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5G基站到底長(zhǎng)啥樣?和4G有啥區(qū)別?
更新時(shí)間:2020-04-18 點(diǎn)擊次數(shù):3388

這是普通人眼中的4G和5G基站...

 

 

這是通信人眼中的4G和5G基站...

 

 

那4G和5G基站到底有啥區(qū)別?

 

先來(lái)了解一下基站站點(diǎn)的組成。

 

一個(gè)基站站點(diǎn)包括了基站設(shè)備和配套設(shè)備。其中,基站設(shè)備包括基帶單元、無(wú)線射頻單元和天線;配套設(shè)備包括傳輸設(shè)備、電源、備用電池、空調(diào)、監(jiān)控系統(tǒng)和鐵塔(抱桿)等。

 

基站設(shè)備負(fù)責(zé)通過(guò)無(wú)線電波連接手機(jī),并通過(guò)傳輸設(shè)備連接到核心網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng),而電源、備用電池、空調(diào)和監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)保障基站設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

 

5G站點(diǎn)與4G站點(diǎn)一樣,都少不了配套設(shè)備。通常4G和5G基站是共站的,即在原有的4G站點(diǎn)上疊加5G設(shè)備。由于疊加5G設(shè)備后,基站設(shè)備的功耗和傳輸容量增加,站點(diǎn)配套設(shè)備還需進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)擴(kuò)容。

 

但4G基站設(shè)備和5G基站設(shè)備是有差別的。

 

如上圖所示,4G基站設(shè)備由BBU(基帶單元)和RRU(射頻拉遠(yuǎn)單元)組成,RRU通常會(huì)拉遠(yuǎn)至接近天線的地方,BBU與RRU之間通過(guò)光纖連接,而RRU與天線之間通過(guò)饋線連接。

 

而5G基站設(shè)備將BBU分割為CU(中央單元)和DU(分布式單元),并通過(guò)光纖與AAU(有源天線單元)連接。AAU包含了RRU和天線功能,即有源射頻部分與無(wú)源天線基于一體。

 

要了解具體的差別,得從RAN(無(wú)線接入網(wǎng))的協(xié)議棧說(shuō)起。

 

 

先來(lái)簡(jiǎn)單了解一下協(xié)議棧各層的功能:


• RRC,無(wú)線資源控制層,負(fù)責(zé)連接配置、策略相關(guān)的信令或控制面,不負(fù)責(zé)在用戶面上處理數(shù)據(jù)包。
• PDCP,分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議層,負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)包壓縮和解壓縮IP報(bào)頭,加密和完整性保護(hù)等。
在NSA組網(wǎng)的雙連接模式下,PDCP層還負(fù)責(zé)4G基站和5G基站之間的數(shù)據(jù)分流和聚合。同時(shí),在5G專網(wǎng)部署中,為了數(shù)據(jù)不出園區(qū)以保護(hù)本地?cái)?shù)據(jù)的安全,PDCP層還是實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)數(shù)據(jù)流與專網(wǎng)數(shù)據(jù)流隔離轉(zhuǎn)發(fā),實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)流卸載的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
• RLC,無(wú)線鏈路控制層,負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分段/重組、ARQ糾錯(cuò)、重復(fù)包檢測(cè)等。
• MAC,媒體訪問(wèn)控制層,負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)資源調(diào)度決策、復(fù)用/解復(fù)用、緩沖等功能。
MAC層也負(fù)責(zé)載波聚合調(diào)度。由于需實(shí)時(shí)調(diào)度無(wú)線資源,MAC層對(duì)時(shí)延要求*。
• PHY,物理層,負(fù)責(zé)編碼、調(diào)制、FEC等。

數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)以上層層處理后傳送到射頻單元轉(zhuǎn)換為模擬高頻信號(hào),再通過(guò)無(wú)線載波傳送到手機(jī)。

 

如上圖, 4G基站由BBU和RRU組成,其中RRC、 PDCP、 RLC、MAC和 PHY各層功能集于BBU。

 

但到了5G,RAN虛擬化、云化和集中化趨勢(shì)以及為了減少前傳容量和時(shí)延,5G基站進(jìn)行了重構(gòu),主要分拆為三部分:


• CU,中央單元,主要包括RRC、SDAP和PDCP協(xié)議層,主要負(fù)責(zé)非實(shí)時(shí)的RRC、PDCP協(xié)議棧功能。
CU可采用云化部署方式,支持核心網(wǎng)UPF下沉與邊緣計(jì)算融合部署。CU與DU之間通過(guò)F1接口連接。一個(gè)CU可管理一個(gè)或多個(gè)DU。
• DU,分布式單元,主要包括RLC、MAC和PHY層的節(jié)點(diǎn),主要負(fù)責(zé)處理實(shí)時(shí)性需求的MAC層功能和部分物理層功能。

