那么,5G時(shí)代的基站是如何建設(shè)的呢?下面就來給大家介紹一下。

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「科普」帶你認(rèn)識5G基站

時(shí)間:2023-05-07 08:48:01 | 來源:網(wǎng)站運(yùn)營

時(shí)間:2023-05-07 08:48:01 來源:網(wǎng)站運(yùn)營

「科普」帶你認(rèn)識5G基站:隨著5G時(shí)代的到來,為了信號的穩(wěn)定傳輸,為了覆蓋面更廣,5G基站作為5G規(guī)模組網(wǎng)的“先行軍”,其建設(shè)至關(guān)重要。

那么,5G時(shí)代的基站是如何建設(shè)的呢?下面就來給大家介紹一下。

截至2022年末,我國移動通信基站總數(shù)達(dá)1072萬個,比上年末凈增75.4萬個。其中,5G基站總數(shù)達(dá)222萬個,比上年末凈增79.5萬個,占移動基站總數(shù)的20.7%,占比較上年末提升6.4個百分點(diǎn)。另外,移動電話用戶規(guī)模穩(wěn)中有增,5G用戶占比超三成。截至9月末,三家基礎(chǔ)電信企業(yè)的移動電話用戶總數(shù)達(dá)16.82億戶。其中,5G移動電話用戶達(dá)5.1億戶,比上年末凈增1.55億戶,占移動電話用戶的30.3%。

第五代移動通信技術(shù)(5th Generation Mobile Communication Technology,簡稱5G是具有高速率、低時(shí)延和杭州接特點(diǎn)的新一代寬帶移動通信技術(shù),5G通訊設(shè)施是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。為滿足5G多樣化的應(yīng)用場景需求,5G的關(guān)鍵性能指標(biāo)更加多元化。ITU定義了5G八大關(guān)鍵性能指標(biāo),其中高速率、低時(shí)延、杭州接成為5G最突出的特征,用戶體驗(yàn)速率達(dá)1Gbps,時(shí)延低至1ms,用戶連接能力達(dá)100萬連接/平方公里。

5G基站是5G網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備,提供無線覆蓋,實(shí)現(xiàn)有線通信網(wǎng)絡(luò)與無線終端之間的無線信號傳輸?;镜募軜?gòu)、形態(tài)直接影響5G網(wǎng)絡(luò)如何部署。由于頻率越高,信號傳播過程中的衰減也越大,5G網(wǎng)絡(luò)的基站密度將更高。




5G基站系統(tǒng)組成

一個完整的5G基站系統(tǒng),是由主設(shè)備、動力配套設(shè)備設(shè)施、鐵塔、機(jī)房這些組成。主設(shè)備有BBU(基帶處理單元)、AAU(有源天線處理單元),配套設(shè)施有傳輸、電源、空調(diào)、鐵塔、天饋線、接地系統(tǒng)等。

其中BBU(Base band Unite,基帶處理單元),是基站中最為核心的設(shè)備,一般放置在比較隱蔽的機(jī)房里,普通居民是看不到的。BBU負(fù)責(zé)處理核心網(wǎng)、用戶的信令與數(shù)據(jù),移動通信中最復(fù)雜的協(xié)議、算法均是在BBU中實(shí)現(xiàn)的,甚至可以說基站就是BBU。

從外型上來看,BBU很像是一臺式計(jì)算機(jī)的主機(jī)箱,而實(shí)際上,BBU類似一個專用(而不像是電腦主機(jī)那樣的通用)的服務(wù)器,其主要功能的實(shí)現(xiàn),是靠兩類關(guān)鍵的板卡:主控板與基帶板來實(shí)現(xiàn)的。

一個BBU機(jī)框,可以很清楚的看到,BBU機(jī)框里面還有8個像抽屜一樣的槽位,而這些槽位中可以插入的就是主控板與基帶板,一個BBU機(jī)框需要插入幾塊主控板與基帶板,主要看要開通基站的容量需求,板卡插的越多,基站的容量越多,能同時(shí)服務(wù)的用戶越多。







