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标题: 5G基站到底长啥样？和4G有啥区别？ [查看完整版帖子] [打印本页]

时间: 2020-4-16 11:22

作者: 国王长了驴耳朵 标题: 5G基站到底长啥样？和4G有啥区别？

这是普通人眼中的4G和5G基站...

这是通信人眼中的4G和5G基站...

那4G和5G基站到底有啥区别？

先来了解一下基站站点的组成。

一个基站站点包括了基站设备和配套设备。其中，基站设备包括基带单元、无线射频单元和天线；配套设备包括传输设备、电源、备用电池、空调、监控系统和铁塔（抱杆）等。

基站设备负责通过无线电波连接手机，并通过传输设备连接到核心网络和互联网，而电源、备用电池、空调和监控系统负责保障基站设备稳定运行。

5G站点与4G站点一样，都少不了配套设备。通常4G和5G基站是共站的，即在原有的4G站点上叠加5G设备。由于叠加5G设备后，基站设备的功耗和传输容量增加，站点配套设备还需进行相应的升级扩容。

但4G基站设备和5G基站设备是有差别的。

如上图所示，4G基站设备由BBU（基带单元）和RRU（射频拉远单元）组成，RRU通常会拉远至接近天线的地方，BBU与RRU之间通过光纤连接，而RRU与天线之间通过馈线连接。

而5G基站设备将BBU分割为CU（中央单元）和DU（分布式单元），并通过光纤与AAU（有源天线单元）连接。AAU包含了RRU和天线功能，即有源射频部分与无源天线基于一体。

要了解具体的差别，得从RAN（无线接入网）的协议栈说起。

先来简单了解一下协议栈各层的功能：

• RRC，无线资源控制层，负责连接配置、策略相关的信令或控制面，不负责在用户面上处理数据包。
• PDCP，分组数据汇聚协议层，负责对数据包压缩和解压缩IP报头，加密和完整性保护等。
在NSA组网的双连接模式下，PDCP层还负责4G基站和5G基站之间的数据分流和聚合。同时，在5G专网部署中，为了数据不出园区以保护本地数据的安全，PDCP层还是实现公网数据流与专网数据流隔离转发，实现本地数据流卸载的关键节点。
• RLC，无线链路控制层，负责对数据包进行分段/重组、ARQ纠错、重复包检测等。
• MAC，媒体访问控制层，负责实时资源调度决策、复用/解复用、缓冲等功能。
MAC层也负责载波聚合调度。由于需实时调度无线资源，MAC层对时延要求极高。
• PHY，物理层，负责编码、调制、FEC等。

数据经过以上层层处理后传送到射频单元转换为模拟高频信号，再通过无线载波传送到手机。

如上图， 4G基站由BBU和RRU组成，其中RRC、 PDCP、 RLC、MAC和 PHY各层功能集于BBU。

但到了5G时代，考虑RAN虚拟化、云化和集中化趋势以及为了减少前传容量和时延，5G基站进行了重构，主要分拆为三部分：

• CU，中央单元，主要包括RRC、SDAP和PDCP协议层，主要负责非实时的RRC、PDCP协议栈功能。
CU可采用云化部署方式，支持核心网UPF下沉与边缘计算融合部署。CU与DU之间通过F1接口连接。一个CU可管理一个或多个DU。
• DU，分布式单元，主要包括RLC、MAC和PHY层的节点，主要负责处理实时性需求的MAC层功能和部分物理层功能。

一个DU可支持一个或多个小区。由于MAC层负责实时调度无线资源，对时延要求极高，DU需与AAU就近部署（1ms以内）。一种典型的部署方式是DU和AAU共站部署，也可针对校园、工厂、商城等场景，一个DU可连接多个分布式的AAU。

经过这么一拆分，4G无线接入网的前传和回传也随之拆分为三部分：前传、中传和回传。AAU和 DU之间是前传，DU和CU之间是中传，CU到核心网是回传。

讲完基站的基带部分，我们再来聊聊基站的射频部分。

为什么到了5G时代要从RRU+天线进化为有源射频部分和天线集成的AAU呢？

主要原因是5G采用了Massive MIMO技术。

Massive MIMO主要有两大技术优势：

1）通过波束赋形（Beamforming）提升覆盖范围和减少干扰

波束赋形就是通过调整多天线的幅度和相位，赋予天线辐射图特定的形状和方向，使无线信号能量集中于更窄的波束上，从而可增强覆盖范围和减少干扰。

有了波束赋形，可形成精确的用户级超窄波束，并随用户位置而移动，将能量定向投放到用户位置，相对传统宽波束天线可提升信号覆盖，同时降低小区间用户干扰。

同时，还能通过3D波束赋形在垂直维度增加一个可以利用的维度，从而可更灵活的调整小区的垂直覆盖范围，改变传统二维的无线设计方式。

2）通过空间多路复用提升小区容量

Massive MIMO可通过MU-MIMO，将在空间上复用的多个数据流同时发送给多个用户，从而可成倍提升小区容量。

如果把无线网络比喻为高速公路，这相当于在不用增加频谱带宽的前提下，将道路扩多几条。

但问题是，要实现Massive MIMO，采用多天线是前提。波束赋形技术的性能潜力会随着天线数量的增加而增加，为此， 5G Massive MIMO采用了几十甚至过百个天线单元。

正是因为Massive MIMO采用了这么多天线，才需要射频单元和天线单元基于一体的AAU设备。

要理解这个问题，得从基站射频单元和天线的基本组成原理说起。

先来看看4G时代的RRU+天线模式（如下图），RRU主要负责基带到空口的发射/接收信号处理，完成数字信号和射频信号的转换，主要包括数字系统、射频收发系统（TRX)、功放、滤波器等，再通过馈线连接天线。

而5G AAU将多个天线单元和射频单元集于一体，大致组成结构是这样的...

