基带单元 (BBU)

现场、实验室和制造车间的 BBU 仿真

无线网络创新和容量需求将新蜂窝基站的部署速度推向了前所未有的水平。上市时间和运营支出的限制要求提高效率和进度的可预测性。基带单元 (BBU) 仿真使移动运营商能够通过在安装阶段测试远程射频单元 (RRU) 来简化和加速多阶段蜂窝基站部署过程。5G 新无线电 (NR) 引入了分离式 BBU 架构。VIAVI 为现场、实验室和制造车间提供业界最先进的 BBU 仿真解决方案。

产品

VIAVI CellAdvisor 5G 是用于对 5G 基站部署、维护和管理的各个方面进行验证的理想现场便携式解决方案。
一体化网络安装和维护测试工具;传输、光纤和无线
这款业内最小的10G手持式仪器支持整个业务周期内的测试,包括安装、故障排除和维护。

什么是基带单元? 

基带单元 (BBU) 是用于处理基带信号的电信网络设备。基带是用于描述调制前传输的原始频率的术语。传统的无线接入网络 (RAN) 由连接到位于天线附近的一个或多个远程射频单元 (RRU) 的 BBU 组成。

基带单元负责通过物理接口与核心网络通信,而远程射频单元则执行发射和接收射频功能。这两个元件通常通过光纤链接在一起。

集中的功能和蜂窝塔底部的固定位置是 5G 重新定义的传统 BBU 含义的一个方面。下一代 RAN 架构将 BBU 功能划分为用于实时功能的分布式单元 (DU) 和用于非实时功能(如无线资源控制)的集中式单元 (CU)。5G 基带单元的虚拟化和解聚增加了容量并减少了延迟。

基带单元是做什么的?

RAN 由基带处理单元和射频处理单元组成。基带单元充当基站的集中“中枢”,处理上行链路和下行链路数据流量,并控制 RRU 功能。传统的 BBU 包含一个数字信号处理器 (DSP),用于模拟信号和数字信号的相互转换。

基带单元完成的其他过程包括报警监控和系统时钟同步操作。BBU 还控制用户数据的传输、会话管理和定义用户间通信链路的移动功能。

基站架构最初将 BBU 和 RRU 放在数字和无线电支架上,共同位于蜂窝塔底部的机柜或外壳内。基站通过射频电缆连接到天线,而射频电缆容易损耗和受到干扰。2003 年发布的公共无线电接口 (CPRI) 协议界定了 RRU 和 BBU 之间的传输和连接,允许通过一条前传链路将这些元件进一步物理分离。

BBU 的演变

自从 40 多年前第一个蜂窝网络被引入以来,基本的 RAN 元件和它们之间的接口一直在不断变化。源自 LTE 基带单元的功能分离继续随着 3GPP TR 38.801 定义的分解 BBU 架构而发展。

4G 基带架构

4G LTE 网络代表了 BBU 发展的一个重要里程碑,引入了远程射频单元 RRU、前传和 MIMO 天线来提高容量。BBU RRH 组合的分布式 RAN (D-RAN) 架构使得在宏基站发射塔底座部署基带单元成为了一种很普遍的做法。这一概念通过引入集中式的无线接入网 (C-RAN) 得到了扩展,进一步将 BBU 的完整形式从物理限制中解放出来。

5G 基带架构

5G RAN 通过划分 BBU 功能层,将电信系统的基带单元架构提升到了一个新的层次。DU 位于最靠近 RRU (RU) 的位置,并通过前传链路与其连接。连接 DU 和 CU 的新的基于分组的光纤链路被称为“中传”。随着处理器密集型的非实时功能转移到更远程、更集中的 CU,资源利用率得到优化,流量的路由效率也更高。

RAN 虚拟化还能实现基于 5G 用例定制 DU 和 CU 之间的功能划分。开放式 RAN (O-RAN) 通过定义来自不同供应商的开放式分布式单元 (O-DU)、开放式集中式单元 (O-CU) 和开放式无线电单元 (O-RU) 之间的传输约定,使分离架构朝着更好的互操作性方向发展。同时,基于分组的开放式 eCPRI 接口简化了 DU 和 RU 之间的数据传输,取代了效率较低的 CPRI 串行传输模式。 

BBU 的功能是什么?

在分离 RAN 架构模型中,分配给 CU 和 DU 的功能由 OSI 层的划分定义。该模型通过提供更灵活的负载管理、用例优化和可扩展性来补充 5G。对于具有高带宽需求和固定用户位置的情况,也可以将 CU/DU 功能移至靠近无线电单元 (RU) 的位置。

Functional Split

VIAVI TeraVM O-CU Test DU Sim 将 O-DU 仿真的好处带到了实验室或生产车间,使设备开发商和制造商能够通过可扩展的流量负载准确模拟各种开放式 RU (O-RU) 和用户设备 (UE) 配置文件。TeraVM 还包括业界首个符合最新 3GPP 和 O-RAN 标准的 O-CU 环绕测试。

