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5G基站到底長啥樣,？和4G有啥區(qū)別,？
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？ 先來了解一下基站站點的組成,。
一個基站站點包括了基站設(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)備負責(zé)通過無線電波連接手機,，并通過傳輸設(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)負責(zé)保障基站設(shè)備穩(wěn)定運行。 5G站點與4G站點一樣,，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，站點配套設(shè)備還需進行相應(yīng)的升級擴容,。 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（射頻拉遠單元）組成，RRU通常會拉遠至接近天線的地方,，BBU與RRU之間通過光纖連接,，而RRU與天線之間通過饋線連接。 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源天線基于一體,。 要了解具體的差別,，得從RAN（無線接入網(wǎng)）的協(xié)議棧說起。
先來簡單了解一下協(xié)議棧各層的功能： • RRC,，無線資源控制層,，負責(zé)連接配置、策略相關(guān)的信令或控制面,，不負責(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,，負責(zé)對數(shù)據(jù)包壓縮和解壓縮IP報頭,，加密和完整性保護等。 在NSA組網(wǎng)的雙連接模式下,，PDCP層還負責(zé)4G基站和5G基站之間的數(shù)據(jù)分流和聚合,。同時，在5G專網(wǎng)部署中,，為了數(shù)據(jù)不出園區(qū)以保護本地數(shù)據(jù)的安全,，PDCP層還是實現(xiàn)公網(wǎng)數(shù)據(jù)流與專網(wǎng)數(shù)據(jù)流隔離轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)流卸載的關(guān)鍵節(jié)點,。 • RLC,，無線鏈路控制層，負責(zé)對數(shù)據(jù)包進行分段/重組,、ARQ糾錯,、重復(fù)包檢測等。 • MAC,，媒體訪問控制層,，負責(zé)實時資源調(diào)度決策、復(fù)用/解復(fù)用,、緩沖等功能,。 MAC層也負責(zé)載波聚合調(diào)度。由于需實時調(diào)度無線資源,，MAC層對時延要求*,。 • PHY,，物理層，負責(zé)編碼,、調(diào)制,、FEC等。 數(shù)據(jù)經(jīng)過以上層層處理后傳送到射頻單元轉(zhuǎn)換為模擬高頻信號,，再通過無線載波傳送到手機,。 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,、云化和集中化趨勢以及為了減少前傳容量和時延，5G基站進行了重構(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,，主要負責(zé)非實時的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下沉與邊緣計算融合部署。CU與DU之間通過F1接口連接,。一個CU可管理一個或多個DU,。 • DU，分布式單元,，主要包括RLC,、MAC和PHY層的節(jié)點，主要負責(zé)處理實時性需求的MAC層功能和部分物理層功能,。 一個DU可支持一個或多個小區(qū),。由于MAC層負責(zé)實時調(diào)度無線資源，對時延要求*,，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，也可針對校園,、工廠,、商城等場景,，一個DU可連接多個分布式的AAU。 經(jīng)過這么一拆分,，4G無線接入網(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,，我們再來聊聊基站的射頻部分,。 為什么到了5G時要從RRU+天線進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： 1）通過波束賦形（Beamforming）提升覆蓋范圍和減少干擾 波束賦形就是通過調(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，使無線信號能量集中于更窄的波束上,，從而可增強覆蓋范圍和減少干擾,。
有了波束賦形，可形成準確的用戶級超窄波束,，并隨用戶位置而移動,，將能量定向投放到用戶位置，相對傳統(tǒng)寬波束天線可提升信號覆蓋,，同時降低小區(qū)間用戶干擾,。 同時，還能通過3D波束賦形在垂直維度增加一個可以利用的維度,，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)二維的無線設(shè)計方式。
2）通過空間多路復(fù)用提升小區(qū)容量 Massive MIMO可通過MU-MIMO,，將在空間上復(fù)用的多個數(shù)據(jù)流同時發(fā)送給多個用戶,，從而可成倍提升小區(qū)容量。 如果把無線網(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,，將道路擴多幾條。
但問題是,，要實現(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采用了幾十甚至過百個天線單元。 正是因為Massive 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,。 要理解這個問題,，得從基站射頻單元和天線的基本組成原理說起。 先來看看4G的RRU+天線模式（如下圖）,，RRU主要負責(zé)基帶到空口的發(fā)射/接收信號處理,，完成數(shù)字信號和射頻信號的轉(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,，再通過饋線連接天線,。
而5G AAU將多個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不將多個天線單元和射頻單元集于一體,，會發(fā)生什么情況？ 這會帶來如下問題： 1）要在多個射頻和天線單元之間連接那么多饋線,，根本是無法完成的任務(wù),。 回顧4G，隨著MIMO不斷升級,，RRU連接天線的饋線通道越來越多,，鐵塔上已經(jīng)生出了一大串胡子，而Massive MIMO要連接過百個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）工程安裝和維護會越來越復(fù)雜,。 4）饋線會增加RF損耗，影響信號覆蓋,。 顯然,，要支持Massive MIMO需要射頻單元和天線單元基于一體的AAU。 還有一個關(guān)鍵原因是,，只有射頻單元和天線單元基于一體,，才能對多天線單元進行更細粒度的數(shù)字控制，從而實現(xiàn)波束賦形,。
這些就是4G基站和5G基站的不同之處,。 |
