Как выбрать правильный RRU для коммуникационных вышек?

Понимание роли RRU в современных сетях радиодоступа

Функция удалённого радиоустройства (RRU) в современных RAN

Устройства удаленного радиодоступа (RRU) выполняют важную функцию, связывая цифровую базовую обработку с фактической передачей радиочастотных сигналов в сетях радиодоступа. Эти устройства принимают цифровые сигналы от блока базовой обработки и преобразуют их в радиочастотные волны, способные распространяться по воздуху. Они также выполняют обратную операцию для сигналов, поступающих с мобильных устройств пользователей. Устанавливаясь в непосредственной близости к антеннам, RRU уменьшают потери в фидере примерно на 4 дБ каждые 100 метров при частотах около 2,6 ГГц. Согласно исследованию Ponemon за 2023 год, такое расположение повышает качество сигнала примерно на 22% по сравнению с централизованными системами. Ведущие производители сегодня интегрируют в свои RRU сложные ЦАП/АЦП-преобразователи вместе с эффективными системами фильтрации. Это позволяет им одновременно работать с несколькими частотными диапазонами, поддерживая задержку ниже 70 наносекунд, что особенно важно для высокоскоростных приложений 5G, которые требуются всем.

Ключевые компоненты базовой станции: место RRU в системе

Современные базовые станции состоят из трех основных элементов:

• Антенная решетка : Обрабатывает излучение/прием электромагнитных волн
• РРУ : Обработка ВЧ-сигналов (преобразование вверх/вниз, усиление) на месте антенны
• ББУ : Управление стеками протоколов, коррекция ошибок и сетевая безопасность

Эта распределённая архитектура снижает энергопотребление на 18–35% по сравнению с традиционными макростанциями, как зафиксировано в испытаниях энергоэффективности RAN 2024 года. Корпус RRU, пригодный для установки на открытом воздухе, позволяет размещать его на расстоянии 1–5 метров от антенн — необходимость для миллиметровых волн, где затухание в атмосфере превышает 15 дБ/км.

Разделение базовой полосы частот (BBU) и RRU: эволюция архитектуры

Декомпозиция BBU и RRU представляет собой принципиальный переход от интегрированных базовых станций, обеспечивая:

Централизуя BBU в защищённых объектах и распределяя RRU по вышкам, операторы достигают на 92% более быстрой модернизации на местах за счёт перенастройки программно-определяемого радио. Недавние реализации C-RAN демонстрируют, как такое разделение поддерживает динамическое балансирование нагрузки между 64–256 RRU на каждый пул BBU, оптимизируя спектральную эффективность для плотных городских зон.

Основные функции и возможности обработки сигналов RRU

Обработка сигнала в прямом и обратном направлении в RRU

Устройства удаленного радиодоступа (RRU) обрабатывают сигналы в обоих направлениях, что имеет большое значение для работы современных систем RAN. При передаче данных из сети эти устройства принимают цифровые сигналы от блока базовой полосы (BBU) и преобразуют их в радиоволны с помощью сложных методов модуляции. При приёме данных в обратном направлении они выполняют обратный процесс: преобразуют сигналы радиочастоты в цифровую форму, чтобы блок BBU мог их интерпретировать. Возможность RRU одновременно работать в обоих направлениях обеспечивает очень высокую скорость связи с практически отсутствующей задержкой. Уровень ошибок остаётся крайне низким — примерно 0,001% или ниже в большинстве сетей 5G. Это позволяет поддерживать синхронизацию даже при одновременном подключении тысяч устройств, не вызывая значительных нарушений качества обслуживания.

