基站君在努力地進(jìn)化

不論你是否能意識到，移動基站就位于我們身邊，默默地在為我們服務(wù)，越來越好的信號質(zhì)量就是明證。

基站君一直在默默地為我們服務(wù)

其實，為了讓信號變得更好，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，還你一個暢快的網(wǎng)絡(luò)。

奮斗的基站君

分布式基站的崛起，CPRI接口的輝煌

這不，5G要來了，為了迎接這新的時代，基站君正在默默地醞釀著一場大變身。

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，卻很難看到有什么大的變化。其實，這場變化從3G時代已經(jīng)開始，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時代基站的架構(gòu)。

1.天線：高高地掛在塔上。它也必須高掛在塔上，這是因為發(fā)射信號的需要。

2.機(jī)房：在塔下，必然有一個小房子，里面放著基站。

3.基站：就是發(fā)射無線信號的設(shè)備?；驹谶壿嬌戏譃锽BU和RRU兩部分。RRU負(fù)責(zé)信號收發(fā)，BBU負(fù)責(zé)信號處理。

4.饋線：連接天線和基站的，就是饋線了，這是一根又粗又硬又重的傳輸信號的管子。由于鐵塔一般情況下有個幾十米到100米高，所以這根管子也得幾十到100米長。然而信號的傳送是有損耗的，饋線越長損耗越大，可能從基站到天線，信號還沒發(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)這個損耗。

各種型號的饋線，塔越高，線越粗

5.配套設(shè)備。這些設(shè)備在圖里沒有畫出，主要包含這些：電源，電池，空調(diào)。電源自不用說，基站得有電才能工作；萬一停電了咋辦？那得有電池?fù)沃涣硗?，基站，電源，電池，這些設(shè)備擠在一個小房子里，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)最顯著的特點就是，復(fù)雜，費(fèi)電。然而在2G時代也就這么強(qiáng)忍了，3G時代，新的架構(gòu)已經(jīng)在萌芽，直到4G時代，這一切才有了徹底的改觀。

既然基站可以分為兩個模塊：發(fā)射信號的RRU和處理信號的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，跟天線放一起？這樣就不用很長的饋線連接了，損耗小了功耗自然也就降下來了，自然散熱就可以。這樣一來，機(jī)房里少了RRU這個散熱大戶，空調(diào)也就可以歇歇了。

分布式基站架構(gòu)

因為把基站拆成了兩塊分開工作，這樣的站點也叫分布式站點。這樣就涉及到了BBU和RRU的連接問題。到底BBU和RRU它們可以離得多遠(yuǎn)，之間的數(shù)據(jù)怎么傳，總得有個標(biāo)準(zhǔn)才行。

于是，在2003年，愛立信，諾西，阿朗，NEC，還有華為這幾個廠家一合計，搞出來了個叫做CPRI（通用公共無線電接口）的協(xié)議，大家都按著這個來搞。

CPRI

我們知道數(shù)據(jù)通過通信協(xié)議棧，各層會在上一層的基礎(chǔ)之上附加本層的功能，這樣層層加碼下來，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天線之上，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，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個選項，最大速率可達(dá)12Gbps。

CPRI選項速率表

這么大的數(shù)據(jù)速率，到底用啥線纜來傳呢？這就要輪到光纖出場了。光纖，即是把光信號在極細(xì)的玻璃纖維中傳播，速度快，硬件本身幾乎沒有帶寬的限制，還很便宜。

光纖

怎么樣把BBU和RRU這倆處理電信號的設(shè)備用光纖連接起來呢？這就需要能把電信號和光信號互相轉(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)，把粗長硬的饋線換成了細(xì)軟輕的光纖，站點功耗大幅降低，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本自然也就降下來了。

饋線和光纖的對比

并且，在4G時代，由于MIMO技術(shù)的需要，每個基站都要連接多個頻段多個端口的天線。比如要實現(xiàn)4x4 MIMO，如果RRU不上塔的話，每個扇區(qū)就需要4根饋線，對于一般的3扇區(qū)站點，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，使信號的損耗進(jìn)一步增加。為了解決這些問題，BBU和RRU分離的分布式基站成了4G的標(biāo)配。

這樣一來，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BBU一股腦放到一個大機(jī)房里集中管理提供了條件，各個基站上只安裝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（集中式無線接入網(wǎng)）。

C-RAN架構(gòu)對于光纖資源的要求很高

雖然C-RAN是一個非常好的構(gòu)想，在4G階段卻沒有發(fā)展起來，因為這種架構(gòu)對于光纖資源的數(shù)量要求太高，每個站點都要有到BBU集中機(jī)房的光纖，這可不是RRU上塔幾十米那么簡單，需要大量的挖溝埋纜工作，成本是非常高的。

5G來了，基站君從CPRI到eCPRI的進(jìn)化

到了5G時代，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的級別

這些變化，對CPRI的接口提出了更高的要求，我們先來看看5G對CPRI口速率的需求：

5G對CPRI接口的速率要求

還沒輪到毫米波上場，僅在5G最為主流的100M帶寬和64天線的配置下，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的成本飆升，對運(yùn)營商來說這無疑是難以接受的。

在這樣的背景下，CPRI協(xié)議的升級版，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)計思路很簡單，既然通信協(xié)議棧上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會層層加碼，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，卻對減少eCPRI口上的數(shù)據(jù)量的作用極大。以前面所說的100M載波帶寬加64天線為例，采用CPRI協(xié)議需要172.8Gbps的光口速率，而如果變更為eCPRI的話，僅需要24.3Gbps的光口速率，帶寬僅為原先的14%。

這樣一來，5G前傳的壓力是不是一下子就小多了？延續(xù)4G時代C-RAN的夢想，乃至無線接入網(wǎng)的云化也可以期待了。

5G的三大場景

為了5G的夢想，基站君就是這樣在默默地醞釀著自身的變革，潤物細(xì)無聲。

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