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40年移动基站史

助工
2019-01-11 13:21:25    评分

自上个世纪70年代末移动通信网络诞生以来,移动基站已经陪伴人类40年了,为人类社会带来了空前的变革,但你知道它的故事吗?

1G:基站的由来

移动通信网络部署始于上个世纪70年代末,我们称之为1G时代,当时基站的英文全称叫Base Station,简称BS,直译过来就是“基站”,这一叫法一直延续到今天。

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1G时代多种标准林立,但主要有两大主流制式AMPS和TACS。

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TACS基站(爱立信1G模拟基站RBS883)

1987年,我国在河北秦皇岛和广东建立了第一代模拟移动通信系统,拉开了中国移动通信行业的序幕。

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从图片对比看,当时的1G基站采用的就是爱立信的TACS系统。

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AMPS基站和天线

1G是模拟系统,不但容量低、通话质量差,而且保密性极差,本人当年在维护基站时就曾不小心清楚地听到用户间的对话,今天的你可能简直无法相信。

2G:一体化的BTS

2G时代的基站并不叫“Base Station“,而是叫BTS,全称为Base Transceiver Station,即基站收发信机。

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GSM网络构架

相较于1G基站叫Base Station, BTS在Base Station的中间加了一个“Transceiver”,这一命名更加精准。

因为,Transceiver即收发单元,是BTS的重要组成部分。

我们来看看2G基站的组成…

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爱立信RBS2206

BTS主要包括公共单元、收发单元、合分路单元,其中,公共单元包括供电单元、传输接口单元、时钟分配单元等。

收发单元,全称Transmission Receiver Unit,简称TRX或TRU,指收信器和发信器的合称,我们通信人通常叫它“载频”。

最早期BTS收发单元的功能包含无线信号的收发、放大、调制/解调、编解码和DSP数字处理等,这其实就是将基带单元(BBU)和射频单元(RRU)集于一体。

收发单元是2G基站的关键组成部分,这也正是2G基站被称为Base Transceiver Station的原因。

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曾经的Motorola和北电2G基站,如今已随风消逝

早期的2G基站体积很大,且笨重,扩容和运维很麻烦。

每个收发单元只能处理一个载波信号,一个载频最多能同时容量8个用户,每次遇到基站拥塞扩容都要增加载频和合路器等,运维工程师不得不提着笨重的载频,每天上下穿梭于楼顶的基站。如果继续拥塞,还不得不扩展机柜,工作量更大。

回想当年,很多楼房根本没有电梯,而基站就在楼顶上,你抬眼一望不得不上,兄弟们左手一个载频,右手一个合路器,肩挎电脑包,头顶工具箱,上下十几层楼腰不疼、气不喘,年轻真好啊!

小结一下,2G的基站是一体化的BTS,基带处理、射频处理、供电单元等全都放在一个机柜里,看起来像个大冰箱,建设和扩容成本高,运维也很麻烦。

进入3G时代,基站必须向更简化、更低成本方向发展。

3GBBURRU分离

为了区别于2G,3G时代的基站不再BTS,而是叫NodeB。B,有可能正是源于BTS的B。

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3G网络基本构架

相较于2G时代,3G时代基站最大的变化是实现了BBU和RRU分离。

为什么要分离BBU和RRU?

如前所述,2G BTS的BBU和RRU合为一体,不但又大又重,且扩容非常麻烦。

进入3G数据时代,面向未来,基带部分要引入自适应调制和编码、MIMO多天线等技术来支持不断攀升的数据速率需求,如果基带与射频仍然不分离,就意味着每次扩容都要单独增加一条从基带处理、DAC转换、RF功放到馈线的通道,无疑会大大增加建设成本。

这有点类似我们今天的传统室分遭遇MIMO技术,无法适应未来升级。

传统2G基站又大又笨重,现在又要在机房里新建3G基站,机房空间是有限的,这需要进一步简化机房内的3G设备。

怎么办?业界陷入一片沉思。

此时,时下流行的软件定义无线电为基站打开了一扇窗。

能不能利用软件定义无线电技术将基带信号的生成、调制/解调、编解码等功能集成于一个“中央基站集线器”上,并通过一条统一的接口将调制后的信号传输到远程的RF单元?

Good idea今晚加鸡腿。

于是乎,就有了BBU和RRU分离的构架,BBU和RRU之间通过通用公共无线电接口(CPRI)和开放式基站标准计划( OBSAI)连接,一个BBU可以为多个RRU提供基带资源池。

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这一模块式的基站构架不仅降低了建网成本,提升了网络扩容升级的灵活性,BBU和RRU之间通过光纤连接,还避免了传统馈线远距离传输带来的高损耗。

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此外,运营商们还悄悄地打了一个埋伏,因为功率放大器和RF模块通常占基站总成本的近50%,如果BBU和RRU分离,再通过标准的接口连接,这意味着运营商可以从不同厂家分别采购BBU和RRU,从而解除设备锁绑定,提升议价权,进一步降低采购成本。不过,这一如意算盘到今天也没能实现。

