Як базовий блок підвищує продуктивність обладнання зв'язку?

Основні функції базового блоку в обробці сигналів 5G

Обробка сигналів у реальному часі: забезпечення затримки менше 10 мс у мережах 5G

Базові блоки обробляють критично важливі завдання цифрової обробки сигналів, які мають виконуватися в обмежених часових інтервалах, що робить їх життєво необхідними для досягнення надшвидких часів відгуку, потрібних у мережах 5G, таких як самокеровані автомобілі та системи автоматизації виробництва. Ці пристрої виконують свою роботу на фізичному рівні менше ніж за 2 мілісекунди, забезпечуючи загальний час затримки сигналів у зворотному напрямку значно нижче межі в 10 мілісекунд, встановленої стандартами 3GPP. Завдяки методам, таким як паралельна обробка та спеціальні апаратні прискорення, ББ можуть динамічно коригувати використання своїх ресурсів у міру зміни умов. Це означає, що вони продовжують стабільно працювати навіть під час пікового навантаження на мережу в години пік або під час масштабних подій.

Цифровий канал обробки сигналу: модуляція, каналювання та MIMO-прекодування

Цифровий канал обробки сигналу ББ інтегрує три ключові функції для максимізації цілісності сигналу та спектральної ефективності:

1. Модуляція використання схем високого порядку, таких як QAM-256 та QAM-1024, кодує дані в щільні радіохвилі
2. Канальне кодування з використанням LDPC та Polar-кодів зменшує кількість помилок у бітах до 68% порівняно з турбо-кодами 4G
3. Попереднє кодування MIMO дозволяє інтелектуальне керування променем, підвищуючи спектральну ефективність у 3,1 раза (Mobile Experts, 2023)
   Разом ці процеси мінімізують втрату пакетів і забезпечують високу пропускну здатність в умовах густонаселених міських середовищ.

Дослідження випадку: провідний BBU верхнього рівня скоротив затримку висхідного каналу на 42% у міських мережах 5G

Польове випробування 2023 року пристрою BBU 6630 провідного виробника в Токіо продемонструвало значний приріст продуктивності завдяки віртуалізації та прогнозуванню трафіку на основі машинного навчання. Система досягла:

• скорочення середньої затримки висхідного каналу на 42% (з 9,2 мс до 5,3 мс)
• покращення пропускної здатності на краю комірки на 17%
• на 31% менше обірваних з'єднань під час передачі
  Ці результати підтверджують роль BBU як обчислювального ядра надійних мереж 5G, особливо в умовах щільної міської інфраструктури.

Продуктивність мережі з використанням BBU: зниження затримки, масштабування пропускної здатності та ефективність

Централізована RAN (C-RAN): динамічне об'єднання ресурсів шляхом віртуалізації BBU

У налаштуваннях Cloud RAN або C-RAN використовуються віртуальні блоки обробки сигналів, які об'єднують обчислювальні потужності для кількох базових станцій замість окремих пристроїв у кожному місці. Це дозволяє позбутися ізольованих апаратних рішень, які ми раніше бачили, скоротити експлуатаційні витрати приблизно на 30 відсотків (з певним відхиленням) і дає змогу динамічно перерозподіляти навантаження за потребою в режимі реального часу. Коли в мережі раптово зростає трафік, система може фактично використовувати резервну потужність сусідніх базових станцій, які не завантажені повністю, і спрямовувати її туди, де вона найбільш потрібна. Результат? Пропускна здатність зростає майже втричі порівняно з попереднім рівнем — і все це без необхідності закуповувати нове обладнання. Досить вражаюче, якщо про це замислитися.

Координація масивних MIMO та повторне використання спектру, забезпечені передовим керуванням BBU

Сучасні алгоритми BBU координують сотні антенних елементів для забезпечення точного формування променів та просторового мультиплексування. Це дозволяє кільком користувачам одночасно використовувати одну смугу частот, підвищуючи спектральну ефективність на 47%. Спрямоване фокусування сигналу також мінімізує перешкоди, що дозволяє розгортати мережі з ущільненням у 5 разів більше при збереженні надійності 99,999% — критично важливо для застосунків із жорсткими вимогами.

