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基站君在努力地進(jìn)化
不論你是否能意識(shí)到，移動(dòng)基站就位于我們身邊，默默地在為我們服務(wù)，越來(lái)越好的信號(hào)質(zhì)量就是明證。
基站君一直在默默地為我們服務(wù)
其實(shí)，為了讓信號(hào)變得更好，為了讓上網(wǎng)速度更快，為了節(jié)能省電，基站君在默默地奮斗著，努力地提升自我，還你一個(gè)暢快的網(wǎng)絡(luò)。
奮斗的基站君
02
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分布式基站的崛起，CPRI接口的輝煌
這不，5G要來(lái)了，為了迎接這新的時(shí)代，基站君正在默默地醞釀著一場(chǎng)大變身。
然而，當(dāng)我們抬起頭，凝視這一根根鐵塔和上面掛著的一坨一坨的小方塊時(shí)，卻很難看到有什么大的變化。其實(shí)，這場(chǎng)變化從3G時(shí)代已經(jīng)開(kāi)始，現(xiàn)在正在向5G延伸。
2G和3G初期的基站君
上圖展示的是2G和3G時(shí)代基站的架構(gòu)。
1.天線(xiàn)：高高地掛在塔上。它也必須高掛在塔上，這是因?yàn)榘l(fā)射信號(hào)的需要。
2.機(jī)房：在塔下，必然有一個(gè)小房子，里面放著基站。
3.基站：就是發(fā)射無(wú)線(xiàn)信號(hào)的設(shè)備?；驹谶壿嬌戏譃锽BU和RRU兩部分。RRU負(fù)責(zé)信號(hào)收發(fā)，BBU負(fù)責(zé)信號(hào)處理。
4.饋線(xiàn)：連接天線(xiàn)和基站的，就是饋線(xiàn)了，這是一根又粗又硬又重的傳輸信號(hào)的管子。由于鐵塔一般情況下有個(gè)幾十米到100米高，所以這根管子也得幾十到100米長(zhǎng)。然而信號(hào)的傳送是有損耗的，饋線(xiàn)越長(zhǎng)損耗越大，可能從基站到天線(xiàn)，信號(hào)還沒(méi)發(fā)出去就已經(jīng)損耗掉了一多半。因此塔下的基站必須加大功率發(fā)射才能彌補(bǔ)這個(gè)損耗。
各種型號(hào)的饋線(xiàn)，塔越高，線(xiàn)越粗
5.配套設(shè)備。這些設(shè)備在圖里沒(méi)有畫(huà)出，主要包含這些：電源，電池，空調(diào)。電源自不用說(shuō)，基站得有電才能工作；萬(wàn)一停電了咋辦？那得有電池?fù)沃?；另外，基站，電源，電池，這些設(shè)備擠在一個(gè)小房子里，不斷發(fā)熱溫度升高，為了保證設(shè)備正常運(yùn)行，得有空調(diào)降溫才行。
這種架構(gòu)最顯著的特點(diǎn)就是，復(fù)雜，費(fèi)電。然而在2G時(shí)代也就這么強(qiáng)忍了，3G時(shí)代，新的架構(gòu)已經(jīng)在萌芽，直到4G時(shí)代，這一切才有了徹底的改觀(guān)。
既然基站可以分為兩個(gè)模塊：發(fā)射信號(hào)的RRU和處理信號(hào)的BBU，其中BBU小巧精致功耗低，而RRU體積龐大功耗高，何不把功耗高的RRU也掛在塔上，跟天線(xiàn)放一起？這樣就不用很長(zhǎng)的饋線(xiàn)連接了，損耗小了功耗自然也就降下來(lái)了，自然散熱就可以。這樣一來(lái)，機(jī)房里少了RRU這個(gè)散熱大戶(hù)，空調(diào)也就可以歇歇了。
分布式基站架構(gòu)
因?yàn)榘鸦静鸪闪藘蓧K分開(kāi)工作，這樣的站點(diǎn)也叫分布式站點(diǎn)。這樣就涉及到了BBU和RRU的連接問(wèn)題。到底BBU和RRU它們可以離得多遠(yuǎn)，之間的數(shù)據(jù)怎么傳，總得有個(gè)標(biāo)準(zhǔn)才行。
于是，在2003年，愛(ài)立信，諾西，阿朗，NEC，還有華為這幾個(gè)廠(chǎng)家一合計(jì)，搞出來(lái)了個(gè)叫做CPRI（通用公共無(wú)線(xiàn)電接口）的協(xié)議，大家都按著這個(gè)來(lái)搞。
CPRI
我們知道數(shù)據(jù)通過(guò)通信協(xié)議棧，各層會(huì)在上一層的基礎(chǔ)之上附加本層的功能，這樣層層加碼下來(lái)，數(shù)據(jù)量急劇增加。CPRI協(xié)議在BBU和RRU之間傳輸?shù)奈锢韺訑?shù)據(jù)，不但包含了承載的數(shù)據(jù)，還含有大量物理層信息，并這些信息分到了各個(gè)天線(xiàn)之上，數(shù)據(jù)量非常巨大。
BBU和RRU/AAU之間的接口劃分：CPRI
如下圖所示，就是最為普通的20MHz帶寬的LTE載波，支持2x2MIMO，可支持150Mbps速率的數(shù)據(jù)流，處理到了CPRI這里，帶寬需求竟然達(dá)到了驚人的2.5Gbps！
CPRI接口的速率要求驚人
其實(shí)，上面例子中的的CPRI速率，在CPRI的世界中還算是很小的。在CPRI協(xié)議的6.1版本中，定義了9個(gè)選項(xiàng)，最大速率可達(dá)12Gbps。
CPRI選項(xiàng)速率表
這么大的數(shù)據(jù)速率，到底用啥線(xiàn)纜來(lái)傳呢？這就要輪到光纖出場(chǎng)了。光纖，即是把光信號(hào)在極細(xì)的玻璃纖維中傳播，速度快，硬件本身幾乎沒(méi)有帶寬的限制，還很便宜。