其中主控板負(fù)責(zé)處理來自核心網(wǎng)、用戶手機(jī)的信令(RRC信令),負(fù)責(zé)與核心網(wǎng)的互聯(lián)互通,負(fù)責(zé)接收GPS的同步信息與定位信息。而基帶板負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的編碼、調(diào)制等基帶處理,并將處理過待發(fā)射的數(shù)據(jù)傳輸給RRU。







RRU(Remote Radio Unit)原本也是放在BBU機(jī)框里的,以前被叫做RFU(Radio Frequency Unit,射頻單元),用來將基帶板通過光纖傳來的基帶信號,轉(zhuǎn)化成運(yùn)營商所擁有頻段上的高頻信號,并通過饋線傳輸給天線。后來由于發(fā)現(xiàn)饋線傳輸?shù)膿p耗太大了,如果RFU嵌在BBU機(jī)框里放在機(jī)房里,而天線掛在遙遠(yuǎn)的鐵塔上,饋線傳輸距離太遠(yuǎn),損耗太大,于是干脆把RFU拿出來,用光纖(光纖傳輸損耗比較?。├h(yuǎn)和天線一起掛在鐵塔上,于是變成了RRU,也就是射頻拉遠(yuǎn)單元。




5G的背景




基站設(shè)備工作方式

1、5G基站設(shè)備的工作方式與4G原理相同,硬件區(qū)別在于4G的RRU+天線在5G中變成了AAU。此外,SA模式的5G基站用DU+CU取代NSA模式的BBU。其他外部連接是一樣的。

2、BBU(或DU+CU)、AAU工作需要供電,電源從基站的直流配電單元經(jīng)DCDU獲取(上圖中的紅色箭頭線表示直流供電線路和供電方向)。

3、BBU要正常工作,需要接入GPS時(shí)鐘同步信號,GPS信號在接入BBU前要串接防雷器。

4、BBU的信號源,從基站的傳輸設(shè)備PTN通過光纖接入。

5、所有設(shè)備都要接地,設(shè)備接地就近接到接地排上。




5G組網(wǎng)模式分為NSA和SA兩種。NSA是指非獨(dú)立組網(wǎng)模式,它通過整合5G基站和4G基站的方式組網(wǎng),是目前主流的組網(wǎng)模式。SA是指獨(dú)立組網(wǎng)模式,它通過建設(shè)獨(dú)立的5G基站實(shí)現(xiàn)組網(wǎng),目前部署的5G幾乎都是NSA先行,在此基礎(chǔ)上逐步過渡到雙模組網(wǎng),最終實(shí)現(xiàn)SA。




5G基站設(shè)備連接圖(NSA)



5G基站設(shè)備連接圖(SA模式)



5G基站分類

5G基站主要分為宏基站和小基站。宏基站通常架設(shè)在鐵塔上,體型大、承載用戶數(shù)量多、覆蓋面極廣。但由于5G高頻段工作的原因,宏基站所能覆蓋的信號范圍有限,還需要大量的小基站協(xié)同宏基站進(jìn)行連續(xù)覆蓋和室內(nèi)淺層覆蓋。小基站根據(jù)覆蓋范圍大小分為微基站、皮基站和飛基站。







原本以為,未來的網(wǎng)絡(luò)2/3/4/5G共存,聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)有GUL三制式和900M/1800M/2100M三頻段,再引入5G新頻譜和新模塊,基站站點(diǎn)將更加復(fù)雜,也會增加站點(diǎn)能耗成本和鐵塔租金成本。

但實(shí)際情況并非如此。

在實(shí)際部署中, 5G設(shè)備支持全制式大容量BBU產(chǎn)品方案、N in 1多制式融合射頻和全頻段天線,可實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)極簡,降低能耗和鐵塔租金。結(jié)構(gòu)如下:

1+1極簡天面:1P(Passive,無源)多端口天面收編現(xiàn)網(wǎng)Sub 3G存量天面,1A(Active,有源) 5G 3D MIMO獨(dú)立天面。

多頻合一模塊:通過1.8G+2.1G雙頻4T4R等多頻模塊以1當(dāng)2,精簡塔上射頻模塊,支撐1+1極簡天面收編;

全制式基帶:大容量全制式BBU,單BBU支持六模合一;