Функции RF-передней панели: ЦАП, АЦП, повышающее/понижающее преобразование, фильтрация

RF-интерфейс RRU основан на четырех основных компонентах:

1. Цифро-аналоговые преобразователи (DAC) преобразуют цифровые I/Q сигналы в аналоговые формы
2. Аналогово-цифровые преобразователи (ADC) принимают входящие аналоговые сигналы для цифровой обработки
3. Преобразователи частот переносят сигналы между базовой полосой и несущими частотами
4. Полосовые фильтры устраняют внеполосные помехи, сохраняя целостность сигнала

Эти компоненты работают совместно, обеспечивая спектральную эффективность до 8,2 бит/с на Гц в современных многотехнологичных сетях RAN, превосходя устаревшие системы по реальной пропускной способности на 37%.

Производительность усилителя мощности (PA) и малошумящего усилителя (LNA)

Современные RRU интегрируют высокоэффективные усилители мощности (КПД преобразования DC-RF 90–94%) и сверхчувствительные малошумящие усилители (коэффициент шума <1,2 дБ), чтобы соответствовать высоким требованиям бюджета радиолинии 5G. Такое сочетание поддерживает:

• массивные конфигурации MIMO 64T64R с общей выходной мощностью 200 Вт
• обработка канала шириной 160 МГц в спектре FR1
• чувствительность приемника -110 дБм для надежного обнаружения слабых сигналов

Инновации в системе теплового управления, такие как жидкостное охлаждение и материалы с фазовым переходом, обеспечивают стабильную работу при температуре окружающей среды от -40 °C до +55 °C.

Архитектурные преимущества RRU в развертывании D-RAN и C-RAN

Распределенная сеть радиодоступа (D-RAN) против централизованной сети радиодоступа (C-RAN): роль RRU

Устройства удаленного радио, которые мы называем RRU, в основном делают архитектуру RAN более гибкой, поскольку они разделяют радиочастотные функции и место обработки базовой полосы частот. В системах распределенной сети радиодоступа (D-RAN) эти устройства устанавливаются непосредственно рядом с антеннами на объектах базовых станций, что помогает поддерживать высокое качество аналоговых сигналов, не допуская их ослабления при передаче по коаксиальным кабелям. В централизованных сетях радиодоступа (C-RAN) устройства RRU также остаются близко к антеннам, но теперь соединяются по оптоволоконным линиям с центральными блоками обработки. Такая конфигурация может сократить требования к физическому пространству на объектах примерно на 40 процентов, согласно некоторым отраслевым отчетам прошлого года. Независимо от того, используются ли конфигурации D-RAN или C-RAN, эти удаленные устройства играют ключевую роль в поддержании высокого качества сигнала, обеспечивая при этом достаточную адаптивность сетей для эффективного реагирования на любые будущие изменения.

Снижение потерь в фидере и повышение энергоэффективности за счет размещения RRU

Когда удаленные радиоустройства размещаются близко к антеннам, потери в фидерных линиях снижаются примерно на 90% по сравнению с более старыми конфигурациями, что существенно повышает общую энергоэффективность. Более короткие кабели также означают меньшие потери ВЧ-мощности. Вместо потерь в 15–20% от общей энергии на длинных участках теперь наблюдается менее 5% потерь, особенно при работе с сигналами высокой частоты. Другое преимущество — сокращение потребностей в охлаждении, поскольку такие RRU нормально функционируют на открытом воздухе и не требуют сложных термоконтролируемых корпусов. Полевые инженеры сообщают, что такая конфигурация уменьшает проблемы с обслуживанием в жаркие летние месяцы, когда системы кондиционирования ранее испытывали перегрузки.

Масштабируемость и гибкость развертывания в виртуализированных средах RAN

Сегодняшние удаленные радиоустановки (RRU) хорошо работают с облачными настройками благодаря таким стандартам, как eCPRI. Это позволяет динамически объединять ресурсы в различных сетях поставщиков. Модульный характер этих блоков означает, что операторы могут постепенно увеличивать мощность без необходимости модифицировать структуры башен, что действительно важно при расширении возможностей 5G mMIMO и внедрении агрегации носителей. Если посмотреть на виртуализированные решения RAN или vRAN, которые включают RRU, отраслевые тесты показывают, что они развертывают услуги примерно на 30% быстрее, чем старые школьные системы.

