Як вибрати правильний RRU для комунікаційних веж?

Розуміння ролі RRU в сучасних радіодоступових мережах

Функція віддаленого радіоблоку (RRU) у сучасних RAN

Пристрої дистанційного радіокерування, або RRUs, виступають ключовими ланками, що з'єднують цифрову базову обробку з фактичними передачами радіочастот у мережах радіодоступу. Ці пристрої беруть цифрові сигнали від блоку базової смуги та перетворюють їх на радіохвилі, які можуть поширюватися повітрям. Вони також працюють у зворотному напрямку для сигналів, що надходять із телефонів користувачів. Розташовані близько до антен, RRU зменшують втрати фідера приблизно на 4 дБ кожні 100 метрів на частотах близько 2,6 ГГц. Згідно з деякими дослідженнями Ponemon за 2023 рік, таке розташування покращує якість сигналу приблизно на 22% порівняно з централізованими конфігураціями. Виробники сьогодні вбудовують у свої RRU складні перетворювачі ЦАП/АЦП разом із ефективними системами фільтрації. Це дозволяє їм одночасно обробляти кілька діапазонів частот, зберігаючи затримку нижче 70 наносекунд, що має велике значення для швидких застосунків 5G, які ми всі хочемо.

Основні компоненти базової станції: де розташований RRU

Сучасні базові станції складаються з трьох основних елементів:

• Антена масив : Обробляє випромінювання/прийом електромагнітних хвиль
• РРУ : Обробляє ВЧ-сигнали (підвищення/зниження частоти, підсилення) безпосередньо на місці антени
• ББУ : Керує протокольними стеками, корекцією помилок і мережевою безпекою

Ця розподілена архітектура зменшує споживання енергії на 18–35% порівняно з традиційними макробазовими станціями, як зафіксовано у випробуваннях енергоефективності RAN 2024 року. Корпус RRU, придатний для зовнішнього розміщення, дозволяє встановлювати його на відстані 1–5 метрів від антен — необхідність для міліметрових хвиль, де атмосферне послаблення перевищує 15 дБ/км.

Розділення базової смуги (BBU) та RRU: Еволюція архітектури

Декомпозиція BBU та RRU означає принциповий відхід від інтегрованих базових станцій і дозволяє:

Централізуючи BBU в захищених об'єктах, а також розподіляючи RRU на всі місця на вежах, оператори досягають на 92% швидших модернізацій поля за допомогою програмне забезпечення, визначеної радіореконфігурацією. Останні реалізації C-RAN демонструють, як це відділення підтримує динамічне збалансування навантаження на 64256 RRU на басейні BBU, оптимізуючи спектрову ефективність для високої щільності міських розгортання.

Основні функції та можливості обробки сигналів РРУ

Обробка сигналу нижньої зв'язку та верхньої зв'язку в RRU

Віддалені радіорозділи або RRU обробляють обидва способи обробки сигналу, що досить важливо для роботи сучасних систем RAN. Коли ці пристрої надсилають дані з мережі, вони приймають цифрові сигнали, що надходять з BBU, і перетворюють їх на реальні радіохвилі за допомогою складних методів модуляції. І коли вони отримують дані, вони, по суті, зворотнюють цей процес, приймаючи радіочастотні сигнали і перетворюючи їх назад у цифрову форму, щоб ББУ міг зрозуміти все це. Той факт, що RRU можуть працювати в обох напрямках одночасно означає, що ми отримуємо супершвидкі швидкісні зв'язки без майже ніякого затримки. Рівень помилок залишається дуже низьким, десь близько 0,001% або навіть більше у більшості 5G-настроїв. Це допомагає зберегти синхронізацію навіть коли підключені тисячі пристроїв одночасно, не викликаючи серйозних перебоїв у якості послуг.

Функції переднього боку радіосистем: DAC, ADC, перетворення вгору/вниз, фільтрація

РЧ-фронтенд RRU ґрунтується на чотирьох основних компонентах:

1. Цифро-аналогові перетворювачі (DAC) : Перетворюють цифрові I/Q сигнали на аналогові хвильові форми
2. Аналого-цифрові перетворювачі (ADC) : Захоплюють вхідні аналогові сигнали для цифрової обробки
3. Конвертери частоти : Зміщують сигнали між базовими смугами та несучими частотами
4. Фільтри звузлення : Видаляють позасмугові перешкоди, зберігаючи цілісність сигналу

Ці компоненти працюють разом, забезпечуючи спектральну ефективність до 8,2 біт/Гц у сучасних багатотехнологічних мережах RAN, що на 37% перевершує продуктивність застарілих систем у реальних тестах пропускної здатності.