一站一柜:通過智能室外機(jī)柜,實(shí)現(xiàn)一站一柜0機(jī)房,節(jié)省機(jī)房資源投資。

全制式全頻段設(shè)備和1+1極簡天面,大大簡化了2/3/4/5G共站帶來的復(fù)雜性,可在5G時(shí)代實(shí)現(xiàn)不增加或少增加鐵塔租金,降低運(yùn)營商運(yùn)營成本。







架構(gòu)分析

邏輯架構(gòu)

1、5G基站主要用于提供5G空口協(xié)議功能,支持與用戶設(shè)備、核心網(wǎng)之間的通信。按照邏輯功能劃分,5G基站可分為5G基帶單元與5G射頻單元,二者之間可通過CPRI或eCPRI接口連接。

2、5G基帶單元負(fù)責(zé)NR基帶協(xié)議處理,包括整個用戶面(UP)及控制面(CP)協(xié)議處理功能,并提供與核心網(wǎng)之間的回傳接口(NG接口)以及基站間互連接口(Xn接口)。

3、5G射頻單元主要完成NR基帶信號與射頻信號的轉(zhuǎn)換及NR射頻信號的收發(fā)處理功能。在下行方向,接收從5G基帶單元傳來的基帶信號,經(jīng)過上變頻、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及射頻調(diào)制、濾波、信號放大等發(fā)射鏈路(TX)處理后,經(jīng)由開關(guān)、天線單元發(fā)射出去。在上行方向,5G射頻單元通過天線單元接收上行射頻信號,經(jīng)過低噪放、濾波、解調(diào)等接收鏈路(RX)處理后,再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、下變頻,轉(zhuǎn)換為基帶信號并發(fā)送給5G基帶單元。




設(shè)備體系

為了支持靈活的組網(wǎng)架構(gòu),適配不同的應(yīng)用場景,5G無線接入網(wǎng)將存在多種不同架構(gòu)、不同形態(tài)的基站設(shè)備。從設(shè)備架構(gòu)角度劃分,5G基站可分為BBU-AAU、CU-DU-AAU、BBU-RRU-Antenna、CU-DU-RRU-Antenna、一體化gNB等不同的架構(gòu)。從設(shè)備形態(tài)角度劃分,5G基站可分為基帶設(shè)備、射頻設(shè)備、一體化gNB設(shè)備以及其他形態(tài)的設(shè)備。




關(guān)鍵技術(shù)

5G基站建設(shè)組網(wǎng)多采用混合分層網(wǎng)絡(luò),這樣就可以保證5G網(wǎng)絡(luò)的易管理、可擴(kuò)展、高可靠性,能夠滿足5G基站的高速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。同時(shí)由于5G主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸,因此5G基站需要適應(yīng)高樓大廈、河流湖泊、山區(qū)峽谷的復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境,為了保證5G基站建設(shè)的良好性和完整性,下文簡要介紹5G基站建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。


MR技術(shù)

MR是一種無線通信環(huán)境評估技術(shù),其可以將采集到的信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)管理員,由網(wǎng)絡(luò)管理員評判報(bào)告的價(jià)值,以便能夠優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)通信性能。MR技術(shù)應(yīng)用包括覆蓋評估、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析、越區(qū)覆蓋分析、網(wǎng)絡(luò)干擾分析、話務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域分析和載頻隱性故障分析。

MR可以渲染移動通信上下行信號強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋弱盲區(qū),不但客觀準(zhǔn)確,還可以節(jié)省大量的時(shí)間、資源,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題,為網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化提供進(jìn)一步的依據(jù)。MR可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)×7天實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集,完成上下行無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析,反映全網(wǎng)通話質(zhì)量的真實(shí)情況,提高全網(wǎng)通話后續(xù)數(shù)據(jù)支持。無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí),如果越區(qū)覆蓋范圍過大,將會干擾其他小區(qū)通信質(zhì)量,MR可以直觀地發(fā)現(xiàn)小區(qū)覆蓋邊界,判斷是否存在越區(qū)覆蓋,調(diào)整無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。話務(wù)熱點(diǎn)區(qū)域分析可以實(shí)現(xiàn)話務(wù)密度、分布和資源利用率指標(biāo)分析,實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)性綜合分析,制定容量站點(diǎn)、擴(kuò)容站點(diǎn)的精確規(guī)劃。