Частота и технологическая поддержка многопоколенческих сетей

Совместимость по частотным диапазонам и соображения спектральной эффективности

Новейшие дистанционные радиоустановки обеспечивают на 30% лучшую эффективность спектра по сравнению со старыми системами, поскольку они работают на частотах от 600 МГц до 6 ГГц. Этот широкий диапазон означает, что операторы сетей могут продолжать использовать то, что у них уже есть с точки зрения ресурсов спектра, когда они переходят к технологии 5G New Radio. При широкополосных RRU несколько отдельных частотных полос объединяются в одно оборудование. Это сокращает расселение оборудования на местах работы сотовых сотовых станций и экономит около 19% энергопотребления в каждом секторе, согласно недавним исследованиям, опубликованным в Wireless Infrastructure Journal в прошлом году.

Поддержка многополосных и многотехнологичных (2G/3G/4G/5G) в RRU

Ведущие RRU теперь одновременно обрабатывают сигналы GSM (2G), UMTS (3G), LTE (4G) и 5G NR с помощью радиоархитектуры, определенной программным обеспечением (SDR). Эта обратная совместимость исключает необходимость параллельных радиоцепей, как показано в таблице ниже:

Сети, готовые к будущему: масштабируемость в различных полосах и операторах

Модульные конструкции RRU позволяют операторам активировать новые частотные полосы посредством удаленных обновлений программного обеспечения, что сокращает посещение вышек на 62% ( Опрос операторов мобильной сети 2024 )). Возможности совместного использования спектра между операторами в последних моделях позволяют динамически распределять недостаточно используемые полосы, ускоряя внедрение 5G на 89% в среде с несколькими операторами.

Интеграция с передовыми антеннами: MIMO и готовность к формированию луча

Разработка MIMO и Beamforming с помощью передовых RRU-конструкций

Последние радиоуниверситеты позволяют осуществлять массивную MIMO с помощью встроенной адаптивной технологии формирования луча и множественной антенны. Эти устройства работают с этими большими 64 передающими, 64 принимающими массивами, чтобы на самом деле направлять сигналы туда, куда они должны идти, что увеличивает количество данных, которые могут поместиться в одном и том же частотном пространстве по сравнению со старым оборудованием. Некоторые тесты, сделанные в прошлом году, показали что-то довольно впечатляющее. Сети, использующие эти передовые RRU с восемью слоями разделения сигнала, достигают скорости около 3,8 гигабит в секунду в очень переполненных городских условиях. Такие характеристики очень помогают поддерживать связь между людьми, не замедляя работу во время пиковых периодов.

Интеграция модулей формирования луча (BFU) и антеннных модулей

Устройства формирования луча или BFU работают вместе с фазовыми смещателями и усилителями мощности внутри радиоустройств (RRU) для направления сигналов с точностью около плюс или минус 2 градусов на частотах миллиметровых волн 5G. Получение такого уровня контроля действительно имеет значение - операторы сообщают о 65% меньшем количестве помех, когда несколько поставщиков услуг делят одну и ту же территорию, а охват сотовой связи расширяется примерно на 18% по сравнению с предыдущим. В будущем новые RRU будут разработаны с встроенными модулями антенн, которые объединят все эти компоненты в одно компактное наружное устройство. Эта интеграция значительно сокращает затраты на установку, экономия компаний примерно на 40% по сравнению с традиционными системами, где все должно было быть установлено отдельно. Промышленность явно движется к этим консолидированным решениям, поскольку они предлагают как преимущества для производительности, так и существенную экономию затрат.

Управление тепловой и энергетической энергией в наружных установках РРУ

Внешние RRU рассеивают до 300 Вт во время активных операций MIMO, что требует жидкостного охлаждения шасси и систем воздушного потока на основе ИИ для поддержания температуры ниже 45 ° C. Усовершенствованные модели достигают 94% энергоэффективности с использованием