EN
Podstawowa rola BBU w architekturze BTS i integracji funkcjonalnej
Orkiestracja przetwarzania sygnału podstawowego: Jak BBU zarządza modulacją, kodowaniem i alokacją zasobów
W centrum architektury stacji bazowej (BTS) znajduje się jednostka bazowa (BBU), która zarządza wszystkimi niezbędnymi zadaniami przetwarzania sygnałów cyfrowych. Chodzi o takie aspekty jak techniki modulacji, metody kodowania kanałowego oraz sposób dynamicznego przydzielania zasobów pomiędzy różnymi kanałami. Podczas wysyłania sygnałów jednostka ta przekształca surowe strumienie danych w symbole zmodulowane za pomocą różnych schematów, takich jak modulacja amplitudy kwadraturowej (QAM). Dodaje również kody korekcji błędów wstecznych, aby zapewnić ochronę przed uszkodzeniem danych podczas transmisji. Prawdziwe czary dzieją się, gdy uruchamiają się algorytmy alokacji zasobów w czasie rzeczywistym, rozdzielając dostępną przepustowość między wieloma użytkownikami, dzięki czemu nikt nie musi długo czekać na swoje dane, a jednocześnie zapewniamy maksymalne wykorzystanie dostępnej przestrzeni widma. Po stronie odbiorczej BBU wykonuje niezbędne zadania demodulacji i dekodowania. I właśnie tutaj kluczowe znaczenie mają mocne możliwości przetwarzania, ponieważ wpływają one na wszystko — od szybkości przesyłania informacji (opóźnienia) po ogólne szybkości transferu danych (przepływność) oraz zdolność systemów do odpowiedniej adaptacji, gdy jakość sygnału zmienia się niespodziewanie.
Kopling architektoniczny z jednostkami RF: przepływ sygnału od zakresu podstawowego do RF w zintegrowanych wdrożeniach BTS
Jednostki bazowe (BBU) współpracują ściśle z jednostkami radiowymi zdalnymi (RRU) poprzez standardowe połączenia światłowodowe, zazwyczaj wykorzystując protokoły CPRI lub eCPRI. Przetworzone sygnały podstawowe przesyłane są jako dane cyfrowe z BBU do RRU, zachowując ich jakość podczas transmisji. Gdy te sygnały docierają do RRU, są konwertowane z formatu cyfrowego na analogowy, zanim zostaną wzmocnione do transmisji radiowej przez anteny. W drugą stronę, gdy anteny odbierają sygnały RF, najpierw są one zamieniane na formę cyfrową w lokalizacji RRU, a następnie przesyłane z powrotem do BBU, gdzie odbywa się ich dekodowanie. Ten dwukierunkowy kanał komunikacyjny o minimalnym opóźnieniu umożliwia dokładne synchronizowanie poszczególnych komponentów. Taka synchronizacja ma szczególne znaczenie w przypadku technik formowania wiązki oraz wdrażania systemów massive MIMO w sieciach rozłożonych na wielu stacjach nadawczo-odbiorczych (BTS).
Standaryzowane Interfejsy Umożliwiające Współpracę BBU–BTS
CPRI vs eCPRI: Opoźnienia, przepustowość i implikacje dotyczące kompatybilności dla komunikacji BBU–RU
Protokół CPRI oferuje niesamowicie niską opóźnienie poniżej 100 mikrosekund, co jest absolutnie niezbędne dla tych wrażliwych na czas operacji warstwy fizycznej. Istnieje jednak haczyk – wymaga on ogromnych ilości przepustowości fronthaulu, rzędu 24,3 gigabita na sekundę na nośnik anteny. To powoduje poważne problemy z skalowalnością podczas wdrażania w gęsto upakowanych sieciach 5G. Z drugiej strony, eCPRI stosuje inne podejście, wykorzystując technologię pakietową Ethernet oraz podziały funkcjonalne, takie jak Split-7.2. Te zmiany zmniejszają zapotrzebowanie na pasmo o około 60 procent, pozwalając jednocześnie na częściową wirtualizację jednostki baseband bez utraty kluczowego czasu reakcji poniżej milisekundy niezbędnego do ważnych funkcji. Jest jednak jedna kwestia – gdy operatorzy łączą systemy CPRI i eCPRI, muszą upewnić się, że cały firmware jednostek radiowych jest kompatybilny. W przeciwnym razie pojawiają się niezgodności konfiguracji, które mogą prowadzić do zakłóceń komunikacji i pogorszenia jakości usług w całej sieci.