光纖
怎么樣把BBU和RRU這倆處理電信號(hào)的設(shè)備用光纖連接起來(lái)呢？這就需要能把電信號(hào)和光信號(hào)互相轉(zhuǎn)換的光模塊了。光模塊支持的速率和傳輸?shù)木嚯x是有上限的，速率越高，傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)就越貴。
光模塊
在2/3/4G網(wǎng)絡(luò)中，一般CPRI接口使用10Gbps的光模塊就夠用了。
這種分布式架構(gòu)，把粗長(zhǎng)硬的饋線(xiàn)換成了細(xì)軟輕的光纖，站點(diǎn)功耗大幅降低，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本自然也就降下來(lái)了。
饋線(xiàn)和光纖的對(duì)比
并且，在4G時(shí)代，由于MIMO技術(shù)的需要，每個(gè)基站都要連接多個(gè)頻段多個(gè)端口的天線(xiàn)。比如要實(shí)現(xiàn)4x4 MIMO，如果RRU不上塔的話(huà)，每個(gè)扇區(qū)就需要4根饋線(xiàn)，對(duì)于一般的3扇區(qū)站點(diǎn)，就需要12根，不但要考慮鐵塔能否承受，工程安裝成本也很高。如果要增加頻段，那就不得不加合路器，使信號(hào)的損耗進(jìn)一步增加。為了解決這些問(wèn)題，BBU和RRU分離的分布式基站成了4G的標(biāo)配。
這樣一來(lái)，由于協(xié)議上BBU和RRU可拉遠(yuǎn)的距離可達(dá)20公里，這就為把這整區(qū)域的多臺(tái)BBU一股腦放到一個(gè)大機(jī)房里集中管理提供了條件，各個(gè)基站上只安裝RRU，連機(jī)房都省了，進(jìn)一步減少維護(hù)成本。這種架構(gòu)就叫做C-RAN（集中式無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)）。
C-RAN架構(gòu)對(duì)于光纖資源的要求很高
雖然C-RAN是一個(gè)非常好的構(gòu)想，在4G階段卻沒(méi)有發(fā)展起來(lái)，因?yàn)檫@種架構(gòu)對(duì)于光纖資源的數(shù)量要求太高，每個(gè)站點(diǎn)都要有到BBU集中機(jī)房的光纖，這可不是RRU上塔幾十米那么簡(jiǎn)單，需要大量的挖溝埋纜工作，成本是非常高的。
03
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5G來(lái)了，基站君從CPRI到eCPRI的進(jìn)化
到了5G時(shí)代，為了支撐eMBB業(yè)務(wù)，基站發(fā)生了一些變化：
1.RRU演變成了集成超大規(guī)模天線(xiàn)陣列的Massive MIMO AAU
2.載波帶寬大幅擴(kuò)展，Sub6G載波需要支持100M帶寬，而毫米波需要支持400M的載波帶寬
3.基站所需承載的數(shù)據(jù)流量達(dá)到了10Gbps的級(jí)別
這些變化，對(duì)CPRI的接口提出了更高的要求，我們先來(lái)看看5G對(duì)CPRI口速率的需求：
5G對(duì)CPRI接口的速率要求
還沒(méi)輪到毫米波上場(chǎng)，僅在5G最為主流的100M帶寬和64天線(xiàn)的配置下，CPRI口的速率需求就飆升到了172.8Gbps！隨之飆升的是高速光模塊帶來(lái)的成本飆升，對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)這無(wú)疑是難以接受的。
在這樣的背景下，CPRI協(xié)議的升級(jí)版，能大幅降低前傳帶寬的eCPRI標(biāo)準(zhǔn)就呼之欲出了。
eCPRI的設(shè)計(jì)思路很簡(jiǎn)單，既然通信協(xié)議棧上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會(huì)層層加碼，越到物理層數(shù)據(jù)量越大，那就如上圖所示，把在BBU上處理的數(shù)據(jù)上移一層（High Phy往上的BBU處理），下面的交給RRU去處理（Low Phy往下的RRU處理），這樣BBU和RRU之間的數(shù)據(jù)量就少了，代價(jià)是RRU的復(fù)雜度提升。
eCPRI接口的定義
別看這一步變化貌似不大，卻對(duì)減少eCPRI口上的數(shù)據(jù)量的作用極大。以前面所說(shuō)的100M載波帶寬加64天線(xiàn)為例，采用CPRI協(xié)議需要172.8Gbps的光口速率，而如果變更為eCPRI的話(huà)，僅需要24.3Gbps的光口速率，帶寬僅為原先的14%。
這樣一來(lái)，5G前傳的壓力是不是一下子就小多了？延續(xù)4G時(shí)代C-RAN的夢(mèng)想，乃至無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的云化也可以期待了。
5G的三大場(chǎng)景
為了5G的夢(mèng)想，基站君就是這樣在默默地醞釀著自身的變革，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲。
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