjach 4G i 5G. Zgodnie z niektórymi badaniami z zeszłego roku, około dwóch trzecich wszystkich opóźnień wdrażania wynika z niewłaściwej weryfikacji wszystkiego wcześniej. Dlatego odpowiednie testowanie staje się absolutnie kluczowe podczas próby łączenia starszych jednostek radiowych (RRU) z nowszymi jednostkami basebandowymi (BBU). Dane liczbowe potwierdzają to, pokazując, jak istotne jest gruntowne przygotowanie.

Zapewnienie jakości światłowodu i integralności sygnału w połączeniach RRU-BBU

Łącza światłowodowe muszą spełniać standardy ITU T G.652 w celu zachowania integralności sygnału. Kluczowe wymagania obejmują:

• Tłumienie poniżej 0,25 dB/km przy 1310 nm
• Promień gięcia nie mniejszy niż 30 mm
• Odbicia konektorów APC/UPC poniżej 55 dB

Badania terenowe wskazują, że nieprawidłowa obsługa światłowodów podczas instalacji odpowiada za 42% incydentów utraty sygnału po wdrożeniu w sieciach 5G średniego pasma, co podkreśla znaczenie wyszkolonych techników oraz kontroli jakości.

Strategie standaryzacji z wykorzystaniem specyfikacji O RAN Alliance dla konfiguracji wielodostawowych

Wymaganie zgodności z O RAN we wszystkich płaszczyznach sterowania, użytkownika i danych redukuje uzależnienie od dostawcy o 58% według benchmarków interoperacyjności z 2024 roku. Operatorzy powinni zapewnić przestrzeganie:

• Standardowych formatów wiadomości (płaszczyzna M, CUS)
• Interfejsów API zarządzania usługami i orkiestracji
• Progów dokładności synchronizacji (±16 ppb dla niezależnej sieci 5G)

Takie zasady promują długoterminową elastyczność, upraszczają rozwiązywanie problemów oraz wspierają automatyczne inicjowanie.

Monitorowanie i rozwiązywanie problemów zgodności po wdrożeniu

Po integracji ważne jest śledzenie kilku kluczowych wskaźników podczas monitorowania. Obejmują one takie elementy jak BER (Bit Error Rate – współczynnik błędów bitów), EVM (Error Vector Magnitude – wielkość błędu wektorowego), a także opóźnienie dżitteru, które musi pozostać poniżej 200 nanosekund w przypadku systemów eCPRI. Obecnie dostępne są narzędzia automatyzujące działające zgodnie ze specyfikacjami 3GPP TR 38.801. Większość inżynierów uważa je za przydatne, ponieważ naprawiają one około 8 na 10 problemów związanych z podziałem funkcjonalnym już w ciągu jednego dnia. Nie zapominaj również o regularnych kontrolach. Przestrzeganie zaleceń ETSI EN 302 326 pozwala utrzymać stabilne działanie systemów w dłuższej perspektywie czasu. Pomaga to zachować stabilność i skuteczne współdziałanie systemów, nawet gdy sieci ewoluują i rosną.