Что обеспечивает совместимость BBU с базовыми станциями?

Основная роль BBU в архитектуре BTS и функциональной интеграции

Обработка сигналов базовой полосы: как BBU управляет модуляцией, кодированием и распределением ресурсов

В основе архитектуры базовой станции (BTS) лежит блок базовой полосы (BBU), который выполняет всю основную работу по цифровой обработке сигналов. Речь идет о таких вещах, как методы модуляции, способы кодирования каналов и динамическое распределение ресурсов между различными каналами. При передаче сигналов этот блок преобразует потоки необработанных данных в модулированные символы с использованием различных схем, например квадратурной амплитудной модуляции (QAM). Он также добавляет коды коррекции ошибок при передаче для защиты от повреждения данных во время передачи. По-настоящему удивительные процессы происходят, когда вступают в действие алгоритмы динамического распределения ресурсов, распределяя доступную полосу пропускания между несколькими пользователями таким образом, чтобы никто не ждал слишком долго получения своих данных, при этом обеспечивается максимальное использование пространства спектра. На приемной стороне BBU выполняет все необходимые операции демодуляции и декодирования. И именно здесь особенно важны мощные вычислительные возможности, поскольку они влияют на всё — от скорости передачи информации (задержка) до общих скоростей передачи данных (пропускная способность) и способности систем адаптироваться при неожиданных изменениях качества сигнала.

Архитектурная связь с РЧ-блоками: поток сигнала от базовой полосы к РЧ в интегрированных развертываниях BTS

Базовые блоки обработки сигналов (BBU) тесно взаимодействуют с удалёнными радиоустройствами (RRU) через стандартные оптоволоконные соединения, как правило, используя протоколы CPRI или eCPRI. Обработанные базовые сигналы передаются в виде цифровых данных от BBU к RRU, сохраняя при этом своё качество во время передачи. Когда эти сигналы достигают RRU, они преобразуются из цифрового формата в аналоговый, после чего усиливаются для передачи по радиочастоте через антенны. В обратном направлении, когда антенны принимают ВЧ-сигналы, они сначала преобразуются в цифровую форму на уровне RRU, а затем передаются обратно в BBU, где происходит их декодирование. Этот двусторонний канал связи с минимальной задержкой обеспечивает точную синхронизацию между различными компонентами. Такая синхронизация крайне важна для таких технологий, как координированное формированием лучей и реализация систем massive MIMO в сетях, охватывающих несколько базовых приемопередающих станций (BTS).

Стандартизированные интерфейсы, обеспечивающие взаимозаменяемость BBU и BTS

CPRI против eCPRI: задержка, пропускная способность и последствия для совместимости при связи BBU–RU

Протокол CPRI обеспечивает чрезвычайно низкую задержку менее 100 микросекунд, что абсолютно необходимо для операций физического уровня, чувствительных ко времени. Однако есть одно но — он требует огромного объёма пропускной способности фронтхола, около 24,3 гигабит в секунду на несущую антенны. Это создаёт серьёзные проблемы с масштабированием при развертывании в плотных 5G-сетях. С другой стороны, eCPRI использует иной подход, основанный на пакетной технологии Ethernet и функциональных разделениях, таких как Split-7.2. Эти изменения сокращают потребность в полосе пропускания примерно на 60 процентов, позволяя при этом частичную виртуализацию блока базовой полосы без потери критически важного времени отклика менее миллисекунды, необходимого для важных функций. Однако есть один момент: при одновременном использовании систем CPRI и eCPRI операторам необходимо убедиться в совместимости всего программного обеспечения блоков радиоустройств. В противном случае возможны ошибки конфигурации, которые могут привести к сбоям связи и ухудшению качества услуг по всей сети.

спецификации 3GPP и O-RAN: обеспечение совместимости блоков базовой станции от различных производителей в экосистемах BTS

Выпуск 15 стандарта 3GPP установил базовые нормы совместной работы оборудования, включая такие аспекты, как разделение нижних уровней (например, опция 2) и синхронизация времени с допуском плюс-минус 1,5 микросекунды. Это помогает обеспечить согласованное поведение блоков базовой полосы независимо от производителя. Затем появился O-RAN ALLIANCE со своим подходом, разработав открытые интерфейсы, не отдающие предпочтения какой-либо конкретной компании. Хорошим примером является их спецификация Fronthaul, которая фактически разделяет аппаратное и программное обеспечение, позволяя блокам базовой полосы от разных производителей беспрепятственно взаимодействовать с радиоблоками в любой подходящей конфигурации BTS. Согласно отраслевым данным за 2023 год, большинство операторов уже приняли решения O-RAN — примерно семь из десяти по всему миру. Основная причина заключается в желании избежать постоянной привязанности к оборудованию одного поставщика. Этот переход также ускорил тестирование между различными поставщиками и сократил время сертификации новых продуктов.

Функциональные разделения и эволюция RAN: как ответственность BBU изменяется в D-RAN, C-RAN и O-RAN

FH-7.2, FH-8 и другие типы разделения: влияние на требования к интерфейсу BBU и гибкость интеграции BTS

Функциональные разделения — стандартизированные альянсом O-RAN — определяют, где выполняется обработка на уровне PHY, перераспределяя функции между радиоустройствами (RUs), распределёнными блоками (DUs) и централизованными блоками (CUs). Эти изменения напрямую влияют на проектирование интерфейса BBU и гибкость развертывания BTS:

• FH-7.2 перемещает часть функций PHY (например, сжатие IQ, FFT/IFFT) в RU, снижая потребности во фронтхол-полосе пропускания примерно на 40% и упрощая внедрение cloud-RAN.
• FH-8 , при котором полная обработка PHY остаётся на стороне DU, предъявляет более строгие требования к задержкам (<250 мкс), но поддерживает передовые функции, такие как уплотнение massive MIMO.

Соответственно:

Каждый раздел предусматривает различные механизмы синхронизации оборудования и поддержку протокола, но вместе они устраняют ограничения, специфические для поставщика, и ускоряют масштабируемость сети 5G.

Ключевые возможности BBU, которые напрямую обеспечивают совместимость BTS

Совместимость базовых полос с базовыми передатчиками (BTS) зависит от пяти основных возможностей, обеспечивающих бесперебойную интеграцию в современных архитектурах RAN:

• Масштабируемость : Динамическое распределение ресурсов обработки для удовлетворения роста трафика и расширения сетибез обновления аппаратного обеспеченияв соответствии с растущими потребностями в 5G-мощности.
• Высокая мощность обработки : Устойчивая пропускная способность до 100 Гбит/с для модуляции, кодирования и планирования в режиме реального временикритически важна для обработки сигналов с низкой задержкой и высокой точностью.
• Гибкость протоколов : поддержка CPRI, eCPRI и O-RAN стандартов фронтальной связи с помощью интерфейсов, определенных программным обеспечением, что обеспечивает совместимость между гетерогенными экосистемами BTS.
• Поддержка виртуализации : аппаратно-независимый дизайн, соответствующий принципам облачных RAN, поддерживающий контейнеризированные нагрузки и модели инфраструктуры как услуги, по прогнозам, охватывающие 40% сетей к 2025 году.
• Соответствие стандартам безопасности : Встроенное шифрование, взаимная аутентификация и управление ключами, согласованные с системами безопасности 3GPP (например, TS 33.501), обеспечивающие доверие от конца к концу в открытых средах RAN.

Вместе эти возможности демонтируют собственные барьеры и обеспечивают последовательную, надежную обработку сигналов в распределенных, централизованных и гибридных развертываниях RAN.