specyfikacje 3GPP i O-RAN: Zapewnienie kompatybilności BBU z wieloma dostawcami w ekosystemach BTS
Wydanie 15 3GPP określa pewne podstawowe standardy, jak urządzenia działają razem, w tym takie rzeczy jak podziały niższych warstw (myśl o opcji 2) i synchronizacja czasu, która może się różnić o plus lub minus 1,5 mikrosekundy. To pomaga upewnić się, że jednostki basebandu zachowują się konsekwentnie niezależnie od tego, kto je stworzył. Potem pojawiła się O-RAN ALLIANCE z własnym podejściem, tworząc otwarte interfejsy, które nie faworyzują żadnej konkretnej firmy. Ich specyfikacja Fronthaul jest dobrym przykładem, zasadniczo oddziela sprzęt od oprogramowania, więc jednostki basebandu od różnych producentów mogą pracować płynnie z jednostkami radiowymi w każdej konfiguracji BTS ma sens. Wskaźniki z 2023 r. pokazują, że większość operatorów korzysta z rozwiązań O-RAN, czyli około 7 na 10 na całym świecie. Główny powód? Nie chcą być zajęci przez cały czas sprzętem jednego dostawcy. Zmiana ta przyspieszyła również testowanie między różnymi dostawcami i skróciła czas certyfikacji nowych produktów.
Rozdzielenie funkcjonalne i ewolucja RAN: Jak obowiązki BBU zmieniają się w D-RAN, C-RAN i O-RAN
FH-7.2, FH-8 i inne podziały: wpływ na wymagania dotyczące interfejsu BBU i elastyczność integracji BTS
Podziały funkcjonalne standaryzowane przez Sojusz O-RANoddefiniują, gdzie odbywa się przetwarzanie warstwy PHY, przenosząc obowiązki między jednostkami radiowymi (RU), jednostkami rozproszonymi (DU) i jednostkami scentralizowanymi (CU). Zmiany te bezpośrednio wpływają na projekt interfejsu BBU i elastyczność wdrażania BTS:
- FH-7.2 przenosi częściowe funkcje PHY (np. kompresję IQ, FFT/IFFT) do kolejowego kolejodawcy, zmniejszając zapotrzebowanie na przepustowość linii przedniej o ~40% i ułatwiając wprowadzenie sieci RAN w chmurze.
- FH-8 , który zachowuje pełne przetwarzanie PHY w DU, nakłada surowsze ograniczenia czasu opóźnienia (<250 μs), ale obsługuje zaawansowane funkcje, takie jak masowe gęstnienie MIMO.
W konsekwencji:
| Rodzaj podzielony | Kluczowy wpływ BBU | Elastyczność BTS |
|---|---|---|
| FH-7.2 | Zmniejszone obciążenie przepustowości | Umożliwia skalowalne wdrożenia chmurowych RAN |
| FH-8 | Niskie wymagania dotyczące opóźnień przetwarzania | Obsługuje wysokoprecyzyjne, gęste konfiguracje MIMO |
Każdy podział wymaga odrębnych mechanizmów synchronizacji sprzętowej i obsługi protokołów — ale łącznie eliminują one ograniczenia związane z konkretnym dostawcą i przyspieszają skalowalność sieci 5G.
Kluczowe możliwości BBU bezpośrednio zapewniające kompatybilność z BTS
Kompatybilność jednostki bazowej (BBU) z stacjami nadawczo-odbiorczymi (BTS) zależy od pięciu podstawowych możliwości, które zapewniają płynną integrację we współczesnych architekturach RAN:
- Skalowalność : Dynamiczny przydział zasobów przetwarzania w celu obsłużenia szczytów ruchu i rozbudowy sieci — bez konieczności aktualizacji sprzętu — spełniając rosnące wymagania pojemnościowe sieci 5G.
- Wysoka moc przetwarzania : Utrzymany przepływ danych do 100 Gbps dla modulacji, kodowania i planowania w czasie rzeczywistym — kluczowy dla przetwarzania sygnałów o niskim opóźnieniu i wysokiej jakości.
- Elastyczność protokołu : Nativesupport for CPRI, eCPRI i standardów frontrunkowych O-RAN poprzez interfejsy definiowane oprogramowaniowo, umożliwiające interoperacyjność w heterogenicznych ekosystemach BTS.
- Wsparcie wirtualizacji : Projekt niezależny od sprzętu, zgodny z zasadami cloud-RAN, obsługujący obciążenia kontenerowe i modele typu infrastructure-as-a-service, które według prognoz obejmą 40% sieci do 2025 roku.
- Zgodność z wymogami bezpieczeństwa : Wbudowane szyfrowanie, wzajemna autoryzacja oraz zarządzanie kluczami zgodne z ramami bezpieczeństwa 3GPP (np. TS 33.501), gwarantujące kompleksowe zaufanie w otwartych środowiskach RAN.
Razem te możliwości likwidują barier proprietaryjne i zapewniają spójne oraz niezawodne przetwarzanie sygnałów w rozproszonych, scentralizowanych i hybrydowych wdrożeniach RAN.
