Како BBU и RRU ефикасно сарађују у базним станицама?

Функције и одговорности јединице за базни опсег (BBU) у обради сигнала

У сржима модерних базних станица налази се јединица за базни опсег (BBU), која обавља све врсте критичних послова обраде сигнала. Мислите на модулацију и демодулацију, исправљање грешака, као и управљање протоколима на различитим слојевима укључујући PDCP, RLC и RRC. Пре него што се било шта пошаље преко етера, ова јединица осигурава да све одговара стандардима 3GPP који регулишу мреже LTE и 5G NR. Оно што заиста истиче BBUs је начин на који раздваја функције контролног равни од стварног тока података кроз систем. Када се управљање преносом одвија одвојено од редовног тока података, отварају се могућности за паметнију расподелу ресурса. Мреже се затим могу прилагођавати у ходу када дође до наглих пораста или падова саобраћаја, чиме се осигурава непрекидан рад чак и у времену вршног оптерећења.

Улога удаљене радио јединице (RRU) у РФ конверзији и повезивању са антенама

Јединица удаљеног радио-приступа (RRU) налази се одмах поред антена, где трансформише базнe сигнале у стварне радио таласе као што су фреквенције од 2,6 GHz или 3,5 GHz. Овакав положај помаже у смањењу губитка сигнала који може бити прилично велик — око 4 dB на сваких 100 метара када се користе обични коаксијални каблови, посебно у овим вишим опсезима фреквенција. Шта заправо RRU ради? Па, она обавља претварање дигиталних података у аналогни облик за слање података низводно, појачава слабе сигнале који се враћају узводно са уређаја без додавања превише шума и ради са више фреквенцијских опсега, од 700 MHz па све до 3,8 GHz, користећи технику познату као агрегација носећих фреквенција. Постављање ових јединица близу антена такође чини да мреже брже реагују. Тестови показују да закашњење опада за око 25% у односу на старије системе који су се ослањали на дуге каблове између локација опреме.

Допунски радни ток: Како BBU и RRU омогућавају пренос сигнала од краја до краја

BBU и RRU раде заједно преко високобрзинских оптичких веза користећи CPRI или eCPRI протоколе како би формирали безпрекоран ланац сигнала од дигиталне обраде до преноса кроз ваздух.

Ова дистрибуирана архитектура централизује BBU јединице док RRU јединице поставља на врхове торњева, побољшавајући спектралну ефикасност за 32% у урбаним срединама. Раздвајање омогућава независне надоградње и посебно је корисно у развоју O-RAN екосистема.

Фибер базирана фронтхаул конективност: Повезивање BBU и RRU са CPRI и eCPRI

Високобрзинске оптичке везе у комуникацији између BBU и RRU

Оптички каблови чине основу данашњих фронтхол мрежа, омогућавајући високу пропусност и минималну латенцију приликом повезивања BBU-а са RRU-овима. Ови каблови могу подносити брзине преноса података изнад 25 гигабита у секунди, што значи да поуздано преносе дигитализоване радио сигнале без проблема због електромагнетних интерференација – нешто што је веома важно у урбаним срединама где истовремено ради много опреме. CPRI стандард ради уз двосмерни оптички кабл како би одржао синхронизацију између базног процесирања које се дешава у BBU-у и стварног РФ рада који обавља RRU. Ова синхронизација помаже у одржавању добре квалитете сигнала кроз цео систем, од почетка до краја.

CPRI у односу на eCPRI: протоколи за ефикасност фронтхола и управљање пропусношћу

Док прелазимо на 5G мреже, многи оператери су почели да усвајају нешто што се зове побољшани CPRI или краће eCPRI. Оно што чини eCPRI интересантним је то колико смањује захтеве за пропусном ширином чак десет пута у односу на старије верзије CPRI-ја. Традиционални CPRI иначе функционише другачије. За сваку антену захтева посебне оптичке везе и придржава се такозваних операција Лојера 1. Али ево проблема: када је реч о великим MIMO конфигурацијама које су данас толико уобичајене, обичан CPRI једноставно не може да се проширује како треба. Управо ту eCPRI истиче своје предности. Прелазаком на транспортне методе засноване на Етернету, омогућава више удаљених радио јединица да деле ресурсе кроз нешто што се зове статистичко мултиплексирање. Резултат? Знатно боље перформансе у погледу ефикасности фронтхаула без свих додатних трошкова инфраструктуре.

