Điều Gì Khiến BBU Tương Thích Với Các Trạm Phát Sóng Cơ Sở?

Vai trò Cốt lõi của BBU trong Kiến trúc BTS và Tích hợp Chức năng

Điều phối Xử lý Băng tần Cơ sở: Cách BBU Quản lý Điều chế, Mã hóa và Phân bổ Tài nguyên

Tại trung tâm của kiến trúc Trạm phát sóng cơ sở (BTS) là Đơn vị băng tần cơ sở (BBU), chịu trách nhiệm quản lý toàn bộ các công việc xử lý tín hiệu số thiết yếu. Hãy nghĩ đến những khía cạnh như các kỹ thuật điều chế, các phương pháp mã hóa kênh và cách thức phân bổ tài nguyên một cách linh hoạt trên các kênh khác nhau. Khi truyền tín hiệu đi, đơn vị này sẽ lấy các luồng dữ liệu thô và chuyển chúng thành các ký hiệu đã điều chế thông qua các phương pháp như Điều chế biên độ vuông pha (QAM). Nó cũng thêm vào các mã sửa lỗi tiến (forward error correction codes) để bảo vệ dữ liệu khỏi bị sai lệch trong quá trình truyền tải. Điểm đặc biệt thực sự nằm ở các thuật toán phân bổ tài nguyên thời gian thực, khi chúng phân chia băng thông sẵn có giữa nhiều người dùng sao cho không ai phải chờ đợi quá lâu để nhận dữ liệu, đồng thời vẫn đảm bảo sử dụng tối đa khả năng của dải phổ. Ở phía thu, BBU thực hiện toàn bộ công việc giải điều chế và giải mã cần thiết. Và đây chính là lúc khả năng xử lý mạnh mẽ trở nên quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến mọi khía cạnh, từ tốc độ truyền thông tin (độ trễ) đến tốc độ truyền dữ liệu tổng thể (throughput), cũng như khả năng thích ứng của hệ thống khi chất lượng tín hiệu thay đổi bất ngờ.

Liên kết Kiến trúc với Đơn vị RF: Luồng Tín hiệu từ Cơ sở đến RF trong Các Triển khai BTS Tích hợp

Các đơn vị băng tần cơ sở (BBUs) hoạt động chặt chẽ cùng với các đơn vị vô tuyến xa (RRUs) thông qua các kết nối sợi tiêu chuẩn, thường sử dụng giao thức CPRI hoặc eCPRI. Các tín hiệu băng tần cơ sở đã xử lý được truyền dưới dạng dữ liệu số từ BBU đến RRU trong khi vẫn giữ nguyên chất lượng trong suốt quá trình truyền. Khi các tín hiệu này đến RRU, chúng được chuyển đổi từ định dạng số sang analog trước khi được khuếch đại để phát ở tần số vô tuyến qua các ăng-ten. Theo chiều ngược lại, khi các ăng-ten thu được tín hiệu RF, chúng đầu tiên được chuyển thành dạng số tại vị trí RRU và sau đó được truyền ngược về BBU nơi thực hiện toàn bộ quá trình giải mã. Đường truyền thông hai chiều với độ trễ tối thiểu này cho phép đồng bộ hóa chính xác về thời gian giữa các thành phần khác nhau. Sự đồng bộ hóa như vậy rất quan trọng đối với các kỹ thuật định hình chùm phối hợp và việc triển khai các hệ thống MIMO quy mô lớn trong các mạng trải rộng trên nhiều Trạm thu phát gốc (BTS).

Các Giao diện Chuẩn Cho Phép Tương Thích Giữa BBU và BTS

CPRI so với eCPRI: Độ Trễ, Băng Thông và Các Hệ Quả về Khả Năng Tương Thích cho Truyền Thông Giữa BBU và RU

Giao thức CPRI cung cấp độ trễ cực thấp dưới 100 micro giây, điều này hoàn toàn thiết yếu đối với các thao tác ở tầng vật lý nhạy cảm về thời gian. Tuy nhiên, có một điểm bất lợi là nó đòi hỏi lượng băng thông fronthaul rất lớn, khoảng 24,3 gigabit mỗi giây cho mỗi sóng mang ăng-ten. Điều này tạo ra những vấn đề nghiêm trọng về khả năng mở rộng khi triển khai trong các mạng 5G mật độ cao. Ngược lại, eCPRI áp dụng một phương pháp khác bằng cách sử dụng công nghệ Ethernet dựa trên gói tin cùng với việc chia chức năng như Split-7.2. Những thay đổi này giúp giảm nhu cầu băng thông khoảng 60 phần trăm, đồng thời vẫn cho phép ảo hóa một phần đơn vị băng tần cơ sở mà không làm mất đi thời gian phản hồi dưới một miligiây – yếu tố then chốt cho các chức năng quan trọng. Tuy nhiên, có một điều cần lưu ý: khi các nhà khai thác kết hợp hệ thống CPRI và eCPRI với nhau, họ cần đảm bảo tất cả firmware của đơn vị vô tuyến phải tương thích. Nếu không, sẽ xảy ra các lỗi cấu hình dẫn đến sự cố liên lạc và suy giảm dịch vụ trên toàn mạng.

