Bộ Đơn Vị Cơ Sở Tăng Cường Hiệu Suất Thiết Bị Viễn Thông Như Thế Nào?

Các Chức năng Chính của Bộ Xử lý Cơ sở trong Xử lý Tín hiệu 5G

Xử lý Tín hiệu Thời gian Thực: Cho phép Độ trễ Dưới 10ms trong Mạng 5G

Các đơn vị cơ sở xử lý các tác vụ xử lý tín hiệu số quan trọng cần được thực hiện trong khoảng thời gian rất ngắn, điều này làm cho chúng trở nên thiết yếu để đạt được thời gian phản hồi siêu nhanh cần thiết trong các ứng dụng 5G như xe tự lái và hệ thống tự động hóa nhà máy. Những đơn vị này hoàn thành công việc ở tầng vật lý trong vòng chưa đầy 2 mili giây, giữ tổng độ trễ của tín hiệu đi và về dưới mức giới hạn 10 mili giây theo tiêu chuẩn 3GPP. Với các kỹ thuật như xử lý song song và tăng tốc phần cứng đặc biệt, BBUs có thể điều chỉnh việc sử dụng tài nguyên một cách linh hoạt khi điều kiện thay đổi. Điều này có nghĩa là chúng tiếp tục vận hành ổn định ngay cả khi mạng trở nên quá tải trong giờ cao điểm hoặc các sự kiện lớn.

Ống dẫn tín hiệu số: Điều chế, Mã hóa kênh và Tiền mã hóa MIMO

Ống dẫn tín hiệu số của BBU tích hợp ba chức năng chính nhằm tối đa hóa độ toàn vẹn tín hiệu và hiệu suất phổ:

1. Điều chế sử dụng các sơ đồ bậc cao như QAM-256 và QAM-1024 để mã hóa dữ liệu thành các dạng sóng vô tuyến dày đặc
2. Mã hóa kênh với mã LDPC và mã Polar giảm tỷ lệ lỗi bit tới 68% so với mã Turbo 4G
3. Tiền mã hóa MIMO cho phép điều hướng chùm tia thông minh, cải thiện hiệu quả phổ tần lên 3,1 lần (Mobile Experts 2023)
   Cùng nhau, các quá trình này giảm thiểu mất gói tin và duy trì tốc độ truyền cao trong môi trường đô thị đông đúc.

Nghiên cứu điển hình: BBU hàng đầu giảm độ trễ uplink 42% trong các triển khai 5G đô thị

Một thử nghiệm thực địa năm 2023 đối với BBU 6630 của một nhà sản xuất hàng đầu tại Tokyo đã chứng minh những cải thiện đáng kể về hiệu suất thông qua ảo hóa và dự đoán lưu lượng dựa trên học máy. Hệ thống đạt được:

• giảm 42% độ trễ uplink trung bình (từ 9,2ms xuống 5,3ms)
• cải thiện 17% thông lượng ở rìa ô nhỏ
• số kết nối bị ngắt giảm 31% trong quá trình bàn giao
  Những kết quả này khẳng định vai trò của BBU như là lõi tính toán trong các mạng 5G đáng tin cậy, đặc biệt trong các triển khai đô thị mật độ cao.

Hiệu suất Mạng do BBU Điều khiển: Giảm Độ Trễ, Mở Rộng Thông Lượng và Hiệu Quả

RAN Tập trung (C-RAN): Gom nhóm Tài nguyên Động thông qua Ảo hóa BBU

Các thiết lập Cloud RAN hoặc C-RAN sử dụng các đơn vị băng tần cơ sở ảo hóa để tập trung sức mạnh xử lý cho nhiều trạm tế bào thay vì dùng các hộp riêng lẻ ở khắp nơi. Điều này giúp loại bỏ các hệ thống phần cứng phân tán trước đây, giảm chi phí vận hành khoảng 30 phần trăm (lệch ít nhiều), và cho phép chuyển đổi khối lượng công việc theo thời gian thực khi cần. Khi có sự gia tăng đột ngột về lưu lượng mạng, hệ thống thực sự có thể tận dụng dung lượng dư thừa từ các trạm lân cận chưa được khai thác hết và chuyển sang nơi cần nhất. Kết quả? Tốc độ truyền dữ liệu tăng gần gấp ba lần so với trước khi triển khai mà không cần mua thêm thiết bị nào. Khá ấn tượng khi bạn nghĩ về điều đó.

Điều phối Massive MIMO và Tái sử dụng phổ tần nhờ Kiểm soát BBU tiên tiến

Các thuật toán BBU tiên tiến phối hợp hàng trăm phần tử ăng-ten để cung cấp định hình tia chính xác và ghép kênh không gian. Điều này cho phép nhiều người dùng chia sẻ cùng một dải tần đồng thời, tăng hiệu suất sử dụng phổ tần lên 47%. Việc tập trung tín hiệu theo hướng cũng giảm thiểu nhiễu, hỗ trợ triển khai mạng dày đặc hơn 5 lần trong khi vẫn duy trì độ tin cậy 99,999% — điều kiện thiết yếu cho các ứng dụng quan trọng.