Ova evolucija smanjuje troškove fronthaul veze za 30% i podržava skalabilne implementacije milimetarskih talasa.

Razmatranja kašnjenja, kapaciteta i sinhronizacije u projektovanju fronthaul veze

Tačno vreme je od velikog značaja. Ako postoji greška u sinhronizaciji veća od 50 nanosekundi, poremeti se formiranje snopa i sve ostale funkcije zasnovane na vremenu u mrežama 5G. Zbog toga savremene fronthaul konfiguracije koriste stvari poput standarda IEEE 802.1CM TSN kako bi kontrolisani signali pravilno prolazili kroz mrežu. Kada je reč o obradi zapremine podataka, većina korisnika se danas prebacila na 25G prijemnike. Oni obrađuju gubitak signala oko 1,5 dB po kilometru, što zapravo nadmašuje stare 10G sisteme za otprilike dve trećine. Svi ovi nadogradnji znače da i dalje možemo postići vremena odziva ispod jednog milisekunda, čak i ako jedinice za obradu signala moraju biti postavljene na rastojanju do 20 kilometara od udaljenih radio jedinica u centralizovanim arhitektonskim konfiguracijama.

Evolucija mrežne arhitekture: Od D-RAN ka C-RAN i vRAN

D-RAN у односу на C-RAN: Утицај на развој BBU и дистрибуцију RRU

Традиционални дистрибуирани RAN или D-RAN системи имају своју јединицу базног опсега (BBU) смештену на сваком стубу антене, непосредно поред удаљене радио јединице (RRU). Иако ово задржава кашњење сигнала испод 1 милисекунде, значи да постоји много дуплиране опреме која већину времена није у употреби, те отежава дељење ресурса између стубова. Новији приступ централизованог RAN-а узима све те BBU јединице и групише их у централним локацијама повезаним оптичким кабловима са RRU јединицама на различитим местима. Према истраживању индустрије компаније Dell'Oro из њиховог извештаја из 2023. године, ова промена може смањити трошкове одржавања између 17% и чак до 25%. Поред тога, оператери мреже добијају могућност да премештају обрадну моћ тамо где је највише потребна, у зависности од промена у обиму саобраћаја током дана.

Централизоване BBU групе у C-RAN-у за побољшано дељење ресурса и ефикасност

Груписањем ББУ-а у централизованим објектима, оператери могу да управљају стотинама РРУ-а из једне локације. Предности укључују:

• Консолидација хардвера : Деплoјмент са 24 ћелије захтева 83% мање ББУ шасија у односу на еквивалентне D-RAN конфигурације
• Optimizacija energije : Балансирање оптерећења смањује потрошњу енергије базних станица за 35% (истраживање компаније Ериксон, 2022)
• Напредна координација : Омогућава технике попут координиране мултипоинт комуникације (CoMP) за ефикасно формирање зрака на милиметарним таласима у 5G мрежама

Виртуализована РАН мрежа (vRAN): Развој функција ББУ-а ка обради заснованој на облаку

vRAN одваја обраду базног појачања од проприетарног хардвера, тако што виртуализоване функције ББУ-а (vBBU) покреће на комерцијалним серверима опште намене заснованим на облаку. Ова промена доноси:

1. Флексибилно скалирање : Ресурси за обраду динамички скалирају у складу са образцем саобраћаја
2. Интеграција ивице мреже : 67% оператора развија вББУ уз чворове за рачунање на мултиприступној ивици мреже (MEC) како би смањили кашњење (Nokia 2023)
3. Изазови међуспојивости : Постизање синхронизације испод 700 μs захтева специјализовану хардверску акцелерацију упркос разноликости произвођача

Еволуција од D-RAN ка C-RAN и vRAN истиче како централизација и виртуализација побољшавају ефикасност, скалабилност и трошковну ефикасност мреже.

