Hur förbättrar basbandenhet prestandan hos kommunikationsutrustning?

Kärnfunktioner i basbandenheten för 5G-signalbehandling

Realtids signalbehandling: Möjliggör latens under 10 ms i 5G-nät

Basbänder enheter hanterar kritiska digitala signalbehandlingstasker som måste ske inom strama tidsfönster, vilket gör dem avgörande för att uppnå de extremt snabba svarstiderna som krävs i 5G-tillämpningar som självkörande bilar och fabrikssystem för automatisering. Dessa enheter slutför sitt arbete på fysisk lager på mindre än 2 millisekunder, vilket håller den totala fördröjningen för signaler som går fram och tillbaka väl under 3GPP:s gräns på 10 millisekunder. Med tekniker som parallellbearbetning och särskilda hårdvaruoptimeringar kan BBU:er anpassa sin resursanvändning i realtid när förhållandena förändras. Det innebär att de fortsätter att fungera smidigt även när nätverken blir mycket belastade under rusningstid eller stora evenemang.

Digital signalpipeline: Modulering, kanalkodning och MIMO-förkodning

BBU:s digitala signalpipeline integrerar tre nyckelfunktioner för att maximera signaltrovärdighet och spektraleffektivitet:

1. Modulation med hjälp av högordningsscheman som QAM-256 och QAM-1024 kodas data till täta radiovågformer
2. Kanalkodning med LDPC och Polar-koder minskar bitfelshastigheten med upp till 68 % jämfört med 4G Turbo-koder
3. MIMO-förkodning möjliggör intelligent strålstyrning, vilket förbättrar spektraleffektiviteten med 3,1 gånger (Mobile Experts 2023)
   Tillsammans minimerar dessa processer paketförlust och säkerställer hög dataflödeshastighet i tätt befolkade urbana miljöer.

Fallstudie: Toppnivå BBU minskar upplänkslatensen med 42 % i urbana 5G-utbud

Ett fältförsök 2023 med en ledande tillverkares BBU 6630 i Tokyo visade på betydande prestandaförbättringar genom virtualisering och maskininlärningsdriven trafikprognos. Systemet uppnådde:

• 42 % minskning av genomsnittlig upplänkslatens (från 9,2 ms till 5,3 ms)
• 17 % förbättring av dataflöde vid cellgränsen
• 31 % färre frånkopplade anslutningar vid överlämningar
  Dessa resultat bekräftar BBU:s roll som den beräkningsmässiga kärnan i tillförlitliga 5G-nät, särskilt i tätbefolkade urbana installationer.

BBU-driven nätverksprestanda: Minskad latens, skalad dataflöde och effektivitet

Centraliserad RAN (C-RAN): Dynamisk resurspoolning genom BBU-virtualisering

Cloud RAN eller C-RAN-uppbyggnader använder virtuella basebandenheter som samlar bearbetningskraft för flera cellplatser istället för att ha separata enheter överallt. Detta innebär att man avskaffar de isolerade hårdvarulösningar vi tidigare såg, minskar driftskostnader med cirka 30 procent, mer eller mindre, och gör det möjligt att flytta arbetsbelastningar efter behov i realtid. När det uppstår en plötslig ökning av nätverkstrafik kan systemet faktiskt hämta ledig kapacitet från närliggande celler som inte används till hela kapaciteten och dirigera den dit den behövs mest. Resultatet? Dataflödet ökar till närmare tre gånger vad det var tidigare, utan att behöva köpa ny utrustning. Ganska imponerande när man tänker på det.

Massiv MIMO-koordinering och spektral återanvändning möjliggjord av avancerad BBU-styrning

Avancerade BBU-algoritmer samordnar hundratals antennelement för att leverera exakt beamforming och spatial multiplexing. Detta gör det möjligt för flera användare att dela samma frekvensband samtidigt, vilket ökar spektraleffektiviteten med 47 %. Riktad signalinriktning minskar också störningar och stödjer 5 gånger tätare nätverksdistributioner samtidigt som 99,999 % tillförlitlighet upprätthålls – avgörande för verksamhetskritiska applikationer.

