【科普@@】5G基站@@到底长啥样@@?和@@4G有啥区别@@?

这是普通人眼中的@@4G和@@5G基站@@...

4G和@@5G基站@@

这是通信人眼中的@@@@4G和@@5G基站@@...

通信人眼中的@@4G和@@5G基站@@.

那@@4G和@@5G基站@@到底有啥区别@@@@?

先来了解一下基站@@站点的组成@@@@@@。

基站@@站点的组成@@@@

一个@@基站@@站点包括了基站@@设备@@@@和@@@@配套设备@@@@@@。其中@@,基站@@设备@@@@包括基带单元@@@@、无线射频单元和@@天线@@;配套设备@@@@包括传输设备@@@@@@、电源@@、备@@用电池@@、空调@@、监控系统和@@铁塔@@(抱杆@@)等@@。

基站@@设备@@@@负责通过无线电波连接@@手机@@,并通过传输设备@@@@连接@@到核心网@@络和@@互联网@@@@,而@@电源@@@@、备@@用电池@@、空调@@和@@监控系统负责保障基站@@设备@@@@稳定运行@@。

5G站点与@@@@4G站点一样@@,都少不了配套设备@@@@@@。通常@@4G和@@5G基站@@是共站的@@,即在@@原有的@@4G站点上叠加@@5G设备@@@@。由于@@叠加@@5G设备@@@@后@@,基站@@设备@@@@的功耗和@@传输容量增加@@,站点配套设备@@@@还需进行相应的升级扩容@@。

但@@4G基站@@设备@@@@和@@@@5G基站@@设备@@@@是有差别的@@。

如上图@@所示@@,4G基站@@设备@@@@由@@BBU(基带单元@@)和@@RRU(射频拉远单元@@)组成@@,RRU通常@@会拉远至接近天线的地方@@,BBU与@@RRU之间通过@@光纤连接@@@@,而@@RRU与@@天线之间通过@@馈线连接@@@@。

而@@5G基站@@设备@@@@将@@BBU分割为@@CU(中央单元@@)和@@DU(分布式单元@@),并通过光纤与@@@@AAU(有源天线单元@@)连接@@。AAU包含了@@RRU和@@天线功能@@,即有源射频部分与@@无源天线基于一体@@。

要了解具体的差别@@,得从@@RAN(无线接入网@@@@)的协议栈@@说起@@。

RAN(无线接入网@@@@)的协议栈@@

先来简单了解一下协议栈各层的功能@@:

• RRC,无线资源控制层@@,负责连接@@配置@@、策略相关的信令或@@控制面@@,不负责在@@用户面上处理数据包@@。

• PDCP,分组数据汇聚协议层@@@@,负责对数据包压缩和@@解压缩@@IP报头@@,加密和@@完整性保护等@@@@。

在@@NSA组网@@的双连接@@模式下@@,PDCP层还负责@@4G基站@@和@@@@5G基站@@之间的数据分流和@@聚合@@。同时@@,在@@5G专网@@部署中@@,为了数据不出园区以保护本地数据的安全@@,PDCP层还是实现公网@@数据流与@@专网@@数据流隔离转发@@,实现本地数据流卸载的关键节点@@。

• RLC,无线链路控制层@@,负责对数据包进行分段@@/重组@@、ARQ纠错@@、重复包检测等@@@@。

• MAC,媒体访问控制层@@,负责实时资源调度决策@@、复用@@/解复用@@@@、缓冲等@@功能@@。

MAC层也负责载波聚合调度@@。由于@@需实时调度无线资源@@,MAC层对时延要求极高@@@@。

• PHY,物理层@@,负责编码@@、调制@@、FEC等@@。

数据经过以上层层处理后传送到射频单元转换为模拟高频信号@@,再通过无线载波传送到手机@@。

如上图@@, 4G基站@@由@@BBU和@@RRU组成@@,其中@@RRC、 PDCP、 RLC、MAC和@@ PHY各层功能集于@@BBU。

但@@到了@@5G时代@@,考虑@@RAN虚拟化@@、云化和@@集中化趋势以及为了减少前传@@容量和@@时延@@,5G基站@@进行了重构@@,主要分拆为三部分@@:

• CU,中央单元@@,主要包括@@RRC、SDAP和@@PDCP协议层@@,主要负责非实时的@@RRC、PDCP协议栈功能@@。

CU可采用云化部署方式@@,支持核心网@@@@UPF下沉与@@边缘计算融合部署@@。CU与@@DU之间通过@@F1接口连接@@@@。一个@@CU可管理一个@@或@@多个@@DU。

