Những điều cần cân nhắc khi chọn đơn vị băng tần cơ sở cho mạng 5G

Hiểu Rõ Vai Trò của Đơn Vị Cơ Sở trong Tương Thích 5G

Cách Tính Tương Thích 5G Định Hình Việc Lựa Chọn Đơn Vị Cơ Sở

Chuyển sang mạng 5G đồng nghĩa với việc các nhà khai thác cần các đơn vị băng tần cơ sở (BBU) có khả năng xử lý nhiều công nghệ truy cập vô tuyến, bao gồm 3G, 4G và hiện nay là 5G, tất cả trên cùng một nền tảng. Theo các báo cáo ngành gần đây từ năm 2025 về tiến độ triển khai 5G tại các khu vực khác nhau, việc sở hữu các chức năng đa chế độ này giúp giảm thiểu thiết bị trùng lặp và làm cho mạng dễ dàng mở rộng theo thời gian mà không cần thay đổi lớn. Tuy nhiên, các BBU ngày nay phải đối mặt với thách thức khá lớn. Chúng phải quản lý các kênh rộng hơn nhiều so với trước đây, đôi khi đạt băng thông lên tới 400 MHz. Ngoài ra, chúng cần hoạt động hiệu quả với các cấu hình MIMO lớn, có thể tích hợp từ 64 đến tận 256 ăng-ten. Tất cả những yêu cầu này dẫn đến nhu cầu về sức mạnh tính toán cao gấp khoảng mười lần so với thời kỳ công nghệ 4G.

Các Thành Phần Chính Của Một Đơn Vị Băng Tần Cơ Sở (BBU) Hỗ Trợ 5G

Các thành phần thiết yếu bao gồm:

• Bộ xử lý đa lõi để điều biến và giải điều biến tín hiệu thời gian thực
• giao diện eCPRI hỗ trợ tốc độ dữ liệu fronthaul lên đến 25 Gbps
• Các chồng phần mềm gốc đám mây cho phép chia nhỏ mạng và tối ưu hóa độ trễ

Các yếu tố này hoạt động cùng nhau để đáp ứng mục tiêu độ trễ 1ms của 5G và hỗ trợ truyền thông cực kỳ đáng tin cậy với độ trễ thấp (URLLC). Các BBU tiên tiến cũng tích hợp khả năng sửa lỗi dựa trên AI, giảm méo tín hiệu lên đến 52% trong môi trường nhiễu cao.

Việc chia tách chức năng trong Bộ xử lý băng tần cơ sở và tác động của chúng đến hiệu suất mạng

Cách mà 3GPP chia tách các chức năng qua các kiến trúc khác nhau (họ gọi là Tùy chọn từ 2 đến 8) về cơ bản quyết định nơi phần lớn xử lý diễn ra giữa các đơn vị trung tâm và các đơn vị ở rìa mạng. Lấy ví dụ như Split 7. Cấu hình cụ thể này chuyển một phần công việc của tầng vật lý sang các đơn vị radio từ xa, điều này thực tế làm giảm nhu cầu băng thông fronthaul khoảng 60 phần trăm. Nhưng cũng có một hạn chế ở đây. Hệ thống hiện cần sự phối hợp thời gian chính xác hơn nhiều, ở mức độ chính xác khoảng cộng hoặc trừ 130 nanogiây. Và yếu tố này trở nên rất quan trọng khi triển khai mạng 5G sóng milimet tại các thành phố lớn chật kín tòa nhà và cơ sở hạ tầng.

