Jak uprościć projekt jednostki pasma podstawowego 5G przy użyciu szybkich złączy?

Jednostka pasma podstawowego (BBU) to urządzenie w sieci telekomunikacyjnej, które przetwarza sygnały pasma podstawowego. BBU działa jako scentralizowany „hub” stacji bazowej, przetwarzając ruch danych przesyłanych i odbieranych oraz kontrolując funkcjonalność RRU (zdalnych jednostek radiowych) za pośrednictwem światłowodu.

RAN składa się z jednostki przetwarzania pasma podstawowego i jednostki przetwarzania częstotliwości radiowej (RF). System RRU składa się z nadajników, przetworników analogowo–cyfrowych (ADC), wzmacniaczy mocy (PA) i procesorów filtrujących. Sygnały docierające z RRU są przekształcane na sygnały elektryczne w BBU i po dostosowaniu do częstotliwości pasma podstawowego są dalej przekazywane do sieci rdzeniowej. Transpondery to połączone ze sobą jednostki, które są powiązane z RRU lub BBU i odgrywają ważną rolę w transmisji sygnałów 5G.

W nowym standardzie radiowym 5G (NR) kluczowe komponenty mogą łączyć RRU i anteny w system AAS (ang. active antenna system — aktywny system antenowy). Chmura RAN (C-RAN), jak pokazano na poniższym rysunku, jest innowacyjnym rozwiązaniem sieciowym dla komunikacji bezprzewodowej 5G. Jednak dzięki scentralizowaniu jednostek BBU w węźle C-RAN w sieci pojawia się nowa warstwa określana mianem frontthaul. Służy ona jako połączenie między pulą BBU a zdalnymi głowicami radiowymi w miejscu lokalizacji komórki lub małej komórki. Sieć backhaul i transportowa będzie prawdopodobnie musiała zostać zmodernizowana, aby obsłużyć rosnące wymagania dotyczące ruchu w szybkiej łączności optycznej.

Rysunek: Architektura 5G i połączenia z BBU

5G będzie wymagać ogromnego zwiększenia liczby stacji bazowych, ponieważ część eMBB (ang. enhanced Mobile Broadband — rozszerzona mobilna łączność szerokopasmowa) w ramach 5G będzie wykorzystywać widmo o znacznie większej częstotliwości. System masywny MIMO i system AAS wymagają bardziej skomplikowanej konstrukcji. Wymagają również dalszej miniaturyzacji komponentów i szybkich połączeń w ramach AAS. Elementy jednostki radiowej powinny być kwalifikowane pod kątem integralności sygnału (SI), zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) i charakterystyki termicznej. Anteny i jednostki RRU precyzyjnie zbierają szybkie sygnały fal radiowych z telefonów komórkowych i urządzeń Internetu rzeczy (IoT), wykorzystując zaawansowane techniki MIMO i Beamforming, a następnie przekształcają je w sygnały światłowodowe do dalszego przetwarzania.

Wraz ze wzrostem częstotliwości nośnej nasilają się zarówno straty na ścieżce, jak i straty dyfrakcyjne, a ponadto należy uwzględnić efekty atmosferyczne. Aby osiągnąć większe prędkości i mniejsze opóźnienia, konieczne jest ogromne zwiększenie przepustowości, co wymaga wykorzystania dużej ilości widma. Aby zminimalizować różnice impedancji w całej linii transmisyjnej, złącza muszą być odpowiednio zaprojektowane i wykonane. W przeciwnym razie sygnały mogą być odbijane i powodować pogorszenie wydajności. Sygnały zewnętrzne mogą być potencjalnie szkodliwe. W związku z tym złącza muszą odpowiednio chronić system i zapobiegać wpływowi sygnałów zewnętrznych na zakłócenia elektromagnetyczne i odbiór pojemnościowy, co staje się niezwykle trudne przy większych prędkościach.

Właściwe rozwiązanie łączności dla BBU:

Szybkie złącza I/O odgrywają ważną rolę w transponderach i routerach, które zapewniają bezproblemowe działanie transportu 5G. Złącza RF, rozwiązania I/O, gniazda magnetyczne i gniazda pamięci to przykłady komponentów BBU. Zewnętrzne złącza I/O są znane z dużej trwałości i wydajności, zapewniają wysoką moc dostarczaną z prądem 125 A na styk, są zgodne z IP67 i można je instalować polowo. Wiele szybkich złączy I/O wykorzystuje system oparty na standardowym protokole komunikacyjnym, który definiuje interfejs mechaniczny i elektryczny.

Konstrukcja styku łączącego zapewnia większą wytrzymałość mechaniczną, elastyczność i skalowalność. Charakterystyka tłumienia rezonansu konstrukcji pozwala na zwiększenie wydajności integralności sygnału. Klatki i złącza I/O o dużej prędkości mają pomóc w zapewnieniu szybkich połączeń I/O dla systemów AAS, jednostek BBU i systemów infrastruktury chmur brzegowych. Małe komórki odegrają znaczącą rolę w erze 5G, zwiększą gęstość sieci i wprowadzą rozwiązania krótkiego zasięgu, potencjalnie wykorzystujące zarówno technologię sub-6 GHz, jak i mmWave.

Złącza takie jak SFP, microQSFP, QSFP, QSFP+, złącze Flash, Z-Link, złącze Cool Edge, złącze SAS, XFP, CFP2 oraz złącza FullAXS Mini zapewnią niewielki rozmiar i skalowalność niezbędną do projektowania połączeń światłowodowych, zasilających i sygnałowych w trudnych warunkach. Złącza FullAXS można umieścić niemal w dowolnym miejscu skrzynki/obudowy dzięki elastycznemu systemowi uszczelnienia. Złącza te są wytrzymałe, odporne i łatwe do zainstalowania na zewnątrz, a także mogą być dostosowane do kabli zasilających, światłowodowych i miedzianych, zapewniając większą moc w mniejszych obudowach i wspierając aplikacje typu płytka–płytka i przewód–płytka. Są bardzo wytrzymałe na poziomie IP68 i nadają się do szerokiego zakresu zastosowań 5G.