đặc tả 3GPP và O-RAN: Đảm bảo tính tương thích BBU đa nhà cung cấp trong các hệ sinh thái BTS

Phiên bản 15 của 3GPP đã đặt ra một số tiêu chuẩn cơ bản về cách các thiết bị hoạt động cùng nhau, bao gồm các yếu tố như phân chia tầng thấp (ví dụ như Tùy chọn 2) và đồng bộ thời gian có thể dao động trong khoảng cộng hoặc trừ 1,5 micro giây. Điều này giúp đảm bảo các đơn vị băng tần cơ sở hoạt động nhất quán bất kể nhà sản xuất nào tạo ra chúng. Sau đó, O-RAN ALLIANCE xuất hiện với cách tiếp cận riêng của họ, tạo ra các giao diện mở không thiên vị cho bất kỳ công ty nào. Đặc tả Fronthaul của họ là một ví dụ điển hình, về cơ bản là tách biệt phần cứng khỏi phần mềm để các đơn vị băng tần cơ sở từ các nhà sản xuất khác nhau có thể hoạt động trơn tru với các đơn vị vô tuyến trong bất kỳ cấu hình BTS nào phù hợp. Nhìn vào các số liệu ngành năm 2023 cho thấy phần lớn các nhà khai thác hiện nay đã chấp nhận các giải pháp O-RAN, khoảng 7 trên 10 trên toàn cầu. Lý do chính? Họ muốn tránh bị phụ thuộc lâu dài vào thiết bị của một nhà cung cấp duy nhất. Sự chuyển đổi này cũng làm tăng tốc độ kiểm thử giữa các nhà cung cấp khác nhau và rút ngắn thời gian chứng nhận cho các sản phẩm mới.

Phân chia Chức năng và Sự phát triển của RAN: Cách thức Trách nhiệm BBU Thay đổi qua D-RAN, C-RAN và O-RAN

FH-7.2, FH-8 và Các Phân chia Khác: Tác động đến Yêu cầu Giao diện BBU và Tính Linh hoạt Tích hợp BTS

Các phân chia chức năng—được chuẩn hóa bởi Liên minh O-RAN—xác định lại vị trí xử lý lớp PHY diễn ra, dịch chuyển trách nhiệm giữa các đơn vị vô tuyến (RUs), đơn vị phân tán (DUs) và đơn vị tập trung (CUs). Những thay đổi này trực tiếp định hình thiết kế giao diện BBU và tính linh hoạt triển khai BTS:

• FH-7.2 chuyển một phần các chức năng PHY (ví dụ: nén IQ, FFT/IFFT) sang RU, giảm nhu cầu băng thông fronthaul khoảng 40% và làm dễ dàng hơn việc áp dụng cloud-RAN.
• FH-8 , vẫn giữ toàn bộ xử lý PHY tại DU, đặt ra yêu cầu nghiêm ngặt hơn về độ trễ (<250 µs) nhưng hỗ trợ các tính năng tiên tiến như tăng mật độ MIMO quy mô lớn.

Do đó:

Mỗi phân chia yêu cầu các cơ chế đồng bộ phần cứng và hỗ trợ giao thức khác nhaunhưng tập hợp lại, chúng loại bỏ các hạn chế cụ thể của nhà cung cấp và tăng tốc độ mở rộng mạng 5G.

Các khả năng BBU chính cho phép tương thích trực tiếp với BTS

Sự tương thích của các đơn vị băng thông cơ bản (BBU) với các trạm phát tín hiệu cơ sở (BTS) dựa trên năm khả năng cơ bản đảm bảo tích hợp liền mạch trên các kiến trúc RAN hiện đại:

• Khả Năng Mở Rộng : Phân bổ năng động các nguồn tài nguyên xử lý để đáp ứng sự gia tăng lưu lượng truy cập và mở rộng mạng không cần nâng cấp phần cứng đáp ứng nhu cầu năng lực 5G đang phát triển.
• Năng lượng xử lý cao : Tăng tốc độ thông lượng lên đến 100 Gbps cho điều chế thời gian thực, mã hóa và lập kế hoạch quan trọng cho xử lý tín hiệu độ trễ thấp, độ trung thực cao.
• Sự linh hoạt của giao thức : Hỗ trợ bản địa cho các tiêu chuẩn CPRI, eCPRI và O-RAN fronthaul thông qua các giao diện được xác định bằng phần mềm, cho phép tương tác giữa các hệ sinh thái BTS khác nhau.
• Hỗ trợ ảo hóa : Thiết kế không cần phần cứng phù hợp với các nguyên tắc RAN đám mây, hỗ trợ khối lượng công việc containerized và mô hình cơ sở hạ tầng như một dịch vụ dự kiến sẽ bao gồm 40% mạng vào năm 2025.
• Phù hợp an ninh : Mã hóa tích hợp, xác thực lẫn nhau và quản lý khóa phù hợp với các khung bảo mật 3GPP (ví dụ: TS 33.501), đảm bảo sự tin tưởng từ đầu đến cuối trong môi trường RAN mở.

Cùng nhau, các khả năng này tháo bỏ các rào cản độc quyền và cung cấp xử lý tín hiệu nhất quán, đáng tin cậy trên các triển khai RAN phân tán, tập trung và lai.