Unidad de banda base (BBU)

Emulación de BBU para trabajos de campo, laboratorio y fabricación

La demanda de capacidad e innovación en las redes inalámbricas ha impulsado el porcentaje de implementación de estaciones base nuevas a niveles sin precedentes. Las limitaciones en términos de plazos de comercialización y gastos operativos exigen un mayor nivel de eficiencia y predictibilidad programática. La emulación de unidades de banda base (BBU) permite a los operadores de redes optimizar y acelerar el proceso de implementación de estaciones base sometiendo a pruebas unidades de radio remotas (RRU) durante la fase de instalación. La tecnología 5G New Radio (NR) introduce la arquitectura dividida de la BBU. VIAVI ofrece las soluciones de emulación más avanzadas de BBU para el trabajo de campo, el laboratorio y las plantas de fabricación.

Productos

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¿Qué es una unidad de banda base? 

Una unidad de banda base (BBU) es un dispositivo de redes de telecomunicaciones que se emplea para procesar señales de banda base. El término banda base hace referencia a la frecuencia original de una transmisión antes de la modulación. La red de acceso de radio (RAN) tradicional consta de una BBU conectada a una o más unidades de radio remotas (RRU) ubicadas cerca de antenas.

La unidad de banda base es responsable de las comunicaciones a través de la interfaz física hasta la red central, mientras que la unidad de radio remota lleva a cabo las funciones de radiofrecuencia de transmisión y recepción. Normalmente, los dos elementos están enlazados a través de fibra óptica.

La funcionalidad centralizada y el posicionamiento fijo al pie de la torre de la estación base son aspectos sobre el significado tradicional de la BBU que ha redefinido la tecnología 5G. La arquitectura de las redes RAN de próxima generación divide la funcionalidad de las BBU entre una unidad distribuida (DU) para las funciones en tiempo real y una unidad centralizada (CU) para las funciones en tiempo no real como el control de recursos de radio (RRC). La virtualización y la desagregación de las unidades de banda base 5G incrementan la capacidad y reducen la latencia.

¿Qué hace una unidad de banda base?

Una red RAN consta de una unidad de procesamiento de banda base y una unidad de procesamiento de radiofrecuencia. La unidad de banda base actúa como el “hub” centralizado de la estación base, y procesa el tráfico de datos del enlace ascendente y el enlace descendente, además de controlar la funcionalidad de las RRU. Una BBU convencional consta de un procesador de señales digitales (DSP) que se emplea para convertir señales de analógicas a digitales o al revés.

Entre los demás procesos que las unidades de banda base realizan, se incluyen la monitorización de alarmas y el funcionamiento del reloj del sistema para la sincronización. La BBU también controla la transferencia de los datos de los usuarios, la gestión de las sesiones y las funciones de movilidad que definen el enlace de comunicación entre usuarios.

En la arquitectura de la estación base, en su origen, la BBU y la RRU se encontraban en estanterías de radio y digitales coubicadas en un armario o carcasa al pie de la torre de la estación base. La estación base se conectaba a la antena a través de cableado de radiofrecuencia, que tendía a experimentar pérdidas e interferencias. La publicación del protocolo de la interfaz de radio pública común (CPRI) en 2003 definió el transporte y la conectividad entre la RRU y la BBU, que permitía una mayor separación física de estos elementos a través de un enlace de fronthaul.

Evolución de la BBU

Desde que se introdujeron las primeras redes móviles hace cuarenta años, los elementos básicos de las redes RAN y las interfaces entre ellos han mantenido un flujo constante. La división funcional que se produjo con la unidad de banda base LTE continúa evolucionando con la arquitectura de BBU desagregada que define el estándar 3GPP TR 38.801.

Arquitectura de banda base 4G

Las redes LTE 4G supusieron un hito importante para el desarrollo de la BBU, gracias a la introducción de la unidad de radio remota o RRU, el fronthaul y las antenas MIMO para incrementar la capacidad. La arquitectura de las redes RAN distribuidas (D-RAN) para la combinación de BBU y cabezal de radio remoto (RRH) derivó en la implementación de la unidad de banda base típica en la torre de la macroestación base. Este concepto se expandió con la introducción de la RAN centralizada (C-RAN), que después acabó con las limitaciones físicas de la BBU.

Arquitectura de banda base 5G

La red RAN 5G lleva la arquitectura de la unidad de banda base de los sistemas de telecomunicaciones al siguiente nivel al dividir las capas de funcionalidad de la BBU. La DU se ubica lo más cerca posible de la unidad de radio RRU y se conecta a ella a través del enlace de fronthaul. El nuevo enlace de fibra óptica basado en paquetes que conecta la DU y la CU se conoce como “midhaul”. En un panorama donde las funciones en tiempo no real y con un uso intensivo del procesador se han orientado a más CU ubicadas centralmente y remotas, la utilización de los recursos se ha optimizado y el tráfico se ha enrutado de manera más eficiente.