一個(gè)DU可支持一個(gè)或多個(gè)小區(qū)。由于MAC層負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)調(diào)度無(wú)線資源,對(duì)時(shí)延要求*,DU需與AAU就近部署(1ms以內(nèi))。一種典型的部署方式是DU和AAU共站部署,也可針對(duì)校園、工廠、商城等場(chǎng)景,一個(gè)DU可連接多個(gè)分布式的AAU。

 

經(jīng)過(guò)這么一拆分,4G無(wú)線接入網(wǎng)的前傳和回傳也隨之拆分為三部分:前傳、中傳和回傳。AAU和 DU之間是前傳,DU和CU之間是中傳,CU到核心網(wǎng)是回傳。

 

講完基站的基帶部分,我們?cè)賮?lái)聊聊基站的射頻部分。

 

為什么到了5G時(shí)要從RRU+天線進(jìn)化為有源射頻部分和天線集成的AAU呢?

 

 

主要原因是5G采用了Massive MIMO技術(shù)。

 

 

Massive MIMO主要有兩大技術(shù)優(yōu)勢(shì):

 

1)通過(guò)波束賦形(Beamforming)提升覆蓋范圍和減少干擾

 

波束賦形就是通過(guò)調(diào)整多天線的幅度和相位,賦予天線輻射圖特定的形狀和方向,使無(wú)線信號(hào)能量集中于更窄的波束上,從而可增強(qiáng)覆蓋范圍和減少干擾。

 

 

有了波束賦形,可形成準(zhǔn)確的用戶級(jí)超窄波束,并隨用戶位置而移動(dòng),將能量定向投放到用戶位置,相對(duì)傳統(tǒng)寬波束天線可提升信號(hào)覆蓋,同時(shí)降低小區(qū)間用戶干擾。

 

同時(shí),還能通過(guò)3D波束賦形在垂直維度增加一個(gè)可以利用的維度,從而可更靈活的調(diào)整小區(qū)的垂直覆蓋范圍,改變傳統(tǒng)二維的無(wú)線設(shè)計(jì)方式。

 

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2)通過(guò)空間多路復(fù)用提升小區(qū)容量

 

Massive MIMO可通過(guò)MU-MIMO,將在空間上復(fù)用的多個(gè)數(shù)據(jù)流同時(shí)發(fā)送給多個(gè)用戶,從而可成倍提升小區(qū)容量。

 

如果把無(wú)線網(wǎng)絡(luò)比喻為高速公路,這相當(dāng)于在不用增加頻譜帶寬的前提下,將道路擴(kuò)多幾條。

但問(wèn)題是,要實(shí)現(xiàn)Massive MIMO,采用多天線是前提。波束賦形技術(shù)的性能潛力會(huì)隨著天線數(shù)量的增加而增加,為此, 5G Massive MIMO采用了幾十甚至過(guò)百個(gè)天線單元。

 

正是因?yàn)镸assive MIMO采用了這么多天線,才需要射頻單元和天線單元基于一體的AAU設(shè)備。

 

要理解這個(gè)問(wèn)題,得從基站射頻單元和天線的基本組成原理說(shuō)起。

 

先來(lái)看看4G的RRU+天線模式(如下圖),RRU主要負(fù)責(zé)基帶到空口的發(fā)射/接收信號(hào)處理,完成數(shù)字信號(hào)和射頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換,主要包括數(shù)字系統(tǒng)、射頻收發(fā)系統(tǒng)(TRX)、功放、濾波器等,再通過(guò)饋線連接天線。

 

 

而5G AAU將多個(gè)天線單元和射頻單元集于一體,大致組成結(jié)構(gòu)是這樣的...

 

 

想象一下,如果AAU不將多個(gè)天線單元和射頻單元集于一體,會(huì)發(fā)生什么情況?

 

這會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題:

 

1)要在多個(gè)射頻和天線單元之間連接那么多饋線,根本是無(wú)法完成的任務(wù)。

 

回顧4G,隨著MIMO不斷升級(jí),RRU連接天線的饋線通道越來(lái)越多,鐵塔上已經(jīng)生出了一大串胡子,而Massive MIMO要連接過(guò)百個(gè)天線單元需要多少饋線?

 

2)鐵塔上已經(jīng)沒有那么多空間支持這么多饋線連接了,且RRU也占空間。

 

3)工程安裝和維護(hù)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜。

 

4)饋線會(huì)增加RF損耗,影響信號(hào)覆蓋。

 

顯然,要支持Massive MIMO需要射頻單元和天線單元基于一體的AAU。

 

還有一個(gè)關(guān)鍵原因是,只有射頻單元和天線單元基于一體,才能對(duì)多天線單元進(jìn)行更細(xì)粒度的數(shù)字控制,從而實(shí)現(xiàn)波束賦形。

 

 

這些就是4G基站和5G基站的不同之處。

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