Đánh giá các Kiến trúc Triển khai: D-RAN, C-RAN và Open RAN

RAN Phân tán so với Tập trung: Ý nghĩa đối với Việc Triển khai Bộ xử lý Baseband

Việc chuyển từ RAN phân tán (D-RAN) sang RAN tập trung (C-RAN) làm thay đổi cơ bản cách các đơn vị xử lý tín hiệu cơ sở (BBU) thực hiện các nhiệm vụ xử lý tín hiệu. Với cấu hình D-RAN truyền thống, mỗi trạm tế bào đều có thiết bị BBU riêng, điều này đồng nghĩa với việc các nhà khai thác phải đối mặt với khối lượng bảo trì tăng đáng kể cùng chi phí tiêu thụ điện năng cao hơn. Tuy nhiên, tình hình thay đổi khi chúng ta chuyển sang kiến trúc C-RAN. Bằng cách tập trung các BBU này tại các vị trí trung tâm, các nhà cung cấp mạng có thể giảm nhu cầu bảo trì tại các trạm khoảng 40 phần trăm, theo nghiên cứu của Dell'Oro từ năm ngoái. Hơn nữa, cấu hình này cho phép phân bổ tài nguyên thông minh hơn giữa các đơn vị vô tuyến khác nhau trong toàn bộ mạng. Điều này ảnh hưởng thế nào đến yêu cầu về phần cứng? Các BBU hiện đại cần phải hỗ trợ kết nối fronthaul siêu nhanh với độ trễ dưới 2 mili giây và tích hợp các tính năng điện toán biên nếu muốn đáp ứng được kỳ vọng dịch vụ 5G ngày càng cao hiện nay.

Open RAN và Khả năng tương tác: Tương lai của các Giải pháp Xử lý Tín hiệu Cơ sở Linh hoạt

Tiếp cận Open RAN cho phép các nhà cung cấp khác nhau làm việc cùng nhau nhờ vào các giao diện tiêu chuẩn như chúng ta thấy trong đặc tả Open Fronthaul của O-RAN. Theo một số nghiên cứu gần đây từ những người làm trong lĩnh vực khoa học ứng dụng, các nhà khai thác mạng triển khai các đơn vị băng tần cơ sở Open RAN (BBU) thường đưa ra các tính năng mới nhanh hơn khoảng 30 phần trăm so với những đối tác bị giới hạn với các hệ thống đóng. Tuy nhiên, để sự linh hoạt này thực sự hoạt động, các BBU này cần phải tương thích với các phân chia tiêu chuẩn cụ thể của 3GPP, bao gồm các tùy chọn như 7-2x hoặc 8. Người dùng ban đầu cũng đang thể hiện xu hướng ưa chuộng nhất định — khoảng hai phần ba trong số họ chọn kết hợp cả hai chức năng O-DU và O-CU thành một đơn vị vật lý thay vì giữ chúng tách biệt.

Đánh giá Khả năng Kiểm soát, Tự động hóa và Quản lý

Tính vững chắc của Mặt phẳng Điều khiển trong Kiến trúc Đơn vị Băng tần cơ sở

Mặt phẳng điều khiển trong một BBU đóng vai trò rất quan trọng trong việc duy trì hoạt động ổn định đối với các ứng dụng 5G nhạy cảm về độ trễ mà chúng ta thấy trong các hệ thống IoT công nghiệp và hệ thống lái tự động. Khi mạng trở nên quá tải vào giờ cao điểm, thành phần này cần xử lý đúng cách toàn bộ lưu lượng báo hiệu đồng thời ưu tiên những nơi cần thiết. Hầu hết các hệ thống hiện đại ngày nay đều tích hợp các bộ tăng tốc phần cứng đặc biệt cùng với các phương pháp sửa lỗi hiệu quả để đảm bảo mọi thứ hoạt động như mong muốn. Theo số liệu thực tế từ thực địa, các phương pháp điều khiển phi tập trung đã giảm khoảng 37% lượng mất gói tin so với các mô hình tập trung cũ. Mức cải thiện này rất quan trọng đối với các ứng dụng mà ngay cả những độ trễ nhỏ cũng có thể gây ra sự cố lớn hoặc vấn đề an toàn.