La virtualización de las redes RAN también permite personalizar la división funcional entre la DU y CU según el caso práctico de la tecnología 5G. La red RAN abierta (O-RAN) está dirigiendo la arquitectura dividida hacia una mayor interoperabilidad al definir las convenciones de transporte entre las unidades distribuidas abiertas (O-DU), las unidades centralizadas abiertas (O-CU) y las unidades de radio abiertas (O-RU) de diferentes proveedores. Al mismo tiempo, la interfaz eCPRI, abierta y basada en paquetes, optimiza la transferencia de datos entre la DU y la RU al sustituir el modo de transporte en serie CPRI, menos eficiente. 

¿Cuál es la función de una BBU?

En un modelo arquitectónico dividido de red RAN, las funciones asignadas a la CU y la DU se definen mediante la división de capas de interconexión de sistemas abiertos (OSI). Este modelo complementa la tecnología 5G al proporcionar más flexibilidad en la gestión de la carga, la optimización de cada caso práctico y la escalabilidad. Las funciones de la CU y la DU también pueden trasladarse cerca de la unidad de radio (RU) para casos prácticos con una demanda elevada de ancho de banda y ubicaciones de usuarios fijos.

Functional Split

El simulador de unidades distribuidas para pruebas de O-CU TeraVM de VIAVI ofrece las ventajas de la emulación de O-DU en el laboratorio o la planta de producción, lo que permite a los desarrolladores y fabricantes de equipos simular de manera precisa una amplia gama de perfiles de O-RU y equipos de usuario (UE) con una carga de tráfico escalable. El sistema TeraVM también incluye las primeras pruebas globales de O-CU del sector que son compatibles con los últimos estándares de las redes O-RAN y el proyecto 3GPP.

Importancia de la emulación al instalar estaciones base

A medida que la demanda de capacidad y la propagación de dispositivos aumentan, los operadores móviles se enfrentan al desafío de implementar de manera eficiente estaciones base nuevas. Las fases de instalación, puesta en marcha y ajuste de las estaciones requieren un sinfín de recursos y conocimientos técnicos para la construcción, la verificación y la solución de problemas. Las radios y las antenas nuevas se montan en la torre durante la fase de instalación, pero sus pruebas funcionales no se pueden realizar hasta que una BBU o DU esté instalada.

Installing Cell Sites

La emulación de unidades de banda base ofrece un enfoque paralelo más eficaz en la implementación de estaciones base al simular la transmisión de BBU y la comunicación de RRU mediante equipos de pruebas avanzados y sin una BBU en funcionamiento. Las arriesgadas subidas a la torre se pueden minimizar, ya que la configuración del RRH, la calidad de la señal, el estado del enlace y la pendiente de la antena se comprueban antes de la fase de puesta en marcha de la implementación de la estación base.

Este enfoque de las pruebas de RRU reduce los gastos operativos al minimizar los desplazamientos de los técnicos y los problemas imprevistos antes de la puesta en marcha. Con el personal y los equipos de instalación de la torre aún en la estación base para realizar todo tipo de ajustes y solucionar problemas, el tiempo medio de reparación (MTTR) se reduce y la instalación de las estaciones base se puede certificar con confianza. La fase de ajuste de la estación base se minimiza o elimina, ya que el diagnóstico y la reparación se sustituyen por la confirmación final del hardware y el rendimiento.

Desafíos de la emulación

La emulación de BBU debe continuar para garantizar la evolución y adaptarse al ritmo de las nuevas características y capacidades de la banda base que acompañan a la adopción de la tecnología 5G. Cada configuración de una unidad de banda base introduce variables únicas que emular. La variedad de factores de forma de BBU existentes y las tendencias hacia la virtualización y la desagregación plantean desafíos para los técnicos y los equipos de pruebas encargados de la emulación de BBU. 

Entre estos desafíos, se encuentran velocidades de línea más rápidas, una amplia diversidad de configuraciones de CU y DU, y el requisito de verificar el rendimiento de la tecnología MIMO así como su ajuste con la misma eficacia con la que se certificaba una sola antena. Las redes RAN de próxima generación incrementan la complejidad de las RU y añaden requisitos adicionales a los procesos de puesta en marcha y ajuste. El probador de redes portátil MTS-5800 de VIAVI es una solución compacta y fácil de usar para la emulación de arquitecturas de unidades de banda base tanto heredadas como emergentes.

