基站簡史

本文來源: 網優僱傭軍

自上個世紀70年代末移動通信網絡誕生以來,移動基站已經陪伴人類40年了,爲人類社會帶來了空前的變革,但你知道它的故事嗎?

1G:基站的由來

移動通信網絡部署始於上個世紀70年代末,我們稱之爲1G時代,當時基站的英文全稱叫Base Station,簡稱BS,直譯過來就是“基站”,這一叫法一直延續到今天。

1G時代多種標準林立,但主要有兩大主流制式AMPS和TACS。

1987年,我國在河北秦皇島和廣東建立了第一代模擬移動通信系統,拉開了中國移動通信行業的序幕。


從圖片對比看,當時的1G基站採用的就是愛立信的TACS系統。


1G是模擬系統,不但容量低、通話質量差,而且保密性極差,本人當年在維護基站時就曾不小心清楚地聽到用戶間的對話,今天的你可能簡直無法相信。

2G:一體化的BTS 

2G時代的基站並不叫“Base Station“,而是叫BTS,全稱爲Base Transceiver Station,即基站收發信機。


相較於1G基站叫Base Station, BTS在Base Station的中間加了一個“Transceiver”,這一命名更加精準。

因爲,Transceiver即收發單元,是BTS的重要組成部分。


我們來看看2G基站的組成…


BTS主要包括公共單元、收發單元、合分路單元,其中,公共單元包括供電單元、傳輸接口單元、時鐘分配單元等。

收發單元,全稱Transmission Receiver Unit,簡稱TRX或TRU,指收信器和發信器的合稱,我們通信人通常叫它“載頻”。

最早期BTS收發單元的功能包含無線信號的收發、放大、調製/解調、編解碼和DSP數字處理等,這其實就是將基帶單元(BBU)和射頻單元(RRU)集於一體。

收發單元是2G基站的關鍵組成部分,這也正是2G基站被稱爲Base Transceiver Station的原因。

早期的2G基站體積很大,且笨重,擴容和運維很麻煩。

每個收發單元只能處理一個載波信號,一個載頻最多能同時容量8個用戶,每次遇到基站擁塞擴容都要增加載頻和合路器等,運維工程師不得不提着笨重的載頻,每天上下穿梭於樓頂的基站。如果繼續擁塞,還不得不擴展機櫃,工作量更大。

回想當年,很多樓房根本沒有電梯,而基站就在樓頂上,你擡眼一望不得不上,兄弟們左手一個載頻,右手一個合路器,肩挎電腦包,頭頂工具箱,上下十幾層樓腰不疼、氣不喘,年輕真好啊!

小結一下,2G的基站是一體化的BTS,基帶處理、射頻處理、供電單元等全都放在一個機櫃裏,看起來像個大冰箱,建設和擴容成本高,運維也很麻煩。

進入3G時代,基站必須向更簡化、更低成本方向發展。

3G:BBU和RRU分離

爲了區別於2G,3G時代的基站不再BTS,而是叫NodeB。B,有可能正是源於BTS的B。


相較於2G時代,3G時代基站最大的變化是實現了BBU和RRU分離。

爲什麼要分離BBU和RRU?

如前所述,2G BTS的BBU和RRU合爲一體,不但又大又重,且擴容非常麻煩。

進入3G數據時代,面向未來,基帶部分要引入自適應調製和編碼、MIMO多天線等技術來支持不斷攀升的數據速率需求,如果基帶與射頻仍然不分離,就意味着每次擴容都要單獨增加一條從基帶處理、DAC轉換、RF功放到饋線的通道,無疑會大大增加建設成本。

這有點類似我們今天的傳統室分遭遇MIMO技術,無法適應未來升級。

傳統2G基站又大又笨重,現在又要在機房裏新建3G基站,機房空間是有限的,這需要進一步簡化機房內的3G設備。

怎麼辦?業界陷入一片沉思。

此時,時下流行的軟件定義無線電爲基站打開了一扇窗。

能不能利用軟件定義無線電技術將基帶信號的生成、調製/解調、編解碼等功能集成於一個“中央基站集線器”上,並通過一條統一的接口將調製後的信號傳輸到遠程的RF單元?

Good idea. 今晚加雞腿。

於是乎,就有了BBU和RRU分離的構架,BBU和RRU之間通過通用公共無線電接口(CPRI)和開放式基站標準計劃( OBSAI)連接,一個BBU可以爲多個RRU提供基帶資源池。

這一模塊式的基站構架不僅降低了建網成本,提升了網絡擴容升級的靈活性,BBU和RRU之間通過光纖連接,還避免了傳統饋線遠距離傳輸帶來的高損耗。


此外,運營商們還悄悄地打了一個埋伏,因爲功率放大器和RF模塊通常佔基站總成本的近50%,如果BBU和RRU分離,再通過標準的接口連接,這意味着運營商可以從不同廠家分別採購BBU和RRU,從而解除設備鎖綁定,提升議價權,進一步降低採購成本。不過,這一如意算盤到今天也沒能實現。

