BBU ve RRU, Baz İstasyonlarında Nasıl Verimli Bir Şekilde İş birliği Yapar?

Sinyal İşlemede Tabanbant Ünitesi (BBU) Fonksiyonları ve Sorumlulukları

Modern baz istasyonlarının merkezinde, modülasyon ve demodülasyon, hata düzeltme işlemleri ile PDCP, RLC ve RRC dahil olmak üzere farklı katmanlardaki protokollerin yönetimini içeren tüm kritik sinyal işleme işlemlerini üstlenen Temel Bant Birimi (BBU) bulunur. Herhangi bir şey hava arayüzü üzerinden iletilmeden önce bu birim, hem LTE hem de 5G NR ağlarını düzenleyen 3GPP standartlarına tam olarak uyulduğundan emin olur. BBU'ları gerçekten öne çıkaran şey ise kontrol düzleminin sistemdeki gerçek veri akışından ayrılmasıdır. El değiştirme yönetimi gibi işlemler normal veri akışından ayrı yapıldığında, daha akıllı kaynak tahsisi imkânları doğar. Ağlar böylece trafik beklenmedik şekilde artıp azaldığında anında adapte olabilir ve yoğun kullanım dönemlerinde bile işlem sürekliliğini koruyabilir.

RF Dönüştürme ve Anten Arayüzünde Uzak Radyo Biriminin (RRU) Rolü

Uzak Radyo Ünitesi (RRU), antenlerin hemen yanına yerleştirilir ve bu sayede 2,6 GHz veya 3,5 GHz gibi temel bant sinyallerini gerçek radyo dalgalarına dönüştürür. Bu konumlandırma, özellikle bu yüksek frekans aralıklarında normal koaksiyel kablolar kullanıldığında yaklaşık her 100 metrede 4 dB'ye varan ciddi sinyal kaybını azaltmaya yardımcı olur. Peki bir RRU aslında ne yapar? Dijital bilgiyi verileri aşağı yönde iletmek için tekrar analog forma dönüştürür, cihazlardan gelen zayıf sinyalleri fazladan gürültü eklemeden yükseltir ve taşıyıcı toplama adı verilen bir yöntemle 700 MHz'den 3,8 GHz'e kadar olan çoklu frekans bantlarıyla çalışır. Bu ünitelerin antenlere yakın yerleştirilmesi ağların daha hızlı tepki vermesini de sağlar. Testler, eski sistemlere kıyasla gecikmenin, ekipman konumları arasında uzun kablo hatlarının kullanıldığı sistemlerde yaklaşık %25 düştüğünü göstermiştir.

Tamamlayıcı İş Akışı: BBU ve RRU Nasıl Uçtan Uca Sinyal İletimini Sağlar

BBU ve RRU, dijital işlemden hava aracılığıyla iletime kadar kesintisiz bir sinyal zinciri oluşturmak için CPRI veya eCPRI protokollerini kullanan yüksek hızlı fiber bağlantılar üzerinden birlikte çalışır.

Bu dağıtılmış mimari, şehirsel ortamlarda spektral verimliliği %32 artıran BBU'ları merkezileştirirken RRU'ları kule tepelerine yerleştirir. Bu ayrım, bağımsız yükseltmeler yapılmasına olanak tanır ve özellikle gelişmekte olan O-RAN ekosistemlerinde faydalıdır.

Fiber Temelli Önbağlantı Bağlantısı: BBU ve RRU'yu CPRI ve eCPRI ile Bağlamak

BBU-RRU İletişiminde Yüksek Hızlı Fiber Optik Bağlantılar

Fiber optik kablolar, günümüzün ön bağlantı ağlarının omurgasını oluşturur ve BBU'ları RRU'lara bağlarken yüksek bant genişliği ve minimum gecikme sağlar. Bu kablolar saniyede 25 gigabitin üzerinde veri hızını taşıyabilir. Bu da demek oluyor ki, dijital radyo sinyallerini elektromanyetik müdahale sorunları olmadan güvenilir bir şekilde taşıyabiliyorlar. Bu da kalabalık şehir bölgelerinde çok önemli bir şey. CPRI standardı, BBU'da gerçekleşen taban bant işleme ile RRU tarafından gerçek RF işi arasında eşzamanlı şeyleri tutmak için iki yönlü fiber ile birlikte çalışır. Bu senkronizasyon, sistemin başından sonuna kadar iyi sinyal kalitesini korumaya yardımcı olur.