64QAM技術(shù)

64QAM能夠合理的提升SINR,針對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和設(shè)計(jì),降低5G網(wǎng)絡(luò)部署的復(fù)雜度,可以降低重疊覆蓋引起的同頻干擾及弱覆蓋問題,在滿足5G網(wǎng)絡(luò)廣覆蓋的要求下,增加覆蓋的深度,提升5G網(wǎng)絡(luò)的綜合覆蓋率,從而實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)區(qū)域連續(xù)覆蓋、無縫覆蓋,不僅能夠讓更多的用戶接入到5G網(wǎng)絡(luò),同時(shí)還可以享受到高質(zhì)量的通信服務(wù)。64QAM在5G網(wǎng)絡(luò)通信中的應(yīng)用分為兩個步驟,分別是調(diào)制和解調(diào)。

64QAM調(diào)制過程如下:64QAM能夠?qū)⑤斎氲?比特?cái)?shù)據(jù)組成一個映射;多電平正交幅度調(diào)制生成一個64QAM中頻信號;并串轉(zhuǎn)換,將兩路并行碼流改變?yōu)橐宦反写a流,可以增加一倍速率,碼流從2進(jìn)制改變?yōu)?進(jìn)制,接著可以輸出調(diào)制而成的RF信號。

64QAM解調(diào)過程如下:5G網(wǎng)絡(luò)傳輸信號時(shí),由于受到自然環(huán)境或載波自身限制,信號傳輸難免受到噪聲干擾導(dǎo)致信號發(fā)生畸變,如果畸變很小則可以直接判斷為0或1,如果畸變比較嚴(yán)重,無法直接判斷信號,就可以采用硬判決和軟判斷方法,準(zhǔn)確、快速的識別信號。




抗干擾技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)時(shí)需要部署大量的無線設(shè)備,這些無線設(shè)備的數(shù)量非常多,安裝部署地點(diǎn)也非常復(fù)雜,彼此之間就會產(chǎn)生相互干擾問題,造成干擾的原因主要包括設(shè)備本身存在故障,5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)頻道經(jīng)常發(fā)射錯誤的信號,影響自身信號質(zhì)量;5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝與配置嚴(yán)重不規(guī)范,影響5G信號發(fā)射的靈敏度。

5G網(wǎng)絡(luò)干擾主要是指無線電干擾,這些干擾包括互調(diào)干擾、帶外干擾。因此5G基站建設(shè)時(shí),設(shè)計(jì)、施工人員需要從源頭上解決信號存在干擾的問題,既可以保障信號的穩(wěn)定性,也可以大大地提高控制管理效率。具體地,首先對基站無線電發(fā)射設(shè)備進(jìn)行全電磁檢測,將可能的將設(shè)備自身造成的干擾降到最低;其次是定期加強(qiáng)對發(fā)電設(shè)備的檢查,一旦發(fā)現(xiàn)問題就及時(shí)進(jìn)行處理,進(jìn)而減少信號存在的干擾。




大規(guī)模MIMO技術(shù)

多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技術(shù),亦稱為多天線技術(shù),通過在通信鏈路的收發(fā)兩端設(shè)置多個天線而充分利用空間資源,能提供分集增益以提升系統(tǒng)的可靠性,提供復(fù)用增益以增加系統(tǒng)的頻譜效率,提供陣列增益以提高系統(tǒng)的功率效率,近20年來一直是無線通信領(lǐng)域的主流技術(shù)之一。

MIMO技術(shù)已被第三代合作伙伴計(jì)劃(The 3rd Generation Partnership Project,3GPP)的LTE/LTE-Advanced與電氣電子工程師協(xié)會(Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)的WiMAX等4G標(biāo)準(zhǔn)采納。但是,現(xiàn)有4G系統(tǒng)基站配置天線數(shù)較少(一般不超過8),MIMO性能增益受到極大限制。針對傳統(tǒng)MIMO技術(shù)的不足,美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的Marzetta于2010年提出了大規(guī)模MIMO(Massive MIMO或Very Large MIMO)概念。在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中,基站配置數(shù)十至數(shù)百個天線,較傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)天線數(shù)增加1~2個數(shù)量級;基站充分利用系統(tǒng)的空間自由度,在同一時(shí)頻資源服務(wù)若干用戶。

