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(lái)了解一下基站站點(diǎn)的組成。

一個(gè)基站站點(diǎn)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(wú)線(xiàn)射頻單元和天線(xiàn)；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(fù)責(zé)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波連接手機(jī)，并通過(guò)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(fù)責(zé)保障基站設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

5G站點(diǎn)與4G站點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)配套設(shè)備還需進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)擴(kuò)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(yuǎn)單元）組成，RRU通常會(huì)拉遠(yuǎn)至接近天線(xiàn)的地方，BBU與RRU之間通過(guò)光纖連接，而RRU與天線(xiàn)之間通過(guò)饋線(xiàn)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(guò)光纖與AAU（有源天線(xiàn)單元）連接。AAU包含了RRU和天線(xiàn)功能，即有源射頻部分與無(wú)源天線(xiàn)基于一體。

要了解具體的差別，得從RAN（無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)）的協(xié)議棧說(shuō)起。

先來(lái)簡(jiǎn)單了解一下協(xié)議棧各層的功能：

數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)以上層層處理后傳送到射頻單元轉(zhuǎn)換為模擬高頻信號(hào)，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)載波傳送到手機(jī)。

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(shì)以及為了減少前傳容量和時(shí)延，5G基站進(jìn)行了重構(gòu)，主要分拆為三部分：

一個(gè)DU可支持一個(gè)或多個(gè)小區(qū)。由于MAC層負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)調(diào)度無(wú)線(xiàn)資源，對(duì)時(shí)延要求*，DU需與AAU就近部署（1ms以?xún)?nèi)）。一種典型的部署方式是DU和AAU共站部署，也可針對(duì)校園、工廠(chǎng)、商城等場(chǎng)景，一個(gè)DU可連接多個(gè)分布式的AAU。

經(jīng)過(guò)這么一拆分，4G無(wú)線(xiàn)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?cè)賮?lái)聊聊基站的射頻部分。

為什么到了5G時(shí)要從RRU+天線(xiàn)進(jìn)化為有源射頻部分和天線(xiàn)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(shì)：

1）通過(guò)波束賦形（Beamforming）提升覆蓋范圍和減少干擾

波束賦形就是通過(guò)調(diào)整多天線(xiàn)的幅度和相位，賦予天線(xiàn)輻射圖特定的形狀和方向，使無(wú)線(xiàn)信號(hào)能量集中于更窄的波束上，從而可增強(qiáng)覆蓋范圍和減少干擾。

有了波束賦形，可形成準(zhǔn)確的用戶(hù)級(jí)超窄波束，并隨用戶(hù)位置而移動(dòng)，將能量定向投放到用戶(hù)位置，相對(duì)傳統(tǒng)寬波束天線(xiàn)可提升信號(hào)覆蓋，同時(shí)降低小區(qū)間用戶(hù)干擾。

同時(shí)，還能通過(guò)3D波束賦形在垂直維度增加一個(gè)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(wú)線(xiàn)設(shè)計(jì)方式。

2）通過(guò)空間多路復(fù)用提升小區(qū)容量

Massive MIMO可通過(guò)MU-MIMO，將在空間上復(fù)用的多個(gè)數(shù)據(jù)流同時(shí)發(fā)送給多個(gè)用戶(hù)，從而可成倍提升小區(qū)容量。

如果把無(wú)線(xiàn)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(kuò)多幾條。

但問(wèn)題是，要實(shí)現(xiàn)Massive MIMO，采用多天線(xiàn)是前提。波束賦形技術(shù)的性能潛力會(huì)隨著天線(xiàn)數(shù)量的增加而增加，為此， 5G Massive MIMO采用了幾十甚至過(guò)百個(gè)天線(xiàn)單元。

正是因?yàn)镸assive MIMO采用了這么多天線(xiàn)，才需要射頻單元和天線(xiàn)單元基于一體的AAU設(shè)備。

要理解這個(gè)問(wèn)題，得從基站射頻單元和天線(xiàn)的基本組成原理說(shuō)起。

先來(lái)看看4G的RRU+天線(xiàn)模式（如下圖），RRU主要負(fù)責(zé)基帶到空口的發(fā)射/接收信號(hào)處理，完成數(shù)字信號(hào)和射頻信號(hào)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(guò)饋線(xiàn)連接天線(xiàn)。

而5G AAU將多個(gè)天線(xiàn)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(gè)天線(xiàn)單元和射頻單元集于一體，會(huì)發(fā)生什么情況？

這會(huì)帶來(lái)如下問(wèn)題：

1）要在多個(gè)射頻和天線(xiàn)單元之間連接那么多饋線(xiàn)，根本是無(wú)法完成的任務(wù)。

回顧4G，隨著MIMO不斷升級(jí)，RRU連接天線(xiàn)的饋線(xiàn)通道越來(lái)越多，鐵塔上已經(jīng)生出了一大串胡子，而Massive MIMO要連接過(guò)百個(gè)天線(xiàn)單元需要多少饋線(xiàn)？

2）鐵塔上已經(jīng)沒(méi)有那么多空間支持這么多饋線(xiàn)連接了，且RRU也占空間。

3）工程安裝和維護(hù)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜。

4）饋線(xiàn)會(huì)增加RF損耗，影響信號(hào)覆蓋。

顯然，要支持Massive MIMO需要射頻單元和天線(xiàn)單元基于一體的AAU。

還有一個(gè)關(guān)鍵原因是，只有射頻單元和天線(xiàn)單元基于一體，才能對(duì)多天線(xiàn)單元進(jìn)行更細(xì)粒度的數(shù)字控制，從而實(shí)現(xiàn)波束賦形。

這些就是4G基站和5G基站的不同之處。