CPRI vs. eCPRI: Fronthaul Verimliliği ve Bant Genişliği Yönetimi Protokolleri

5G ağlara doğru ilerlerken, birçok operatör gelişmiş CPRI veya kısaltmasıyla eCPRI adı verilen şeye geçmeye başladı. eCPRI'nin ilginç yanı, eski CPRI sürümlerine kıyasla bant genişliği gereksinimlerini on kata kadar düşürebilmesidir. Geleneksel CPRI ise farklı çalışır. Her anten için ayrı fiber bağlantılar gerektirir ve Katman 1 işlemleri olarak bilinen yapıya bağlı kalır. Ancak iş büyük MIMO yapılarına gelince, günümüzde giderek yaygınlaşan bu yapılarda, normal CPRI yeterince ölçeklenebilir değildir. İşte burada eCPRI öne çıkar. Ethernet tabanlı taşıma yöntemlerine geçerek, istatistiksel çoklama adı verilen bir şey aracılığıyla birden fazla uzak radyo ünitesinin kaynakları paylaşmasına olanak tanır. Sonuç? Ek altyapı maliyetlerine katlanmadan, fronthaul verimliliği açısından çok daha iyi performans.

Bu evrim, fronthaul maliyetlerini %30 oranında azaltır ve ölçeklenebilir milimetre dalga dağıtımlarını destekler.

Fronthaul Tasarımında Gecikme, Kapasite ve Senkronizasyon Hususları

Zamanlamayı doğru ayarlamak çok önemlidir. Eğer 50 nanosaniyeden daha büyük bir senkronizasyon hatası olursa, 5G ağlarındaki beamforming ve diğer tüm zaman tabanlı fonksiyonlar bozulur. Bu nedenle modern fronthaul yapılandırmaları, kontrol sinyallerinin ağ boyunca düzgün şekilde iletilmesini sağlamak için IEEE 802.1CM TSN standartları gibi teknolojileri kullanır. Veri hacmini yönetme konusunda, çoğu kişi şu günlerde 25G transceiver'lara geçmiştir. Bu sistemler yaklaşık olarak kilometre başına 1,5 dB düzeyinde sinyal kaybını karşılayabilir ve bu performans eski 10G sistemlerinden yaklaşık üçte ikisi kadar daha iyidir. Tüm bu yükseltmeler, baseband ünitelerin merkezi mimari yapılandırmalarında uzak radyo ünitelerinden 20 kilometre uzakta yer alması durumunda bile yanıt sürelerinin bir milisaniyenin altında tutulabilmesini sağlar.

Ağ Mimarisi Evrimi: D-RAN'dan C-RAN ve vRAN'a

D-RAN ve C-RAN: BBU Kurulumu ve RRU Dağılımı Üzerindeki Etkisi

Geleneksel Dağıtılmış RAN veya D-RAN yapılarında, her hücre kulesinin kendisine ait Temel Bant Birimi (BBU), Uzak Radyo Biriminin (RRU) hemen yanında yer almaktadır. Bu durum sinyal gecikmesini 1 milisaniyenin altına indirse de, çoğu zaman kullanılmadan duran birçok yedek ekipmanın olmasına neden olur ve kuleler arasında kaynak paylaşımını oldukça zorlaştırır. Yeni Merkezileştirilmiş RAN yaklaşımı ise tüm bu BBU'ları alarak onları farklı lokasyonlardaki RRU'lara fiber optik kablolarla bağlanan merkezi konumlarda bir araya getirir. Dell'Oro'nun 2023 raporundaki sektörel araştırmalara göre, bu değişiklik işletme masraflarını yaklaşık %17 ila hatta %25'e yakın oranda azaltabilir. Ayrıca ağ operatörleri, günlük olarak değişen trafik desenlerine göre işlem gücüne en çok ihtiyaç duyulan yere yönlendirme imkanı kazanır.

İyileştirilmiş Kaynak Paylaşımı ve Verimlilik için C-RAN'da Merkezileştirilmiş BBU Havuzları

BBU'ları merkezi tesislerde toplayarak operatörler tek bir konumdan yüzlerce RRU'yu yönetebilir. Faydaları şunlardır:

• Donanım konsolidasyonu : 24 hücrelik bir kurulum, eşdeğer D-RAN yapılandırmalarına kıyasla %83 daha az BBU şasisi gerektirir
• Enerji optimizasyonu : Yük dengeleme, baz istasyonu güç tüketimini %35 oranında azaltır (Ericsson vaka çalışması 2022)
• Gelişmiş koordinasyon : Etkili 5G milimetre dalga beamforming için koordine çoklu nokta (CoMP) gibi teknikleri mümkün kılar

Sanallaştırılmış RAN (vRAN): BBU Fonksiyonlarının Bulut Tabanlı İşlemeye Evrimi

vRAN, baz bandı işlemini özel donanımdan ayırır ve sanallaştırılmış BBU (vBBU) fonksiyonlarını ticari sunucularda çalışan bulut sunucularında çalıştırır. Bu geçiş şunları sağlar:

1. Esnek ölçeklenebilirlik : İşlem kaynakları trafik desenleriyle dinamik olarak ölçeklenir
2. Edge entegrasyonu : Operatörlerin %67'si gecikmeyi en aza indirmek için vBBU'ları Çoklu Erişim Edge Computing (MEC) düğümleriyle birlikte kullanır (Nokia 2023)
3. Birlikte çalışabilirlik zorlukları : Satıcı çeşitliliğine rağmen, alt-700 μs senkronizasyon elde etmek özel hızlandırma donanımı gerektirir

D-RAN'dan C-RAN ve vRAN'a evrim, merkezileştirme ve sanallaştırmanın ağ verimliliğini, ölçeklenebilirliği ve maliyet etkinliğini nasıl artırdığını göstermektedir.