Các Tính Năng Tự Động Hóa và Điều Phối cho Quản Lý BBU Thông Minh

Các đơn vị cơ sở băng tần ngày nay dựa vào các hệ thống tự động điều chỉnh tài nguyên theo tình trạng lưu lượng tại từng thời điểm. Khả năng này rất quan trọng để đảm bảo việc phân chia mạng 5G hoạt động đúng cách. Các nền tảng điều phối tích hợp trong các hệ thống này thực tế sử dụng trí tuệ nhân tạo để phát hiện khi nào mạng có thể bị tắc nghẽn và sau đó chuyển hướng dữ liệu trước khi sự cố xảy ra. Theo các nghiên cứu gần đây, loại định tuyến thông minh này giúp giảm khoảng một nửa nhu cầu can thiệp thủ công để khắc phục sự cố. Ngoài ra, các nền tảng tương tự cũng xử lý việc cập nhật firmware và các điều chỉnh cấu hình khác trơn tru hơn nhiều so với các phương pháp cũ. Chúng duy trì tính tương thích với các đặc tả 3GPP mới nhất mà không gây gián đoạn lớn đến các dịch vụ mà khách hàng hằng ngày phụ thuộc vào.

Đảm Bảo Khả Năng Mở Rộng Và Tính Chuẩn Bị Cho Tương Lai Trong Thiết Kế Đơn Vị Cơ Sở Băng Tần

Đối với các mạng 5G hiện đại, các đơn vị băng tần cơ sở (BBU) cần phải hoạt động hiệu quả ngay từ ngày đầu tiên, nhưng đồng thời cũng phải có khả năng thích ứng theo thời gian. Gần đây, ngành công nghiệp đã thực sự đón nhận các thiết kế mở rộng và mô-đun vì chúng hoạt động rất tốt trên nhiều thế hệ công nghệ khác nhau. Một nghiên cứu gần đây vào năm 2024 thực sự đã chỉ ra điều khá thú vị – các hệ thống được xây dựng bằng các bộ phận có thể thay thế thường giúp giảm khoảng 30% chi phí tổng thể so với những hệ thống bị giới hạn với các thành phần cố định. Hầu hết các nhà sản xuất thiết bị lớn cũng đang chuyển sang xu hướng này. Họ đang bán các khung BBU mô-đun cho phép các nhà khai thác nâng cấp từng phần. Hãy tưởng tượng việc tích hợp các chức năng mạng ảo hóa (VNFs) hoặc đơn giản là thay thế các bộ xử lý cũ mà không cần phải tháo dỡ toàn bộ và bắt đầu lại từ đầu.

Đối với quá trình chuyển đổi từ 4G sang 5G, các thiết kế BBU linh hoạt giảm thiểu gián đoạn dịch vụ bằng cách duy trì khả năng tương thích ngược. Các kiến trúc RAN ảo hóa (vRAN), ví dụ, cho phép nâng cấp định nghĩa bằng phần mềm lên 5G New Radio (NR) trong khi vẫn duy trì kết nối LTE cũ, tránh các cuộc nâng cấp tốn kém kiểu "thay thế toàn bộ" đã góp phần gây ra 42% sự chậm trễ triển khai vào năm 2023.

Việc chuẩn bị hệ thống cho tương lai thực chất nằm ở những phương pháp nâng cấp liền mạch, trong đó phần mềm được cập nhật song song với các lần kiểm tra bảo trì định kỳ và không ai thậm chí nhận ra thời gian ngừng hoạt động. Các đơn vị cơ sở băng tần mới hơn xử lý thủ thuật này bằng nguồn điện dự phòng, các đường truyền điều khiển và dữ liệu riêng biệt, cùng các hệ thống khôi phục tự động khi có sự cố xảy ra. Lấy ví dụ một công ty viễn thông lớn ở châu Âu, họ đã duy trì mạng lưới hoạt động ở mức gần như hoàn hảo với độ sẵn sàng 99,999% trong khi triển khai 5G theo từng giai đoạn. Họ sử dụng các nền tảng quản lý dựa trên đám mây đặc biệt này để phối hợp tất cả các bản cập nhật diễn ra đồng thời tại các địa điểm khác nhau. Không hề tồi nếu xét đến mức độ phức tạp ngày càng tăng của các mạng hiện đại.

Phân tích Công nghệ Bộ xử lý và Hiệu quả Chi phí

Các Tùy chọn Bộ xử lý cho BBU: Sự đánh đổi giữa GPP, DSP và SoC

Hiệu suất BBU phụ thuộc rất nhiều vào lựa chọn bộ xử lý, với ba loại chính được sử dụng trong triển khai 5G:

Bộ xử lý đa năng (GPPs) cho phép cập nhật phần mềm nhanh chóng nhưng tiêu thụ nhiều hơn 38% điện năng so với bộ xử lý tín hiệu số (DSPs) trong các tác vụ beamforming (Báo cáo Mạng Di động 2024). Các giải pháp hệ thống trên chip (SoC) mang lại cách tiếp cận cân bằng, cung cấp 12 TeraOPS/mm² cho xử lý MIMO quy mô lớn và giảm kích thước vật lý 60% so với các triển khai rời rạc.