Nyckelinverkan :

• Latensminskning: Under 10 ms svarstid för industriell IoT
• Toppkapacitetsskalning: 40 Gbps per cell i mmWave-distributioner
• Energieffektivitet: 60 % lägre effektförbrukning per gigabyte jämfört med distribuerade RAN

Nyckelkomponenter som driver prestanda i basbandenhet

FPGA/ASIC-acceleration: Högre FFT-genomströmning jämfört med äldre x86-system

Fältprogrammerbara grindmatriser (FPGA) tillsammans med applikationsspecifika integrerade kretsar (ASIC) erbjuder den typ av beräkningskraft som krävs för att hantera 5G-signaler i realtid, vilket överträffar äldre x86-system när det gäller att utföra uppgifter snabbare och samtidigt använda mindre energi totalt. Dessa specialiserade kretsar ökar hastigheten avsevärt för uppgifter som kan bearbetas parallellt, såsom de Fast Fourier-transformberäkningar som ofta nämns, vilka i praktiken är nödvändiga för att få modulering och demodulering rätt i de stora MIMO-uppställningar vi ser överallt idag. När företag går bort från vanliga processorer och istället använder FPGA- eller ASIC-lösningar, tar de effektivt sett bort alla tunga beräkningar från huvudprocessorn. Den här approachen minskar bearbetningsfördröjningar samtidigt som den spar en betydande mängd elenergi. Vissa studier visar på en minskning av energiförbrukningen med en tredjedel till nästan hälften i stadsmiljöer där dessa tekniker implementeras.

Processor, DSP, minne och gränssnittsintegration i modern BBU-design

Dagens basbandenhet packar in mycket i en låda – tänk flerkärniga processorer som arbetar sida vid sida med specialiserade digitala signalprocessorer, mycket höghastighetsminne och alla typer av standardgränssnitt samlade i ett prydligt paket. DSP:n utför det tunga arbetet när det gäller att modulera signaler, demodulera dem igen och hantera de komplicerade kanalkodningsuppgifterna. I mellertid tar vanliga processorer hand om saker som hantering av nätverkssnitt och annan överordnad protokollhantering. För att hantera stora mängder radiofrekvensdata som kommer in, fungerar synkront DRAM som buffert och klarar hastigheter över 200 gigabit per sekund, vilket förhindrar flaskhalsar under de oundvikliga trafiktopparna. När det gäller anslutningar finns flera viktiga gränssnitt inblandade för att allt ska fungera smidigt tillsammans.

• eCPRI : Möjliggör låg-latens anslutning för fronthaul
• 25GbE : Stödjer backhaul-aggregering
• PCIe Gen4 : Underlättar höghastighetskommunikation mellan kretsar
  Denna tätt integrerade design eliminerar busskonkurrens och säkerställer deterministisk latens under 100 µs för ultra-pålitliga applikationer.

Strategiska fördelar med basbandenheter: Skalbarhet, energieffektivitet och framtidsäkring

O-RAN-kompromisser: Balansera upplösning och prestandakonsekvens i BBU

Begreppet Open RAN uppmuntrar faktiskt fler leverantörer att ta sig in på marknaden och främjar innovation genom att separera hårdvaru- och programvarukomponenter. Detta tillvägagångssätt skapar dock problem när man försöker hålla basbandenheternas prestanda stabil över olika utrustning. Modulära system gör det lättare att skala och expandera, och kan dessutom minska energiförbrukningen med cirka 30 procent enligt Telekomeffektivitetsrapporten från i fjol. Men dessa fördelar har sin kostnad. Systemet kräver strikt efterlevnad av gränssnittsspecifikationer, annars uppstår problem med signaltidvariationer och inkonsekventa dataöverföringshastigheter. När det gäller applikationer där millisekunder räknas, såsom fabrikationsautomatiseringssystem anslutna via IoT-enheter, har nätverksoperatörer inget val utan måste se till att allt fungerar sömlöst från början till slut. Att placera ut BBU:er strategiskt innebär att hitta den optimala balansen mellan vad öppna plattformar erbjuder i termer av anpassningsförmåga och vad som krävs för att uppfylla de stränga prestandakraven i kommande 5G-Advanced-specifikationer och även de ännu odefinierade 6G-standarderna.