Tác Động Chính :

• Giảm độ trễ: Phản hồi dưới 10ms cho IoT công nghiệp
• Mở rộng dung lượng: 40 Gbps mỗi ô trong các triển khai mmWave
• Hiệu quả năng lượng: Tiêu thụ điện thấp hơn 60% mỗi gigabyte so với RAN phân tán

Các Thành Phần Phần Cứng Chính Đảm Bảo Hiệu Suất Bộ Đơn Vị Cơ Sở

Tăng tốc FPGA/ASIC: Đạt Thông Lượng FFT Cao Hơn So Với Các Hệ Thống x86 Thế Hệ Trước

Các mảng cổng lập trình trường (FPGAs) cùng với các vi mạch tích hợp chuyên dụng (ASICs) cung cấp khả năng tính toán cần thiết để xử lý tín hiệu 5G theo thời gian thực, vượt trội hơn các hệ thống x86 cũ về tốc độ hoàn thành công việc và mức tiêu thụ năng lượng tổng thể thấp hơn. Những con chip chuyên dụng này thực sự tăng tốc cho các tác vụ có thể xử lý song song, chẳng hạn như các phép tính Biến đổi Fourier Nhanh mà mọi người thường đề cập, vốn gần như là bắt buộc để thực hiện chính xác việc điều chế và giải điều chế trong các hệ thống MIMO quy mô lớn mà chúng ta thấy phổ biến hiện nay. Khi các công ty chuyển từ CPU thông thường sang giải pháp FPGA hoặc ASIC, họ về cơ bản là dồn toàn bộ các thao tác xử lý nặng lên những con chip này, giảm tải cho bộ xử lý chính. Cách tiếp cận này giúp cắt giảm đáng kể độ trễ xử lý đồng thời tiết kiệm một lượng điện năng đáng kể. Một số nghiên cứu chỉ ra mức giảm tiêu thụ điện khoảng từ một phần ba đến gần một nửa tại các khu vực đô thị nơi triển khai các công nghệ này.

Bộ xử lý, DSP, Bộ nhớ và Tích hợp Giao diện trong Thiết kế BBU Hiện đại

Các đơn vị băng tần cơ sở ngày nay tích hợp rất nhiều thành phần vào một thiết bị - hãy tưởng tượng các bộ xử lý đa lõi hoạt động song song với các bộ xử lý tín hiệu số chuyên dụng, lượng lớn bộ nhớ tốc độ cao, cùng nhiều loại kết nối tiêu chuẩn được gói gọn trong một thiết bị gọn gàng. DSP thực hiện phần lớn công việc nặng như điều chế tín hiệu, giải điều chế chúng trở lại, và xử lý các tác vụ mã hóa kênh phức tạp. Trong khi đó, các bộ xử lý thông thường đảm nhiệm các nhiệm vụ như quản lý các phân vùng mạng và các giao thức cấp cao khác. Để xử lý khối lượng lớn dữ liệu tần số vô tuyến đầu vào, bộ nhớ DRAM đồng bộ đóng vai trò bộ đệm, xử lý tốc độ trên 200 gigabit mỗi giây, giúp mọi thứ không bị tắc nghẽn trong những thời điểm lưu lượng tăng đột biến. Và nói về kết nối, có một số giao diện quan trọng tham gia để đảm bảo tất cả hoạt động trơn tru.

• eCPRI : Cho phép kết nối fronthaul với độ trễ thấp
• 25GbE : Hỗ trợ tích hợp backhaul
• PCIe Gen4 : Hỗ trợ giao tiếp giữa các chip tốc độ cao
  Thiết kế tích hợp chặt chẽ này loại bỏ xung đột bus, đảm bảo độ trễ xác định dưới 100µs cho các ứng dụng siêu đáng tin cậy.

Lợi thế chiến lược của các đơn vị băng tần cơ sở: Khả năng mở rộng, Hiệu quả năng lượng và Tính sẵn sàng cho tương lai

Sự đánh đổi trong O-RAN: Cân bằng giữa phân tách và tính nhất quán hiệu suất của BBU

Khái niệm Open RAN thực tế khuyến khích thêm nhiều nhà cung cấp tham gia thị trường và thúc đẩy đổi mới sáng tạo bằng cách tách riêng các thành phần phần cứng và phần mềm. Tuy nhiên, cách tiếp cận này gây ra những vấn đề khi cố gắng duy trì hiệu suất ổn định của đơn vị băng tần cơ sở trên các thiết bị khác nhau. Các hệ thống mô-đun cho phép mở rộng và mở rộng quy mô dễ dàng hơn, đồng thời có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng khoảng 30 phần trăm theo Báo cáo Hiệu suất Viễn thông từ năm ngoái. Nhưng những lợi ích này đi kèm với một cái giá. Hệ thống đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các đặc tả giao diện, nếu không sẽ xảy ra các vấn đề về biến động thời gian tín hiệu và tốc độ truyền dữ liệu không đồng nhất. Khi xử lý các ứng dụng mà từng mili giây đều quan trọng, chẳng hạn như các hệ thống tự động hóa nhà máy được kết nối thông qua các thiết bị IoT, các nhà cung cấp mạng buộc phải đảm bảo mọi thứ hoạt động liền mạch từ đầu đến cuối. Việc triển khai chiến lược các BBU nghĩa là tìm ra điểm cân bằng tối ưu giữa tính linh hoạt mà các nền tảng mở mang lại và những yêu cầu nghiêm ngặt về hiệu suất đối với các tiêu chuẩn 5G-Advanced sắp tới và cả các tiêu chuẩn 6G vẫn chưa được xác định.