4G:傳奇SingleRAN

4G LTE將長期演進,強調演進,所以,4G基站的名稱就在NodeB前面加了一個Evolved,即eNodeB,演進型Node B。


進入4G時代,軟件無線電不只爲基站打開一扇窗,這一次打開了一扇門。

4G時代的基站最大的特點是SingleRAN,即一套設備融合了2G/3G/4G多種標準制式。Single RAN同樣應用了軟件定義無線電技術,是繼BBU和RRU分離後,移動基站的又一次重大變革,它進一步降低了基站的複雜性和建設成本。

SingleRAN最早由華爲推出,早在2008年,此時還未進入4G時代,華爲就與沃達豐部署了全球首個融合2G和3G的SingleRAN基站。隨後,拉美AméricaMóvil、芬蘭TeliaSonera、瑞典Net4Mobility、Aero2…等運營商紛紛採購了華爲SingleRAN產品,原因在於華爲的SingleRAN充分利用了軟件和標準的彈性,面向未來2G/3G/4G一體化,可更低成本地爲運營商提供了平滑演進到4G的通道。

SingleRAN幫助華爲拿下了不少訂單,爲華爲打開4G市場大門打下了堅實的基礎。

在當時,海外媒體相繼報道,SingleRAN簡直成了行業裏的明星。

《經濟學人》報道稱,AméricaMóvil在部署了華爲的SingleRAN之後,其基站功耗降低了50%,所需的設備數量減少了70%。

《財富》雜誌在一篇報道中稱,華爲SingleRAN設備可以在一個“盒子”裏處理2G、3G、WiMax、CDMA、GSM等多種類型的信號,該新技術正在使這家中國設備商成爲一個更加強大的競爭對手,因爲該產品可以幫助運營商節省大量成本。

SingleRAN,是華爲無線史上的一個傳奇式的產品,它幫助了華爲史無前例的開拓了海外疆土,自此進入4G時代,華爲無線設備份額從排名第四位一路攀升到行業第一。

5G:基站重構

如今進入5G時代,5G支持超高速率、超低時延和超多連接,業務面向多樣化,對基站提出新的要求:

1)5G基站前傳帶寬高達數百G至Tbps,傳統BBU與RRU間的CPRI光線接口壓力太大,需將部分功能分離,以減少前傳帶寬。

2)5G面向多業務,低時延應用需更加靠近用戶,超大規模物聯網應用需高效的處理能力,5G基站應具備靈活的擴展功能。

與4G基站的BBU+RRU構架不同,5G基站被重構爲三部分:CU(中央單元)、DU(分佈式單元)和AAU/RRU(遠端射頻單元)。

RRU/AAU與DU之間的網絡稱爲前傳,CU和DU之間稱爲中傳,而CU到核心網之間稱爲回傳。

這樣的構架設計可以更好的促進RAN虛擬化,還可減少前傳帶寬,同時滿足低時延需求。

未來的5G基站,主要有四種部署方式:

1)RRU/AAU、CU和DU獨立部署

RRU和DU之間的距離在0-20公里範圍內,而DU和CU之間距離可達數十公里。

2)CU和DU共站部署

CU和DU一起,沒有中傳,目前的5G基站基本都是這種方式。


3)RRU/AAU和DU就近部署

RRU和DU彼此靠近地部署,可能是數百米,比如,實現建築物內的不同樓層覆蓋。

4)RRU/AAU、DU和CU集成部署

這種情況通常應用於微站覆蓋熱點,該場景下只有回傳。

差點忘了講了,5G基站叫gNB。

爲什麼叫gNB?

gNB的全稱叫next Generation Node B,本來簡寫應該是ngNB,但是前面只能保留一個字母,如果叫nNB呢,奶奶B?好像這名字不太好聽,所以乾脆就叫gNB吧。

其實早期在對5G基站命名的時候,各大廠家提案裏叫法不一,比如,中興叫NB BS,AT&T叫fNB,NEC叫5NB,英特爾叫gNB… 最後3GPP統一確定爲gNB。

但是,只是一個gNB就能代表5G基站嗎?

不行。

衆所周知,早期的5G部署有多種選項,包括獨立部署和非獨立部署,因此,在各種組合下的5G基站的名稱也有變化。

比如,選項3(非獨立部署)錨定於現有4G基站和核心網,此時的5G基站叫en-gNB;而要是以後採用選項7, 5G核心網下的4G基站也不再叫eNB,而是叫ng-eNB,它到底屬於5G基站還是4G基站?

還有,如前所述,5G基站被分離爲DU、CU和AAU/RRU,因此,應該還有gNB DU,gNB CU吧,再加上各種前傳功能分離方案,還會有lls-gNB-DU、lls-gNB-CU…(lls,底層功能分離)

最後,用一張圖來描述40年來移動基站的發展史,它應該是這樣的…

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