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4G基站和5G基站的不同之处资料下载

2512799 2021-04-11 | pdf | 1.28MB | 次下载 | 5积分

资料介绍

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vwin 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：