O-RAN ve Fonksiyonel Bölünmeler: BBU-RRU İşbirliğini Yeniden Tanımlamak

O-RAN Alliance Standartları ve BBU ile RRU için Açık Arayüz Gereksinimleri

O-RAN İttifakı, taban istasyonu birimleri (BBU) ile uzak radyo birimlerinin (RRU) birbiriyle nasıl haberleşeceği konusunda standartlar belirleyerek, daha açık ve uyumlu radyo erişim ağı tasarımlarını desteklemektedir. Bunun gerçek anlamı, operatörlerin tek bir tedarikçinin ekosistemine bağlı kalmak yerine, farklı üreticilerden gelen ekipmanları karışık olarak kullanabilmeleridir. İttifak, bu bileşenler arasında işlevleri bölmek için çeşitli yöntemler geliştirmiştir ve bunlara örnek olarak Seçenek 7.2x verilebilir. Bu yapıda, RLC ve MAC katmanları gibi işlemler BBU'da yapılırken, fiziksel katmanın alt seviye görevleri ve RF işleme işlemleri RRU tarafında gerçekleşir. Geçen yıl Applied Sciences dergisinde yayımlanan bir makale, bu yapılandırmanın fronthaul gecikmelerini 250 mikrosaniyenin altına indirebildiğini göstermiştir ve kablosuz ağların zamanlama sorunlarına ne kadar duyarlı olduğunu düşünürsek bu oldukça etkileyicidir. Elbette burada bir denge de söz konusudur. Açık standartların donanım satın alınırken daha fazla seçenek sunmasının yanı sıra, genel performansın zarar görmeden her şeyin sorunsuzca birlikte çalıştığından emin olmak için tüm parçalar arasında daha sıkı bir koordinasyon gerektirir.

O-RAN Mimarilerinde Fonksiyonel Bölünme Seçenekleri (örneğin, Bölünme 7-2x)

Split 7.2x standardı, işleme görevlerini farklı bileşenler arasında iki ana yaklaşım kullanarak böler. Kategori A ile işin çoğu BBU tarafında gerçekleşir ve bu durum RRU'ları basitleştirir ancak ön bağlantı hattında daha fazla trafiğe neden olur. Tam tersine, Kategori B bu işleme görevlerini RRU'nun kendisine iletir. Bu yapı, kullanıcıların gönderdiği sinyallerle uğraşırken daha iyi performans sunar, ancak donanımı daha karmaşık hale getirir. Son endüstri raporlarına göre, büyük ölçekli MIMO kurulumlarında ağ operatörlerinin yaklaşık üçte ikisi sinyal girişimini çok daha iyi kontrol edebilmek için Kategori B'yi tercih etmiştir. Teknoloji dünyası da sürekli gelişmektedir. Örneğin 2023'teki ULPI projesini ele alalım. Bu yeni gelişme, sistem mimarisi içinde belli dengeleme fonksiyonlarını yeniden konumlandırarak genel performans kazançlarını artırmayı amaçlamaktadır. Bu tür iyileştirmeler, son zamanlarda O-RAN çalışma gruplarının yayınladığı belgelerde vurgulanan şeylerin ta kendisidir.

Açık RAN Kurulumlarında Birlikte Çalışabilirlik ve Performans Dengesi

O-RAN, zamanla para biriktirme potansiyeli sunar ve farklı tedarikçilerle çalışma imkanı sağlar ancak geleneksel entegre RAN sistemleriyle aynı performansa ulaşmak hâlâ zorlu bir iş. Sorun, çeşitli üreticilerin donanım hızlandırma yetenekleri ve yazılımlarının ne kadar olgun olduğu konusundaki farklılıklara dayanıyor. Bu da veri aktarım hızı ve güç tüketimi gibi önemli metriklerde hedefe ulaşmaya çalışırken ciddi baş ağrısı yaratıyor. Şirketler merkezileştirilmiş BBU havuzlarını kurduklarında, ön uçta endüstri standartlarına göre yaklaşık 100 nanosaniyenin altındaki jitter değerlerini koruyacak son derece güvenilir bağlantılara da ihtiyaç duyarlar. Çoğu uzman, ilk olarak daha düşük riskli şehir bölgelerinde yavaş yavaş başlamayı öneriyor; böylece sorunlar büyük kesintilere neden olmaz. Bu yaklaşım, işletmecilerin daha geniş alanlara tam anlamıyla geçmeden önce her şeyin düzgün çalışıp çalışmadığını ve beklentileri karşılıyup karşılamadığını test etmesine olanak tanır.