4G:传奇SingleRAN

4G LTE将长期演进,强调演进,所以,4G基站的名称就在NodeB前面加了一个Evolved,即eNodeB,演进型Node B。

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4G网络基本构架

进入4G时代,软件无线电不只为基站打开一扇窗,这一次打开了一扇门。

4G时代的基站最大的特点是SingleRAN,即一套设备融合了2G/3G/4G多种标准制式。Single RAN同样应用了软件定义无线电技术,是继BBU和RRU分离后,移动基站的又一次重大变革,它进一步降低了基站的复杂性和建设成本。

SingleRAN最早由华为推出,早在2008年,此时还未进入4G时代,华为就与沃达丰部署了全球首个融合2G和3G的SingleRAN基站。随后,拉美AméricaMóvil、芬兰TeliaSonera、瑞典Net4Mobility、Aero2…等运营商纷纷采购了华为SingleRAN产品,原因在于华为的SingleRAN充分利用了软件和标准的弹性,面向未来2G/3G/4G一体化,可更低成本地为运营商提供了平滑演进到4G的通道。

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图片源于早年Vodafone的SingleRAN报告

SingleRAN帮助华为拿下了不少订单,为华为打开4G市场大门打下了坚实的基础。

在当时,海外媒体相继报道,SingleRAN简直成了行业里的明星。

《经济学人》报道称,AméricaMóvil在部署了华为的SingleRAN之后,其基站功耗降低了50%,所需的设备数量减少了70%。

《财富》杂志在一篇报道中称,华为SingleRAN设备可以在一个“盒子”里处理2G、3G、WiMax、CDMA、GSM等多种类型的信号,该新技术正在使这家中国设备商成为一个更加强大的竞争对手,因为该产品可以帮助运营商节省大量成本。

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SingleRAN,是华为无线史上的一个传奇式的产品,它帮助了华为史无前例的开拓了海外疆土,自此进入4G时代,华为无线设备份额从排名第四位一路攀升到行业第一。

5G:基站重构

如今进入5G时代,5G支持超高速率、超低时延和超多连接,业务面向多样化,对基站提出新的要求:

1)5G基站前传带宽高达数百G至Tbps,传统BBU与RRU间的CPRI光线接口压力太大,需将部分功能分离,以减少前传带宽。

2)5G面向多业务,低时延应用需更加靠近用户,超大规模物联网应用需高效的处理能力,5G基站应具备灵活的扩展功能。

4G基站的BBU+RRU构架不同,5G基站被重构为三部分:CU(中央单元)、DU(分布式单元)和AAU/RRU(远端射频单元)。

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RRU/AAU与DU之间的网络称为前传,CU和DU之间称为中传,而CU到核心网之间称为回传。

这样的构架设计可以更好的促进RAN虚拟化,还可减少前传带宽,同时满足低时延需求。

未来的5G基站,主要有四种部署方式:

1)RRU/AAU、CU和DU独立部署

RRU和DU之间的距离在0-20公里范围内,而DU和CU之间距离可达数十公里。

2)CU和DU共站部署

CU和DU一起,没有中传,目前的5G基站基本都是这种方式。

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5G基站的AAU

3)RRU/AAU和DU就近部署

RRU和DU彼此靠近地部署,可能是数百米,比如,实现建筑物内的不同楼层覆盖。

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4)RRU/AAU、DU和CU集成部署

这种情况通常应用于微站覆盖热点,该场景下只有回传。

差点忘了讲了,5G基站叫gNB。

为什么叫gNB?

gNB的全称叫next Generation Node B,本来简写应该是ngNB,但是前面只能保留一个字母,如果叫nNB呢,奶奶B?好像这名字不太好听,所以干脆就叫gNB吧。

其实早期在对5G基站命名的时候,各大厂家提案里叫法不一,比如,中兴叫NB BS,AT&T叫fNB,NEC叫5NB,英特尔叫gNB… 最后3GPP统一确定为gNB。

但是,只是一个gNB就能代表5G基站吗?

不行。

众所周知,早期的5G部署有多种选项,包括独立部署和非独立部署,因此,在各种组合下的5G基站的名称也有变化。

比如,选项3(非独立部署)锚定于现有4G基站和核心网,此时的5G基站叫en-gNB;而要是以后采用选项7, 5G核心网下的4G基站也不再叫eNB,而是叫ng-eNB,它到底属于5G基站还是4G基站?

还有,如前所述,5G基站被分离为DU、CU和AAU/RRU,因此,应该还有gNB DU,gNB CU吧,再加上各种前传功能分离方案,还会有lls-gNB-DU、lls-gNB-CU…(lls,底层功能分离)

最后,用一张图来描述40年来移动基站的发展史,它应该是这样的…

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转贴自网络



高工
2019-01-11 23:32:35    评分
2楼

已读,mark~!


管理员
2019-01-14 11:12:35    评分
3楼

涨姿势


菜鸟
2019-01-29 16:55:10    评分
4楼

学习了~


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