NR 1G - 5G基站介紹

基站的歷程

1G基站:BS
2G基站:BTS
3G基站:NodeB
4G基站:eNB
5G基站:gNB
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基站的組成

天線、鐵塔、機房

1G基站

移動通信網絡部署始於上個世紀70年代末,稱之爲1G時代,基站的英文全稱叫Base Station,簡稱BS,就是“基站”。
1G時代多種標準林立,但主要有兩大主流制式AMPS和TACS。
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1G是模擬系統,不但容量低、通話質量差,而且保密性極差。

2G基站

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。
GSM網絡構架
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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。
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。
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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,如果繼續擁塞,還不得不擴展機櫃,工作量更大。
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基站

特點:BBU和RRU分離
爲了區別於2G,3G時代的基站不再BTS,而是叫NodeB
3G網絡基本構架
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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。 BBU和RRU分離
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。
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, 所以採用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。
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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。

4G基站

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。
4G網絡基本構架
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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。
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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。
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

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)。
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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。

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。

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