Продуктивність підсилювача потужності (PA) та малошумного підсилювача (LNA)

Сучасні RRU інтегрують високоефективні PA (ККД перетворення постійного струму в РЧ 90–94%) та надчутливі LNA (коефіцієнт шуму <1,2 дБ), щоб відповідати жорстким вимогам бюджету радіозв'язку 5G. Це поєднання підтримує:

• масивні конфігурації MIMO 64T64R із загальною вихідною потужністю 200 Вт
• обробка смуги пропускання каналу 160 МГц у спектрі FR1
• чутливість приймача -110 дБм для надійного виявлення слабких сигналів

Інновації у системі теплового управління, такі як рідинне охолодження та матеріали зі зміною фазового стану, забезпечують стабільну роботу при температурах навколишнього середовища від -40°C до +55°C.

Архітектурні переваги RRU у розгортанні D-RAN та C-RAN

Розподілена RAN (D-RAN) порівняно з централізованою RAN (C-RAN): роль RRU

Пристрій віддаленого радіообладнання, який ми називаємо RRU, по суті робить архітектуру RAN більш гнучкою, оскільки відокремлює радіофункції від місця обробки базових смуг. Розглядаючи розподілені системи RAN, ці пристрої розташовуються безпосередньо біля антен на базових станціях, що допомагає зберегти силу аналогових сигналів, запобігаючи їх послабленню під час проходження через коаксіальні кабелі. У централізованих системах C-RAN пристрої RRU все ще залишаються поблизу антен, але тепер підключаються через оптоволоконні лінії до центральних процесорних блоків. Така конфігурація може скоротити потребу у фізичному просторі на об'єктах приблизно на 40 відсотків, згідно з деякими звітами галузі минулого року. Незалежно від того, чи йдеться про конфігурації D-RAN чи C-RAN, ці віддалені пристрої відіграють ключову роль у підтримці високої якості сигналу, забезпечуючи при цьому достатню гнучкість мереж для адаптації до майбутніх змін.

Зменшення втрат у фідері та підвищення енергоефективності за рахунок розміщення RRU

Коли блоки дистанційного радіо розташовуються близько до антен, втрати в фідерних лініях знижуються приблизно на 90% порівняно зі старими конфігураціями, що суттєво впливає на загальну енергоефективність. Коротші кабелі також означають менші втрати РЧ-потужності. Замість втрат 15–20% загальної енергії через довгі ділянки тепер ми маємо втрати менше ніж 5%, особливо при роботі з сигналами високої частоти. Ще одна перевага полягає у зменшенні потреби у охолодженні, оскільки ці RRU добре працюють на відкритому повітрі без необхідності у складних термоконтрольованих корпусах. Польові інженери повідомляють, що така конфігурація зменшує проблеми з обслуговуванням у спекотні літні місяці, коли системи кондиціонування в іншому разі мали би труднощі з підтриманням температури.

Масштабованість та гнучкість розгортання у віртуалізованих середовищах RAN

Сучасні віддалені радіообладнання (RRU) добре працюють у хмарних середовищах завдяки таким стандартам, як eCPRI. Це дозволяє динамічно об'єднувати ресурси в мережах різних виробників. Модульна архітектура цих пристроїв дає змогу операторам поступово нарощувати потужність, не змінюючи конструкції щогл — що особливо важливо під час розширення можливостей 5G mMIMO та реалізації агрегації несучих. З огляду на віртуалізовані RAN або рішення vRAN, що включають RRU, промислові випробування показали, що вони забезпечують розгортання послуг приблизно на 30 відсотків швидше, ніж старі системи минулих часів.