Ventajas de la emulación de BBU 

Las ventajas de la emulación de BBU empiezan por una mayor eficiencia y un tiempo de implementación general reducido, y llegan hasta una mejor visibilidad y solución de problemas de las redes activas a lo largo de su ciclo de vida. Al simplificar la fase de puesta en marcha y eliminar prácticamente la fase de ajuste, la emulación de BBU reduce de forma radical los gastos operativos y el plazo de comercialización. La emulación se ha convertido en una herramienta importante del mantenimiento y la solución de problemas de las estaciones base. 

  • Emulación durante la instalación

    La emulación de BBU se puede emplear para verificar las conexiones de enlaces de fibra óptica al cabezal de radio remoto y las conexiones coaxiales de las RRU a las antenas. Se pueden validar la potencia óptica, la integridad de los datos de banda base IQ y la configuración de los enlaces CPRI/eCPRI. La solución para pruebas de estaciones base OneAdvisor-800 también realiza mediciones por radio (Over-the-Air, OTA) e inspecciones de terminaciones de fibra a través del microscopio P5000i.

    Otras pruebas valiosas que se pueden realizar durante la fase de instalación son las pruebas de interferencias de radiofrecuencia, para identificar las fuentes internas o externas de interferencias, y las pruebas de intermodulación pasiva (PIM) para localizar cualquier conector, antena o componente mecánico defectuoso.

  • Emulación posterior a la implementación

    La emulación de BBU es una función de pruebas igualmente relevante paras las redes implementadas. Sustituir o solucionar los problemas de los cabezales de radio remotos cuando se sospecha que existe alguna anomalía puede ser un proceso complejo y largo. Con la emulación, una RU se puede eliminar sistemáticamente de la red y confirmarse o eliminarse como fuente de problemas, lo que minimiza las sustituciones y los diagnósticos innecesarios. El mantenimiento periódico de RRU también puede ser posible mediante la emulación de BBU para realizar pruebas funcionales.

¿Cuál es la diferencia entre una BBU y una RRU?

La RRU, también conocida como cabezal de radio remoto (RRH), está estrechamente vinculada a la BBU, a pesar de la división física de la estación base inalámbrica. Cada RRU incluye un circuito independiente de transmisión y recepción. Cuando se recibe una señal de una antena cercana, se filtra, se amplifica y se convierte a un formato digital antes de enrutarse a la BBU a través de fibra óptica. De otro modo, las señales digitales de la BBU se convierten a radiofrecuencia antes de amplificarse y enviarse a la antena para su transmisión.

A diferencia de la unidad de banda base, la colocación en la parte superior de la torre es esencial para las RRU, dado que su función está más estrechamente relacionada con el rendimiento de la antena que las funciones de procesamiento de la BBU o la combinación de CU y DU. Lo que comenzó con la tecnología 4G como una separación limitada entre el armario de BBU y la RRU en la parte superior de la torre de la estación base, ahora se ha expandido. Las BBU se han desagregado, y sus elementos indispensables se encuentran en ubicaciones remotas o consolidadas, a menudo, a muchos kilómetros de las RRU.

El futuro de la emulación BBU

La deconstrucción de la estación base tradicional coincide con la mayor presión programática de su implementación. Las nuevas soluciones para pruebas de redes RAN que incorporan simulación de DU u O-DU deben ofrecer una alta capacidad de respuesta a la infraestructura y los estándares 5G en desarrollo. Esto incluye la integración de la E/S digital en las unidades de radio, la adopción de eCPRI y la implementación extendida de la conformación de haces y la tecnología MIMO masiva.

Aunque las redes Open RAN impulsan la tan necesaria estandarización para los proveedores de RU, CU y DU, los problemas de interoperabilidad complicarán inevitablemente las prácticas de emulación. Esta nueva realidad resalta el valor de la emulación de las unidades de banda base. Las posibilidades de ahorro de costos y tiempo abundan a lo largo del desarrollo del hardware y el software de las redes RAN 5G, así como en la instalación y la puesta en marcha de las estaciones base.

Emular todos los elementos de las redes Open RAN a lo largo del ciclo de desarrollo puede eliminar problemas de interoperabilidad y evitar sorpresas durante la implementación de las estaciones base. Serán necesarias más pruebas y emulaciones que nunca para incorporar vectores de prueba O-RU, O-DU y O-CU de diversos proveedores dentro de una combinación creciente de condiciones simuladas del mundo real. Con funciones de emulación de BBU líderes en el sector para aplicaciones de campo, laboratorio y fabricación, VIAVI está marcando el rumbo hacia una implementación de estaciones base optimizada y eficaz.

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