想象一下，如果AAU不将多个天线单元和射频单元集于一体，会发生什么情况？

这会带来如下问题：

1）要在多个射频和天线单元之间连接那么多馈线，根本是无法完成的任务。

回顾4G时代，随着MIMO不断升级，RRU连接天线的馈线通道越来越多，铁塔上已经生出了一大串胡子，而Massive MIMO要连接过百个天线单元需要多少馈线？

2）铁塔上已经没有那么多空间支持这么多馈线连接了，且RRU也占空间。

3）工程安装和维护会越来越复杂。

4）馈线会增加RF损耗，影响信号覆盖。

显然，要支持Massive MIMO需要射频单元和天线单元基于一体的AAU。

还有一个关键原因是，只有射频单元和天线单元基于一体，才能对多天线单元进行更细粒度的数字控制，从而实现波束赋形。

这些就是4G基站和5G基站的不同之处。

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时间: 2020-4-16 13:00

作者: tianzhongshan

真高级!

时间: 2020-4-16 14:36

作者: xwrsr

用心了，好资料

时间: 2020-4-16 16:39

作者: cnqq9999

还是不错的

时间: 2020-4-16 17:21

作者: yhx1798865406

收藏了，好资料

时间: 2020-4-16 17:33

作者: qq464387136

普通人:听不懂

时间: 2020-4-17 09:30

作者: steve1984

写的挺好的，通俗易懂

时间: 2020-4-17 09:59

作者: 深圳普通用户

很好的科普帖，赞！

时间: 2020-4-17 10:01

作者: n1杜蕾斯g5

本帖最后由 n1杜蕾斯g5 于 2020-4-17 10:03 编辑

MIMO才是王道，看好TDD3.5GHz

时间: 2020-4-17 10:01

作者: xuqz

发展进步

时间: 2020-4-17 10:25

作者: 坡_special

时间: 2020-4-17 11:05

作者: caoxintxrj

对于设备商来说，这是赚钱的。
对于运营商跟铁塔来说，这是烧钱的，
对于第三方来说：终于有工程干了。

时间: 2020-4-17 11:15

作者: 大叔的哥

不错，谢谢分享

时间: 2020-4-17 12:21

作者: 云中云

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

时间: 2020-4-17 14:23

作者: 郑圣墟

涨知识了！

时间: 2020-4-17 15:07

作者: duvv7

好资料

时间: 2020-4-17 15:30

作者: 张超981

很好。赞

时间: 2020-4-17 16:31

作者: wr0454

好图、好资料、好文章。。。。。

时间: 2020-4-17 17:03

作者: call_long

那么，天线的用电和防雷接地线还是少不了。加上光纤，走线时还得在一起。

时间: 2020-4-17 20:44

作者: vipsank

很好的科普帖！

时间: 2020-4-18 20:30

作者: 13645096475

讲解的太棒了，学习！

时间: 2020-4-18 22:44

作者: 139转联通

学习贴留名！

时间: 2020-4-19 20:53

作者: 富裕科技123

然并卵，我也不是运维的人

时间: 2020-4-19 21:38

作者: 电信十年老用户

5g天线那么短，覆盖肯定差。

同理可推测，基站数要翻几倍，运营商花的钱要翻几倍，最终结论，设备商要赚的钱要多几倍。

时间: 2020-4-19 21:59

作者: 冰封情

涨知识了

时间: 2020-4-19 23:54

作者: 地瓜吐南瓜

大神写的太好了，学习了

时间: 2020-4-20 08:54

作者: lay198877

好资料，楼主用心

时间: 2020-4-20 11:18

作者: bowenbei

学习了

时间: 2020-4-20 11:57

作者: winter3157

学习了！

时间: 2020-4-23 23:09

作者: 穿裤衩的狗

學習，樓主好人一生平安～

时间: 2020-4-24 09:40

作者: gavin12345

好资料啊

时间: 2020-4-26 08:40

作者: 爵爷

谢谢分享

时间: 2020-4-26 08:56

作者: Ranceer_DY

浅显易懂，谢谢~

时间: 2020-4-27 08:29

作者: sinous

3G到4G，RAN 架构由繁到简；
5G到5G，RAN 架构有简到繁；
背后的推动力都是运营商的诉求

时间: 2020-4-27 10:22

作者: djc11048

简单易懂

时间: 2020-4-28 08:32

作者: 无限海阳_91

讲的很透彻，难得的好资料，学习了。

时间: 2020-4-28 10:03

作者: 熊猫SZ

写得太好了，我单独保存介不介意？

时间: 2020-4-28 21:16

作者: euters

厉害！！

时间: 2020-5-6 09:31

作者: 777888999

不错！

时间: 2020-5-8 09:08

作者: Carman11

学习了

时间: 2020-5-9 07:29

作者: luchuanbaker

这样的话5g建设会导致4g降速石锤咯？

时间: 2020-5-9 16:38

作者: wywswhs

很好的科普贴，大神能不能再讲讲关于核心网和波束赋形方面的详细知识。

时间: 2020-5-9 22:08

作者: Daystar7

谢谢讲解，感谢

时间: 2020-5-10 21:57

作者: lawyer0101

行话

时间: 2020-5-12 15:30

作者: lincl520118

不错，谢谢分享！

时间: 2020-5-12 16:10

作者: whatyuki

感谢分享精彩内容！

时间: 2020-5-12 17:43

作者: george_deng

学习了

时间: 2020-6-21 11:04

作者: sola1217

很好的资料啊

时间: 2020-6-23 09:32

作者: 臻._3850

好好好好好

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