Trí tuệ nhân tạo và Học máy trong Xử lý Tín hiệu Cơ sở

BBU được tăng cường bởi AI tối ưu hóa việc phân bổ tài nguyên, giảm độ trễ 53% trong điều kiện lưu lượng thay đổi. Các mô hình học máy dự đoán tình trạng tắc nghẽn với độ chính xác 89%, cho phép phân phối tải chủ động trên các nhóm BBU ảo hóa.

Tổng chi phí sở hữu: Cân bằng Hiệu suất, Đổi mới và Ngân sách

Bộ xử lý cao cấp chắc chắn đi kèm với mức giá cao hơn ngay từ đầu, thường có giá cao hơn từ 50 đến 70 phần trăm so với các lựa chọn tiêu chuẩn. Nhưng điều khiến chúng đáng được cân nhắc là hiệu suất tiết kiệm năng lượng ấn tượng, có thể tiết kiệm khoảng tám đô la hai mươi xu mỗi oát mỗi năm trong các hoạt động quy mô lớn. Thiết kế mô-đun của các đơn vị băng gốc (baseband units) cũng mang tính đột phá. Những hệ thống này có tuổi thọ từ tám đến mười năm vì cho phép nâng cấp tại chỗ thông qua các mô-đun FPGA cùng với các bản cập nhật định nghĩa bằng phần mềm vô tuyến (software defined radio) định kỳ. Theo nghiên cứu do Deloitte công bố năm 2023, các công ty viễn thông thực sự thu hồi vốn đầu tư nhanh hơn khoảng 22 phần trăm khi họ lên lịch thay thế phần cứng trùng với thời điểm phát hành đặc tả của 3GPP thay vì thực hiện theo các khoảng thời gian ngẫu nhiên.

Phần Câu hỏi Thường gặp

Đơn vị băng gốc (BBU) đóng vai trò gì trong mạng 5G?

Một đơn vị băng tần cơ sở (BBU) trong mạng 5G có trách nhiệm xử lý nhiều công nghệ truy cập vô tuyến bao gồm 3G, 4G và 5G trên cùng một nền tảng. Nó quản lý các kênh băng thông rộng và hỗ trợ cấu hình MIMO quy mô lớn, đòi hỏi năng lực tính toán đáng kể.

Việc chuyển sang C-RAN ảnh hưởng như thế nào đến các đơn vị băng tần cơ sở?

Việc chuyển sang RAN tập trung (C-RAN) hợp nhất các đơn vị băng tần cơ sở, giảm chi phí bảo trì và tiêu thụ điện năng. Nó cho phép phân bổ tài nguyên thông minh hơn, yêu cầu các đơn vị băng tần cơ sở phải xử lý kết nối fronthaul siêu nhanh và điện toán biên để cung cấp dịch vụ 5G tối ưu.

Lợi ích của việc sử dụng các đơn vị băng tần cơ sở Open RAN là gì?

Các đơn vị băng tần cơ sở Open RAN cho phép các nhà cung cấp khác nhau cộng tác thông qua các giao diện chuẩn, đẩy nhanh việc triển khai các tính năng so với các hệ thống đóng. Các đơn vị này cần tuân thủ các phân chia tiêu chuẩn 3GPP cụ thể để đảm bảo khả năng tương tác.

Việc lựa chọn bộ xử lý ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất BBU?

Hiệu suất BBU chịu ảnh hưởng lớn bởi lựa chọn bộ xử lý, với các tùy chọn như bộ xử lý đa dụng (GPPs), bộ xử lý tín hiệu số (DSPs) và các giải pháp hệ thống trên chip (SoC) mang lại những ưu điểm, hạn chế và hiệu quả năng lượng khác nhau.