基站及射频单元介绍
发表日期 : 2022-07-22

基站Base Station , 一般特指“公用移动通信基站”,简称BS,基站就是给手机提供信号的。 通常是由以下四部分组成的:

 

天馈系统:负责信号的发送和接收,包含天线和馈线;

射频单元:负责信号的生成和提取,我最重要的部分;

基带单元:负责信息的加工和处理,核心中的核心;

配套系统:为上述各个系统提供支撑,包含铁塔,机房,电源空调等设备。在2G、3G时代,基站分为两层结构。

 

 

到了4G LTE 时代,两层精简成一层,变成了单独的eNodeB.

 

 

以eNodeB为例,一般包括以下组成部分。

 

 

天馈系统:信号发射

大多数基站还是不需要专门造塔的,直接造在现有房顶上即可。

一般你看到房顶上有一排竖起来略微向下倾斜的板状物体,就是天线了。

在房屋稀少的地方,就会专门建挂基站用的通信塔,在铁塔的顶部,有一圈长方形板状的东西,就是天线。

 

 

天线是用来收发信号的。它可以把从射频单元送来的信号聚焦在正确的方向上发送给手机,甚至还能像手电筒的光束一样,用信号形成的电磁波束来随着手机移动,精准发射。

另外,它还可以感知并接收手机发来的微弱信号,并把这些信号收集起来发给射频单元来从中提取信息。

通常来说,一个基站包含三幅天线,每个向周边120度的方向发射信号,加起来就可以提供360度的无缝覆盖。

天线的底部的向下延伸的黑色线缆就是馈线,用来连接射频单元并传播电磁波到天线上,和天线一起组成了天馈系统

如下图类似空调外观

 

或者美化树,通常安装常在公园,树林等场景。

 

 

农村,高速公路,高铁,景区等场景基本都是铁塔,即大众所熟知的基站。铁塔一般都建得比较高,目的是为了覆盖更远。

 

 

城市里最常用的是美化罩,外观形式空调外机。

 

outdoor air conditioner

 

住宅小区常用射灯天线,主要安装在住宅楼顶,外观形似灯罩,实际是天线,主要覆盖小区住户。

 

 

还有一种主要是运用在车库,过道等室内环境的,专业名称为室内分布。 如下图

 

 

 

基站除了天线塔,还可以是下水道盖。

 

 

射频单元

沿着天线连接的馈线往下,我们可以看到藏在天线背后的银色盒子,这就是射频单元

 

 

通常射频单元被简称叫做:RRU,其英文为RRU (Remote Radio Unit) ,中文即为“远端射频单元”,或“射频拉远单元”。国内常简称为RRU,或RRH, RFU

为什么叫“远端”:因为射频单元 和后面要讲到的基带单元是一起配合工作的,但基带单元在铁塔底下的机房里,而射频单元却高高地挂在塔上,两者离得比较远。

 

 

射频单元(RRU) 主要负责无线信号的生成和提取。

信号的生成,就是把要发送的信息转化成电磁波,然后通过馈线传给天线,就可以发射到空气中了。
信号的提取,就是把天线接收到的几路微弱的手机信号合并起来,在通过各种办法去除干扰的影响,并从中提取出有用的信息发给基带单元去处理。

RRU 内部可以分成很多模块,分别负责 2G,3G,4G 甚至 5G信号的发送。

那么,体型庞大的铁塔上发这么多信号,功率会不会很大?

实际上,一个RRU的最大发射功率也就是80瓦,120瓦,160瓦 这些值。注意,这是峰值,一般情况下都不会配满,而且空闲时间发射的信号强度就更小了。

虽然从2G to 5G ,我们的技术越来越进步,能使用的频率越来越高,但是基站的辐射,却是在不断下降的。

原因就是基站尺寸变小了。

下图为2G时代 与5G时代 基站对比。

 

2G时代,一个基站要覆盖10公里内所有的信号,信号发射器的功率必须很大。

但是到了5G时代 ,频率高,波长短,绕射能力不足,一个基站控制的范围仅有100~300m,所以每一个基站都修的非常迷你,尺寸类似装文件的手提箱或路由器,可以装在杆子或者挂墙上,甚至下水道里。

这个5G基站的功率大概只有10瓦

我们国家对通讯基站的功率设定的标准非常严格,远远高于美国和欧盟标准,仅40微瓦/平方厘米,而日本和美国的标准,则是600微瓦, 欧洲为450微瓦/平方厘米。

机房

离开射频单元,沿着电源线一路向下,就到了一个基站最关键的部位—机房。

 

 

机房的作用就是为内部核心的设备:我的大脑,也就是基带单元来遮蔽风雨,提供电源,空调降温的。

基站通常都有一个机房,按具体需求室内或室外都会有。

机房的正常运转需要很多配套资源的支持。

  • 首先,电源系统。市电转换成直流电,以及应对突发情况的备用电源。
  • 其次,各基站之间的传输设备
  • 最后,散热系统也就是空调。BBU,电源,传输设备工作起来都要源源不断地散发热量,这些热量聚集起来导致温度升高,不及时散热,会使BBU工作异常。

基带单元:基站核心

基带单元,简称BBU(Base Band Unit)。

BBU的作用是完成原始信息的加工处理的,然后发送给RRU来生成无线电信号,再通过天线发送给手机了。反过来,手机发出的信号也是要通过天线接受进来,经过RRU的初步处理,最终到达BBU来提取信息。

BBU正面图

 

通常BBU都是放在室内(也就是机房里)。

机柜里通常还有机柜电源设备传输设备

BBU,RRU和天线是基站的核心部分,通过各部分协同工作,就能完成打电话,发短信,上网等通信功能了。

各个基站连成网状,就能实现无缝覆盖的通信服务。

 

 

 

直放站
直放站 看上去和RRU比较像。

直放站相当于一个信号中继器(Repeater),用于放大上下行 射频信号,用来解决信号盲区弱区的覆盖问题。

直放站主要是便宜,成本比一个基站要低很多。

现在,直放站不是很多见。

 

 

Repeater1Repeater2

 

 

 

室内分布系统

室内的信号覆盖一直是一个需要解决的问题,由于基站一般都建在楼顶,室外等高处,人一旦进了楼里,手机就容易没有信号,尤其是地下室、停车场、还有电梯等。

所以针对室内环境,会专门布设室内分布系统,简称“室分”

“室分”其实也就是信号的二次中继和增强覆盖,从信源(例如微蜂窝基站或直放站)接出馈线,然后到各个房间或通道,再利用天线发出信号。

 

 

 

 

和WiFi很像。

 

 

常见的如“室分”的全向吸顶天线:

 

 

或者室分还会用到板状定向天线,挂墙安装

 

Panel directional antenna

 

小型化基站

现如今,基站都在向小型化发展,也就是BBU+RRU合体

优点为不占空间,节能环保,部署方便快捷

或者RRU+天馈合体,也或者BBU+RRU+天馈三合体

 

诺基亚的“背包基站

 

家庭基站Femto,英文意思是“千万亿分之一,毫微微”,它是一种低功率小范围覆盖的家庭基站。尺寸等同于WiFi路由器。

 

Femto

 

 

中国铁塔

因为各大运营商如果自建基站,容易造成高昂的成本和资源浪费。

所以我国成立了中国铁塔”,专门负责基站站址方面的基础设施建设。

 

 

三大运营商向它租借站址,避免了重复建设和恶意竞争,优化资源利用。

 

基站共址图

 

 

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