参考《http://www.openpcba.com/web/contents/get?id=3072》
引出
手机-基站-交换机,2G、3G、4G、5G移动通信网络的架构都是相似的。其中基站是直接决定连接手机的数量和速度的关键,有宏基站、微基站等,属于接入网层。承载网络主要是光纤,用于传输数据。核心网相当于交换机和路由器,是整个移动通信的大脑。
华为最厉害的不是手机,是核心网和基站!
今天这篇,我们来看看现实生活中的移动通信系统。
在介绍具体的系统组成之前,首先请大家记住下面这段重要的话——
“绝大部分通信系统,都可以用分层的角度来看,也必须用分层的角度来看。看懂了这个系统的层级,就看懂了这个系统的70%。——小枣君”
简而言之,看网先看层。哪些层呢?三个,由下至上分别是接入层、汇聚层、核心层。
不管是移动通信网络,还是企业办公网络,哪怕是家庭网络,基本都是这个逻辑。
我们就从移动通信网络开始看起。
我们的手机,如果想要打电话,必须连入运营商的通信网络之中。把手机终端连接起来的这一级网络设备,就叫做接入网(层)设备。大家很熟悉的基站,就属于接入网设备中的一种。
基站的结构
很多人认为,这就是一个完整的基站。其实,并非如此。上面那张图,其实是若干个不同基站的天线(白色那个),还有一个角钢铁塔。严格意义来说,铁塔并不是基站设备的组成部分,它只是通信基础设施。
一个基站,应该称之为一套基站系统,它由多个独立设备共同组成。以现在主流的4G LTE网络来说,基站就包括BBU、RRU、射频天线,这三个主要部分。
BBU,基带处理单元,主要负责信号调制。
RRU,远端射频单元,主要负责射频处理。
馈线,负责连接RRU和天线。
天线,主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换。
通常BBU会安装在机房里,RRU在机房或者室外都可以安装。而天线,刚才说了,安装在铁塔或抱杆上,在室外楼顶上经常会看到。
除了主设备和天线之外,一个完整的基站机房还包括电源、蓄电池、空调、安防监控等配套设备。
上面我们所说的,是宏基站。宏就是大的意思,大家在野外看到的大铁塔,上面基本上就是宏基站的天线。铁塔下,是宏基站的机房。
除了宏基站之外,基站还有很多种。根据站型大小和功率,主要分为宏基站、微基站、皮基站、飞基站。
宏基站刚才介绍过了,不再赘述。
微基站呢,像下面这样小小的,经常摆放在室内或人口密集的公共区域:
皮基站比微基站更小,是这样的:
大概和两块砖头一样大。
飞基站,主要是家庭用户使用,体积更小,和家里的路由器其实差不多:
微基站、皮基站和飞基站,通常合称为“微小站”。
皮基站和飞基站,通常合称为“皮飞站”
不同类型的基站,使用场合和自身定位也有很大的不同。
在室外宽阔区域,需要覆盖面积足够大,所以,会使用功率最大的宏基站。
有时候,还会搭配使用直放站,解决信号盲区弱区的覆盖问题。
直放站其实就是一个信号中继器(Repeater),对射频信号进行放大加强。
在室内,因为砖墙的阻隔,信号传播会受到很大的影响,所以,并不适合使用宏基站,而会大量使用微基站、皮基站和飞基站。它们的天线发射功率较小,对人体的影响也小,对室内空间的覆盖效果更好。
一般来说,除了微基站之外,为了加强信号质量,还会使用室内分布系统,也就是大家经常会听到的“室分”。
“室分”其实也是信号的二次中继和增强覆盖。从信源(例如微基站或直放站)接出馈线,然后到各个房间或通道,再利用天线发出信号。
室分系统,和大家经常用的WiFi很像。
基站的发展
最初的时候,RRU还是在机房的墙壁上挂着的,BBU安装在标准机柜内,RRU和天线之间依然通过馈线(7/8馈线为主)。
继续发展下去,RRU开始上塔,BBU和RRU之间通过光纤连接,RRU和天线之间通过跳线(1/2馈线)连接,从此之后,再维护RRU就需要带着塔工了。
进入4G之后,传统的一体的宏基站已经完全的被BBU+RRU+天线的模式取代,而且还有一些BBU被统一的放在一个机房之内,组成了BBU池。
5G时代,基站的结构发生了新的变化,出现了新的设备AAU。
5G之所以出现了AAU,其实是因为5G引入了Massive MIMO这个技术。
Massive MIMO,大规模的多入多出。
MIMO是多入多出技术,这个其实比较好理解,你可以想象成公路,如果让公路上跑更多的车,就需要更多的车道,很显然的是八车道要比四车道的车流量要大得多。
而MIMO越高阶,则需要天线越来越多,天线越来越多,馈线也就越来越多,RRU上的馈线接口也就越多,而这样工艺的复杂度也就越来越高。外加上馈线本身还有一定的衰耗,而这也会影响部分系统性能。
也正是因为这个原因,5G之中,将RRU和原本的无源天线集成为一体,也就形成了最新的AAU(有源天线处理单元)。
集成了天线,所以AAU的体积和重量都要大于RRU,耗电量也有比较大的增加,价格也要贵了许多。