Підтримка частот і технологій для мереж багатьох поколінь

Сумісність з діапазонами частот та аспекти ефективності спектру

Найновіші віддалені радіообладнання пропонують приблизно на 30 відсотків кращу ефективність використання спектру порівняно зі старими системами, оскільки вони працюють у діапазоні частот від 600 МГц до 6 ГГц. Цей широкий діапазон дозволяє операторам мереж продовжувати використовувати наявні ресурси спектру під час переходу до технології 5G New Radio. Завдяки широкосмуговим RRU кілька окремих смуг частот об'єднуються в одному апаратному забезпеченні. Це скорочує кількість обладнання на базових станціях і економить близько 19% енергії на сектор, згідно з нещодавніми дослідженнями, опублікованими в журналі Wireless Infrastructure Journal минулого року.

Підтримка багаточастотних режимів та багатьох технологій (2G/3G/4G/5G) у RRU

Сучасні RRU одночасно обробляють сигнали GSM (2G), UMTS (3G), LTE (4G) та 5G NR за допомогою архітектури програмно-визначуваного радіо (SDR). Ця зворотна сумісність усуває необхідність паралельних радіоланцюгів, як показано в таблиці нижче:

Майбутньо-орієнтовні мережі: масштабованість у різних діапазонах та операторів

Модульні конструкції RRU дозволяють операторам активувати нові частотні діапазони за допомогою віддалених оновлень програмного забезпечення, зменшуючи кількість виїздів на вежі на 62% ( Опитування операторів мобільних мереж 2024 ). Функції спільного використання спектра між операторами в останніх моделях дозволяють динамічно розподіляти недовикористовувані діапазони, прискорюючи розгортання 5G на 89% у середовищах із кількома операторами.

Інтеграція з передовими антенами: підготовленість до MIMO та біформінгу

Реалізація MIMO та біформінгу завдяки передовим конструкціям RRU

Останні радіо-віддалені блоки (RRU) роблять можливим масивне MIMO завдяки вбудованій технології адаптивного формування променя та багатоантенним конфігураціям. Ці пристрої працюють з великими масивами 64 передавачів і 64 приймачів, щоб точно спрямовувати сигнали туди, куди потрібно, що підвищує обсяг даних, який може поміститися в тому самому частотному діапазоні, у порівнянні зі старим обладнанням. Деякі тести минулого року також показали досить вражаючі результати. Мережі, які використовували ці сучасні RRU з вісімома рівнями розділення сигналів, досягали швидкостей близько 3,8 гігабіт за секунду в умовах дуже навантажених міських середовищ. Така продуктивність має величезне значення для забезпечення стабільного з'єднання всіх користувачів без уповільнення під час пікових навантажень.

Інтеграція блоків формування променя (BFU) та антенних модулів

Блоки формування пучка або BFU працюють разом із фазовими регулювачами та підсилювачами потужності всередині радіовіддалених блоків (RRU), щоб спрямовувати сигнали з точністю близько ±2 градуси на частотах міліметрових хвиль 5G. Досягнення такого рівня керування має велике значення — оператори повідомляють про приблизно 65 відсотків менше перешкод, коли кілька постачальників послуг ділять одну й ту саму територію, тоді як зона покриття стільникових мереж збільшується приблизно на 18 відсотків у порівнянні з попереднім рівнем. У майбутньому новіші RRU проектуються з вбудованими антенними модулями, які об'єднують усі ці компоненти в один компактний зовнішній блок. Така інтеграція значно скорочує витрати на встановлення, економлячи компаніям приблизно 40 відсотків у порівнянні з традиційними системами, де все потрібно було встановлювати окремо. Галузь чітко рухається до таких інтегрованих рішень, оскільки вони забезпечують як переваги у продуктивності, так і значну економію коштів.

Теплове та енергетичне управління в зовнішніх установках RRU

Зовнішні блоки радіообладнання розсіюють до 300 Вт під час активних MIMO-операцій, що вимагає використання шасі з рідинним охолодженням та систем airflow із керуванням за допомогою штучного інтелекту для підтримання температури нижче 45 °C. Просунуті моделі досягають енергоефективності 94% завдяки потужним підсилювачам на основі нітриду галію (GaN) та регулюванню напруги з адаптацією до навантаження, що зменшує щорічні експлуатаційні витрати на 7 200 доларів США на одиницю відповідно до телекомунікаційних показників сталого розвитку 2023 року.