首先,5G网络架构中的基站,也就是我们常说的无线接入网(RAN),是整个网络的核心。基站的架构包括多个部分,如基带单元(BBU)和射频单元(RRU)。
在3G时代,基站采用了BBU和RRU分离的架构,这种基站被称为分布式基站。其中,BBU负责信号处理,而RRU则是天线系统和基带处理单元之间的桥梁。RRU可以将天线接收到的射频信号转换成光信号,传输给BBU;反之,也可以将BBU传来的光信号转换成射频信号,通过天线发送出去。
随着技术的发展,5G网络将RRU和天线集成在一起,形成了AAU(有源天线单元)。相比于RRU,AAU不仅集成了天线功能,还增加了部分BBU的物理层功能。这意味着,AAU的体积更大、重量更重、耗电量更高。
5G基站架构相比4G有显著变化。4G基站主要由BBU、RRU、馈线和天线组成。而5G基站则由CU(集中单元)、DU(分布单元)和AAU三个功能实体构成。CU负责处理非实时协议和服务,而DU则下沉到AAU处,一个CU可以连接多个DU。
在5G网络中,根据CU和DU的部署情况,会出现不同的网络部署形态。例如,当CU和DU分开部署时,就需要在CU和DU之间建立“中传”承载网。此时,承载网从原来的前传和回传两部分变成了三部分:前传、中传、回传。
“前传”发生在AAU和DU之间,主要涉及信号从天线传输到DU的过程;“中传”发生在DU和CU之间,涉及信号从DU传输到CU的过程;“回传”则发生在CU之上,主要涉及信号从CU传输到核心网的过程。
总的来说,5G网络的“前传”、“中传”和“回传”三个概念分别代表了信号在不同阶段的传输路径。了解这三个概念,有助于我们更好地理解5G网络架构及其工作原理。随着5G技术的不断发展,这些概念也将继续在未来的通信网络中扮演重要角色。要理解 5G网络之「前传」、「中传」与「回传」,下面将从5G移动通信的逻辑架构图说起。
基站架构
基站机构图如上,由OFweek光通讯网所制
3G时代,出现了基带单元和射频单元分离的基站,这种基站也被称为分布式基站,基带部分被称为BBU,而射频单元被称为RRU。
射频单元全称“射频拉远单元”Remote Radio Unit,是天线系统和基带处理单元沟通的中间桥梁。
射频拉远单元分成近端机即无线基带控制(Radio Server)和远端机射频拉远(RRU)。
接收信号时,RRU将天线传来的射频信号经滤波、低噪声放大、转化成光信号,传输给BBU;发送信号时,RRU将从BBU传来的光信号转成射频信号通过天线放大发送出去。
RRU与RS二者之间通过光纤连接,其接口是基于开放式CPRI或IR接口,可以稳定地与主流厂商的设备进行连接。
RS可以安装在合适的机房位置,RRU安装在天线端,将以前的基站模块的一部分分离出来,通过将RS与RRU分离,可以将烦琐的维护工作简化到RS端。
一个RS可以连接几个RRU,既节省空间,又降低设置成本,提高组网效率。同时,连接二者之间的接口采用光纤,损耗少。
3G网络使用分布式基站架构,RRU(射频拉远模块)和BBU(基带处理单元)之间需要用光纤连接。一个BBU可以支持多个RRU。采用BBU+RRU多通道方案,可以很好地解决大型场馆的室内覆盖。
4G与5G架构之异构
一个4G基站通常包括BBU、RRU、馈线及天线。
BBU(室内基带处理单元“Building Base band Unite”,3G网络大量使用分布式基站架构,主要负责信号调制当一些BBU被统一的放在一个机房之内,则组成了BBU池。)
RRU(主要负责射频处理)
馈线(连接RRU和天线)
天线(主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换)。
天线系统:主要进行信号的接受和发送,是基站设备与终端用户之间的信息能量转换器。
基带处理单元BBU:完成信道编解码、基带信号的调制解调、协议处理等功能,同时需要提供与上层网元的接口功能。
5G时代,不仅仅是RRU和天线集成到了一起变成了AAU,而且BBU的物理结构也由于5G改变的网络框架而演变成了CU(集中单元)和DU(分布单元)。
BBU的部分物理层功能,被设计到了AAU之中,因此和RRU相比,AAU不仅仅是多集成天线部分的功能,还多了部分BBU物理层的功能。
AAU比RRU多了天线的功能以及部分BBU的功能。且它的体积更大,面积更大,重量更重,耗电也会更大。
5G与4G基站机构不一样,5G基站包括有集中单元CU(Centralized unit)、分布单元DU(Distribute Unit)和有源天线单元AAU(Active Antenna Unit)这3个功能实体:
CU:原BBU的非实时部分将分割出来,重新定义为CU,负责处理非实时协议和服务。
如图所示
AAU(有源天线处理单元)是5G网络框架引入的新型设备,和RRU(射频拉远单元)有功能上的区别。
5G之所以出现了AAU,其实是因为5G引入了Massive MIMO这个技术。
Massive MIMO是多入多出技术,支持大规模的多入多出。可以比拟成公路,如果让公路上跑更多的车,就需要更多的车道。
RRU上的馈线接口也就越多,而这样工艺的复杂度也就越来越高。
5G之中,将RRU和原本的无源天线集成为一体(集成天线),也就形成了最新的AAU(有源天线处理单元),所以AAU的体积和重量都要大于RRU,耗电量也有比较大的增加,价格也要贵了许多。
如下图:BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。
如图所示
5G承载:对于无线接入网,依据5G提出的标准,5G的基站重构为AAU、CU和DU三部分,其中,CU和DU可以合一部署,也可以分开部署,
图为中兴通讯最常见的模型
完全根据场景和需求确定,会出现多种网络部署形态:
图由OFweek光通讯网所制
5G移动通信的逻辑架构图:手机-接入网-承载网-核心网-承载网-接入网-手机
当CU和DU分开部署时,就需要在CU、DU之间“中传”承载网。也就是说,承载网从原来的前传和回传两部分变成了三部分:前传、中传、回传。
前面说那么多就是铺垫,现在总结精华:
DU与CU
4G基站在内部分为BBU,RRU和天线,每个基站都有一个BBU,并通过BBU直接连到核心网。
5G中将RRU和天线合并成AAU,把BBU分离成CU和DU,DU下沉到AAU处,一个CU可以连接多个DU。
前传:发生在AAU和DU之间。
中传:发生在DU和CU之间。
回传:发生在CU之上。