关于5G基站的几个问题

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一、4G和5G基站有哪些不同

从外形上看，5G的AAU（RRU和天线一体化单元）和4G的3D-MIMO AAU好像没有什么不同，都采用了多射频通道和多天线技术。从下图可以看到，二者主要的差别是5G将原本在BBU处理的部分物理层下放到了AAU。这主要的目的是为了降低IR口（RRU-BBU之间的接口）的前传带宽压力。即，4G的IR口传递的是I/Q复数符号，而5G只是传递实数符号，加上必要的控制开销，相当于5G对IR口的传输带宽做了大约2.2倍的压缩。

图1 4/5G AAU对比

二、未来天面有什么变化

5G建网初期，很多站点就同时存在2/3/4/5G的基站设备，如何有效整合，使一个物理设备可以同时提供多种网络制式，不但可以减少基站的连线，而且可以降低基站的总重量。

         以某地移动网络为例，一个可能的单站设备组成是：

（1）BBU：1个BBU同时提供2/4/5G网络的基带功能；

（2）RRU：3×3个RRU，1个900MHz频段的RRU可用于GSM900/NB-IoT/FDD900，1个1800MHz频段的RRU可用于GSM1800/FDD1800，1个1900和2100MHz频段的RRU可用于TDD F和A。

（3）天线：2×3个天线/AAU，1个为4+4+8端口的多频独立电调的天线；1个为D频段的AAU可同时用于4G和5G。

         即需要2个平台和6个抱杆，这与当前的天面空间需求是一样的，只是重量增加了。如果按照过于的租赁计费模型，建设5G好像跟铁塔没太大关系。注：室分要么直接馈入信源，要么采用新型数字化室分，更没铁塔什么事。

图2 4/5G基站组成与连接图

图3 典型5G AAU的设备参数

1、重量问题

如上所述，天面上将有9个RRU，3面4+4+8的大天线和3个AAU，其总重量大约为750kg，相当于10个成年男性的重量。

2、供电问题

（1）功率需求大增：5G S111配置功耗约需4000w，同时考虑满足2/4G设备的供电需求，约需总功率6000W左右。单个站点同时承载三家运营商的全部设备，功率不会低于18kW。如此大的功率对开关电源和空气开关的数量、电流、线径都会提出新的要求。

         在大量民用电里，电压只有220V，电流一般不超过50A，同时为三个运营商的多套设备供电问题是非常突出的。一个可能的解决办法就是随RRU增加一块刀片电源（铁锂电池）在用电高峰时与市电同步放电增加功率，在用电低谷时反向充电。

（2）散热问题突出：如上图x，单个RRU的最大功率为1264w，能效比为3，那么AAU的热能有843w。根据斯特潘-波尔兹曼定律，这相当于76度黑体的辐射功率。而AAU设备的工作温度不超过55度，因此对器件的散热能力提出了很高的要求。为了解决散热问题，有些设备的重量和体积会做得比较大，多看看背后，能发现好多文章。

图4 某公司AAU的背面视图

（3）直流供电：传统的RRU挂在抱杆下部，抱杆本身就是一个很好的避雷措施。5G的RRU将置于抱杆的顶端，为避免雷击和导电，必须采用直流供电（交流供电电源线容易引发感应雷入侵机房）。直流供电电源线的长度与电压有关，电压越高距离越长，因此未来很可能采用最高的57V来供电，但长度一般也不超过100米。

三、为什么不需要100GE光模块

如前文《简要解读中国移动5G设备技术规范》所述，一个100MHz&64通道的5G载波，CPRI口需要的速率带宽是314.57Gbps，采用3.2倍压缩技术，将带宽最终压缩到98.3Gbps，因此一个100GE的光模块也可以满足要求。

为解决前传带宽剧增的问题，在原CPRI接口协议的基础上，定义了eCPRI接口协议，传输底层承载修改为以太网，目前最新的版本为v1.1。与CPRI承载基带I/Q信号不同，eCPRI承载PDU（具体到Ie为经过LDPC编码的码块组（CBG）），因此传输带宽可以减少12倍（主要来自I/Q分量2倍，层映射4倍和预编码等）以上。

图 5 eCPRI分割位置

图中Ie位置为eCPRI的分割点，I1为CPRI的分割点。下表为典型小区配置下的eCPRI接口线速率需求。

对于中国移动而言，一个D频段AAU将来最大可以开启1个100MHz&64通道的NR载波和3个20MHz&64通道的LTE3D-MIMO载波，因此需要2个25GE的eCPRE接口即可。

四、总结

说点题外话，AAU里头难度最大的是高效率功放、小体积滤波，高精度DAC/ADC、FPGA芯片和64个通道与192个阵子之间的焊接工艺。这些都是很有技术含量的东西，遗憾的是，大部分元器件都在美国TI、ADI、Qorvo、xillinux等公司手里，我们是真的玩不起。