傳統(tǒng)MIMO到大規(guī)模MIMO的演變是一個從量變到質(zhì)變的過程。由于大規(guī)模MIMO的基站天線數(shù)和空分用戶數(shù)較傳統(tǒng)MIMO有數(shù)量級增加,兩者在無線通信基本原理與具體方法上既有相同之處也存在較大差異,在大規(guī)模MIMO的基礎(chǔ)理論、信道測量與建模、信道信息獲取、無線傳輸、實(shí)驗(yàn)和測試等方面已取得了豐碩成果。大規(guī)模MIMO已通過了較為理想的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證和更接近實(shí)際的外場測試,并獲得了符合預(yù)期的巨大性能增益。今后,各研發(fā)機(jī)構(gòu)還會進(jìn)一步開展組網(wǎng)驗(yàn)證,為大規(guī)模MIMO未來在5G系統(tǒng)的商用奠定良好基礎(chǔ)。




5G基站和4G基站的區(qū)別







CU:原BBU的非實(shí)時(shí)部分將分割出來,重新定義為CU,負(fù)責(zé)處理非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)。


DU:BBU的剩余功能重新定義為DU,負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實(shí)時(shí)服務(wù)。

AAU:BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合并為AAU。

5G里提出了將BBU的功能分開,其中分為CU和DU兩部分。分布式單元(DU)將主要負(fù)責(zé)層1的物理層功能、以及層2的實(shí)時(shí)性功能。集中式單元(DU),主要負(fù)責(zé)層2的非實(shí)時(shí)功能、層3的信令控制。

AAU是5G中出現(xiàn)的一個新的設(shè)備,它可以認(rèn)為是原來的基站天線加上RRU的組合部分。AAU現(xiàn)在可能有16T16R、32T32R、64T64R幾種,城市部分現(xiàn)在部署更多的是64T64R。

簡單來說,AAU=RRU+天線。也并不是全部的5G基站都只有AAU,在5G基站之中,也有RRU+天線的配置。

5G里提出了將BBU的功能分開,其中分為CU和DU兩部分。分布式單元(DU)將主要負(fù)責(zé)層1的物理層功能、以及層2的實(shí)時(shí)性功能。集中式單元(CU),主要負(fù)責(zé)層2的非實(shí)時(shí)功能、層3的信令控制。

而其中,AAU到DU被稱為前傳、DU到CU被稱為中傳,CU到核心網(wǎng)被稱為回傳

依據(jù)5G提出的標(biāo)準(zhǔn),CU、DU、AAU可以采取分離或合設(shè)的方式,所以,會出現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)部署形態(tài):

回傳、中傳、前傳,是不同實(shí)體之間的連接,網(wǎng)絡(luò)部署形態(tài),依次為:

① 與傳統(tǒng)4G宏站一致,CU與DU共硬件部署,構(gòu)成BBU單元。

② DU部署在4G BBU機(jī)房,CU集中部署。

③ DU集中部署,CU更高層次集中。

④ CU與DU共站集中部署,類似4G的C-RAN方式。

這些部署方式的選擇,需要同時(shí)綜合考慮多種因素,包括業(yè)務(wù)的傳輸需求(如帶寬,時(shí)延等因素)、建設(shè)成本投入、維護(hù)難度等。

結(jié) 語

快速響應(yīng)型5G智能基站是一種新型建站方式,建站施工過程非常便捷。采用配重式基礎(chǔ)拼裝,基站現(xiàn)場無需開挖,施工安全快捷。徹底解決了常規(guī)現(xiàn)澆基礎(chǔ)建設(shè)周期長,建站速度緩慢的問題。更為關(guān)鍵的是,該基站產(chǎn)品可重復(fù)利用,節(jié)能環(huán)保。能夠在未來5G基站建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)快速組網(wǎng)建站需求,為5G實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用提供必要的硬件基礎(chǔ)設(shè)施。




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