Основний вплив :

• Зниження затримки: відгук менше 10 мс для промислового IoT
• Масштабування пропускної здатності: 40 Гбіт/с на комірку в мережах mmWave
• Енергоефективність: на 60% нижче споживання енергії на гігабайт порівняно з розподіленою RAN

Ключові апаратні компоненти, що забезпечують продуктивність блоку обробки базової смуги

Прискорення FPGA/ASIC: досягнення вищої продуктивності FFT порівняно зі старішими системами x86

Польові програмовані логічні матриці (FPGA) разом із спеціалізованими інтегральними схемами (ASIC) забезпечують обчислювальну потужність, необхідну для обробки сигналів 5G у реальному часі, перевершуючи старіші x86-системи за швидкістю виконання завдань та енергоефективністю. Ці спеціалізовані чіпи значно прискорюють виконання задач, які можна обробляти паралельно, наприклад, обчислення перетворення Фур'є, про які часто говорять, і які практично необхідні для правильного виконання модуляції та демодуляції у сучасних масивних MIMO-системах. Коли компанії відмовляються від звичайних процесорів на користь рішень на основі FPGA або ASIC, вони фактично переміщують всі ресурсомісткі операції з головного процесора. Такий підхід скорочує затримки обробки й одночасно економить чимало електроенергії. За даними деяких досліджень, у міських районах, де впроваджено ці технології, споживання енергії зменшується на третину або майже на половину.

Інтеграція процесора, DSP, пам'яті та інтерфейсу в сучасному дизайні BBU

Сучасні блоки базової смуги об'єднують багато чого в одному пристрої — це багатоядерні процесори, що працюють поряд з спеціалізованими цифровими процесорами сигналів, великий обсяг швидкодіючої пам'яті та різноманітні стандартні інтерфейси, об'єднані в один компактний пакет. Саме DSP виконує основну роботу з модуляції сигналів, демодуляції та вирішення складних завдань кодування каналів. Тим часом звичайні процесори керують такими функціями, як управління мережевими сегментами та інші завдання верхніх рівнів протоколу. Для обробки величезних обсягів вхідних радіочастотних даних використовується синхронна DRAM як буфер, що забезпечує швидкості понад 200 гігабіт на секунду, запобігаючи затримкам під час неусувних піків навантаження. Що стосується з'єднань, то для безперебійної спільної роботи всіх компонентів задіяно кілька важливих інтерфейсів.

• eCPRI : Забезпечує з'єднання фронтхолу з низькою затримкою
• 25GbE : Підтримує агрегацію бекхолу
• PCIe Gen4 : Сприяє високошвидкісному міжчиповому зв'язку
  Цей тісно інтегрований дизайн усуває конфлікт за шиною, забезпечуючи детерміновану затримку менше 100 мкс для надійних застосувань.

Стратегічні переваги базових блоків: масштабованість, енергоефективність та підготовленість до майбутнього

Компроміси O-RAN: баланс між декомпозицією та стабільністю продуктивності BBU

Концепція Open RAN фактично сприяє залученню більшої кількості виробників на ринок і стимулює інновації шляхом відокремлення апаратних компонентів від програмних. Однак такий підхід створює проблеми при спробі забезпечити стабільну продуктивність блоку базової смуги на різних пристроях. Модульні системи дозволяють простіше масштабувати та розширювати мережі, до того ж, за даними Звіту про ефективність телекомунікацій минулого року, вони можуть скоротити енергоспоживання приблизно на 30 відсотків. Проте ці переваги мають свою ціну. Система потребує суворого дотримання специфікацій інтерфейсів, інакше виникнуть проблеми з часовими затримками сигналів і нестабільними швидкостями передачі даних. У застосунках, де мають значення мілісекунди, наприклад, у системах автоматизації виробництва, підключених через IoT-пристрої, постачальники мереж змушені забезпечувати бездоганну взаємодію всіх компонентів від початку до кінця. Стратегічне розгортання BBU означає знаходження оптимального балансу між гнучкістю, яку пропонують відкриті платформи, і вимогами до високопродуктивної роботи, необхідної для відповідності майбутнім специфікаціям 5G-Advanced та навіть ще невизначеним стандартам 6G.