安装蜂窝基站时进行仿真的重要性

随着容量需求和设备传播的增加,移动运营商面临着高效部署新蜂窝基站的挑战。安装、调试和现场调整阶段都需要广泛的技术资源和专业知识来进行施工、验证和故障排查。新的无线电设备和天线在安装阶段安装到塔上,但在 BBU 或 DU 就位之前无法完成其功能测试。

Installing Cell Sites

基带单元仿真通过使用先进的测试设备模拟 BBU 传输和 RRU 通信,在没有经过调试的 BBU 的情况下,为蜂窝基站部署提供了更有效的并行方法。在进入基站部署的调试阶段之前,远程射频头 (RRH) 配置、信号质量、链路状态和天线倾斜都经过验证,因此可以最大限度地减少危险的攀登发射塔的次数。

这种 RRU 测试方法通过最大限度地减少上门服务和开通前不可预见的问题,降低了运营支出。由于发射塔安装设备和人员仍在基站进行任何调整或故障排查,平均维修时间 (MTTR) 得以缩短,并且可以放心地对蜂窝基站安装进行认证。用硬件和性能的“最终确认”代替“诊断和修复”,最大限度地缩短或消除了站点调优阶段。

Celladvisor BBU Emulation

仿真面临的挑战

BBU 仿真必须继续发展,并与 5G 应用带来的新基带特性和功能保持同步。每个基带单元配置都引入了独特的要仿真的变量。现有 BBU 外形规格的广度以及虚拟化和分解的趋势给执行 BBU 仿真的测试设备和技术人员带来了挑战。 

这些挑战包括更快的线速率、广泛的潜在 CU/DU 配置,以及像单一天线通过认证一样对 MIMO 性能和调优进行高效验证的要求。下一代 RAN 增加了 RU 的复杂性,并给调试和调优过程带来了新的要求。VIAVI MTS-5800 手持式网络测试仪是一款紧凑且用户友好的解决方案,用于仿真传统和新兴基带单元架构。

BBU 仿真的优势 

BBU 仿真的优势并不限于提高效率和减少总体部署时间,而是扩展到在活动网络的整个生命周期中改进其可见性和故障排查。通过简化调试阶段并几乎省去了调优阶段,BBU 仿真大大降低了运营支出和上市时间。仿真也成为基站维护和故障排查的重要工具。 

  • 安装过程中的仿真

    BBU 仿真可用于验证到远程射频头的光纤链路连接,以及从 RRU 到天线的同轴电缆连接。可以验证光功率、IQ 基带数据完整性以及 CPRI/eCPRI 链路的配置。OneAdvisor-800 蜂窝基站测试解决方案还可通过 P5000i 显微镜进行空中 (OTA) 测量和光纤端部检查。

    在安装阶段可以执行的其他有价值的测试包括识别内部或外部干扰源的射频干扰测试,以及定位任何有缺陷的连接器、天线或其他机械组件的无源互调 (PIM) 测试

  • 部署后的仿真

    BBU 仿真对于已部署的网络来说也是同样相关的测试能力。当怀疑存在问题时,更换远程射频头或对其进行故障排查可能是一个复杂且耗时的过程。使用仿真,可以系统地将 RU 从网络中移除,并确认或排除 RU 作为故障源,从而最大限度地减少不必要的更换或诊断。还可以通过使用 BBU 仿真推动功能测试来支持定期 RRU 维护。

BBU 和 RRU 有什么不同?

RRU 也称为远程射频头 (RRH),与 BBU 有着内在的联系,尽管无线基站在物理上是分离的。每个 RRU 包括单独的发送和接收电路。当从附近的天线接收到信号时,信号经过滤波、放大并转换为数字格式,然后通过光纤路由到 BBU。相反,来自 BBU 的数字信号先转换成射频,然后再放大并发送到天线进行传输。

与基带单元不同,放在塔顶对 RRU 至关重要,因为与 BBU 或 CU/DU 组合的处理功能相比,RRU 的功能与天线性能更紧密地联系在一起。从 4G 开始,BBU 机柜和蜂窝塔顶部的 RRU 之间的有限分离现在已经扩大。BBU 现在正在拆分,它们的必要元件要么位于远程位置,要么合并在一起,往往距离 RRU 有数千米之遥。

BBU 仿真的未来

随着传统基站解构,蜂窝基站部署的进度压力增加。包含 DU 或 O-DU 仿真的新 RAN 测试解决方案必须高度响应不断发展的 5G 标准和基础设施。这包括在无线电单元中集成数字 I/O,采用 eCPRI,以及波束成形和大规模 MIMO 的广泛部署。

尽管开放式 RAN 推动了 RU、CU 和 DU 供应商亟需的标准化,但互操作性问题将不可避免地使仿真实践复杂化。这一新现实凸显了基带单元仿真的价值。在 5G RAN 硬件和软件开发以及现场安装和调试期间,节省成本和时间的机会比比皆是。

在整个开发周期中仿真所有开放式 RAN 元件可以避免互操作性问题,并最大限度地减少站点部署期间的意外。要将多供应商 O-RU、O-DU 和 O-CU 测试向量整合到不断增长的模拟现实条件矩阵中,将需要比以往进行更多的测试和仿真。凭借行业领先的现场、实验室和制造应用 BBU 仿真能力,VIAVI 正在引领优化和高效的蜂窝基站部署

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