• DU,分布式单元@@,主要包括@@RLC、MAC和@@PHY层的节点@@,主要负责处理实时性需求的@@MAC层功能和@@部分物理层@@功能@@。

一个@@DU可支持一个@@或@@多个小区@@。由于@@MAC层负责实时调度无线资源@@,对时延要求极高@@,DU需与@@@@AAU就近部署@@(1ms以内@@)。一种典型的部署方式是@@DU和@@AAU共站部署@@,也可针对校园@@、工厂@@、商城等@@场景@@,一个@@DU可连接@@多个分布式的@@AAU。

经过这么一拆分@@,4G无线接入网@@@@的前传@@和@@回传也随之拆分为三部分@@:前传@@、中传和@@回传@@。AAU和@@ DU之间是前传@@@@,DU和@@CU之间是中传@@,CU到核心网@@是回传@@。

讲完基站@@的基带部分@@,我们再来聊聊基站@@的射频部分@@。

为什么到了@@5G时代@@要从@@RRU+天线进化为有源射频部分和@@天线集成的@@AAU呢@@?

AAU

主要原因是@@5G采用了@@Massive MIMO技术@@。

Massive MIMO技术@@

Massive MIMO主要有两大技术@@优势@@:

1)通过波束赋形@@@@(Beamforming)提升覆盖范围和@@减少干扰@@

Massive MIMO技术@@

波束赋形@@就是通过调整多天线的幅度和@@相位@@,赋予天线辐射图特定的形状和@@方向@@,使无线信号能量集中于更窄的波束上@@,从而@@可增强覆盖范围和@@减少干扰@@。

有了波束赋形@@@@,可形成精确的用户级超窄波束@@,并随用户位置而@@移动@@,将能量定向投放到用户位置@@,相对传统宽波束天线可提升信号覆盖@@,同时@@降低小区间用户干扰@@。

同时@@,还能通过@@3D波束赋形@@在@@垂直维度增加一个@@可以利用的维度@@,从而@@可更灵活的调整小区的垂直覆盖范围@@,改变传统二维的无线设计方式@@@@。

无线设计方式@@

2)通过空间@@多路复用@@提升小区容量@@

Massive MIMO可通过@@MU-MIMO,将在@@空间@@上复用@@的多个数据流同时@@发送给多个用户@@,从而@@可成倍提升小区容量@@。

如果@@把无线网@@络比喻为高速公路@@,这相当于在@@不用增加频谱带宽@@的前提下@@,将道路扩多几条@@。

带宽@@

但@@问题是@@,要实现@@Massive MIMO,采用多天线是前提@@。波束赋形@@技术@@的性能潜力会随着@@天线数量的增加而@@增加@@,为此@@, 5G Massive MIMO采用了@@几十甚至过百个天线单元@@。

正是因为@@Massive MIMO采用了@@这么多天线@@,才需要射频单元和@@天线单元基于一体的@@@@AAU设备@@@@。

要理解这个问题@@,得从@@基站@@射频单元和@@天线的基本组成@@原理说起@@。

先来看看@@4G时代@@的@@RRU+天线模式@@(如下图@@),RRU主要负责基带到空口的发射@@/接收信号处理@@,完成数字信号和@@射频信号的转换@@,主要包括@@数字系统@@、射频收发系统@@(TRX)、功放@@、滤波器等@@@@,再通过馈线连接@@天线@@。

4G时代@@的@@RRU+天线模式@@

而@@5G AAU将多个天线单元和@@射频单元集于一体@@,大致组成@@结构是这样的@@...

5G AAU将多个天线单元和@@射频单元集于一体@@

想象一下@@,如果@@AAU不将多个天线单元和@@射频单元集于一体@@@@,会发生什么情况@@?

这会带来如下问题@@:

1)要在@@多个射频和@@天线单元之间连接@@那@@么多馈线@@,根本是无法完成的任务@@。

回顾@@4G时代@@,随着@@MIMO不断升级@@,RRU连接@@天线的馈线通道越来越多@@,铁塔上已经生出了一大串胡子@@,而@@Massive MIMO要连接@@过百个天线单元需要多少馈线@@?

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2)铁塔上已经没有那@@么多空间@@支持这么多馈线连接@@了@@,且@@RRU也占空间@@@@。

3)工程安装和@@维护会越来越复杂@@。

4)馈线会增加@@RF损耗@@,影响信号覆盖@@。

显然@@,要支持@@Massive MIMO需要射频单元和@@天线单元基于一体的@@AAU。

还有一个@@关键原因是@@,只有射频单元和@@天线单元基于一体@@,才能对多天线单元进行更细粒度的数字控制@@,从而@@实现波束赋形@@@@。

波束赋形@@

这些就是@@4G基站@@和@@@@5G基站@@的不同之处@@。

本文转载自@@:网@@优雇佣军微信公众号@@@@