O-RAN и функционални расцепи: Преобликовање сарадње између ББУ-а и РРУ-а

Стандарди алијансе O-RAN и захтеви за отвореним интерфејсима за ББУ и РРУ

Алијанса О-РАН-а притиска за отвореније и компатибилније дизајне радио-доступних мрежа постављањем стандардних начина за размену података између базових јединица (ББУ) и удаљених радио јединица (РРУ). Оно што то заиста значи је да оператери могу мешати и подударати опрему од различитих произвођача уместо да буду закључени у екосистем једног добављача. Алијанса је предложила различите начине за подељење функција између ових компоненти, као што је опција 7.2x. У овој конфигурацији, ствари као што су RLC и MAC слојеви управљају својим радом у BBU, док се послови физичког слоја нижег нивоа и обрада ФР догађају на крају RRU. Недавни рад објављен прошле године у часопису Апплеид Сциенце открио је да ова конфигурација задржава кашњења фронтала испод 250 микросекунди, што је прилично импресивно с обзиром на то колико су бежичне мреже осетљиве на проблеме са временом. Наравно да је и овде постоји компромис. Иако отворени стандарди пружају више опција приликом куповине опреме, такође захтевају тежу координацију свих различитих делова како би се осигурало да све функционише без проблем без оштећења укупне перформансе.

Функционалне опције поделе (нпр. подела 7-2x) у O-RAN архитектурама

Сплит 7.2x стандард функционише тако што расподељује задатке обраде између различитих компонената користећи два основна приступа. У категорији А, већина посла се одвија на страни ББУ-а, чиме су РРУ-и једноставнији, али се ствара више саобраћаја на вези спредњег преноса. С друге стране, категорија Б помера те задатке обраде директно ка самом РРУ-у. Ова конфигурација омогућава боље перформансе приликом обраде сигнала који долазе од корисника, иако чини хардвер сложенијим. Према недавним индустријским извештајима, отприлике две трећине оператера мрежа су одабрале категорију Б за своје масивне МИМО имплементације, јер омогућава много бољу контролу над интерференцијама сигнала. Технологија се наставља да развија. Узмимо на пример пројекат УЛПИ из 2023. године. Овај нови развој помера одређене функције еквализације унутар системске архитектуре како би се постигли још већи добици у перформансама у целокупном систему. Баш овакве побољшане карактеристике истичу се у документима радних група О-РАН-а у последње време.

Балансирање интероперабилности и перформанси у Open RAN имплементацијама

O-RAN može da donese uštedu novca tokom vremena i omogućava rad sa različitim dobavljačima, ali postizanje istih performansi kao kod tradicionalnih integrisanih RAN sistema još uvek je izazovno. Problem se svodi na razlike između onoga što različiti proizvođači nude u pogledu mogućnosti hardverske akceleracije i zrelosti njihovog softvera. Ovo stvara prave glavobolje pri pokušaju dostizanja ključnih metrika za propusnost podataka i potrošnju energije. Kada kompanije postave centralizovane BBU grupe, potrebne su im izuzetno pouzdane veze i na prednjem delu, nešto što zahteva održavanje džitera ispod oko 100 nanosekundi prema industrijskim standardima. Većina stručnjaka preporučuje da se na početku ide polako, možda započevši sa nekim lokacijama nižeg rizika u gradovima gde problemi neće izazvati velike poremećaje. Ovaj pristup omogućava operaterima da testiraju da li sve funkcioniše skladno i ispunjava očekivanja pre nego što se potpuno angažuju na većim površinama.