5G基站

5G基站

5G基站是5G網路的核心設備,基站的架構、形態直接影響5G網路的部署策略。在目前的技術標準中,5G的頻段遠高於當前的2G和3G,5G頻段的特點也決定著在達到3G覆蓋質量的情況下,5G的基站密度將更高。

基本介紹

  • 中文名:5G基站
  • 外文名:5G Base Station
  • 特點:密度高等
  • 關鍵技術:MR技術等
  • 測試方法:OTA測試等
  • 所屬領域:通信技術
建設現狀,邏輯架構,關鍵技術,MR技術,64QAM技術,抗干擾技術,大規模MIMO技術,測試方案,

建設現狀

5G技術雖然沒有大規模商用,但是在美國、日本、歐洲以及中國開始部署於大中城市,比如我國的上海、深圳、杭州等,已經開始小規模部署5G基站,提供5G通信傳輸服務。5G基站採用了多輸入多輸出、高頻通信、超密組網等技術,加大了天饋系統的安裝難度,同時還增加了基站點數量,因此5G基站建設過程中環境評估評測成為一個重要的內容。目前,我國工信部開始在一線城市選擇部署5G網路,預計到2020年,5G基站建設將會在全國範圍內迅速開展,中國移動、中國電信和中國聯通已經各自公布了5G商用計畫,並且率先在深圳和雄安新區部署5G網路,進一步加速了5G商用發展。

邏輯架構

5G基站主要用於提供5G空口協定功能,支持與用戶設備、核心網之間的通信。按照邏輯功能劃分,5G基站可分為5G基帶單元與5G射頻單元,二者之間可通過CPRI或eCPRI接口連線。
5G基帶單元負責NR基帶協定處理,包括整個用戶面(UP)及控制面(CP)協定處理功能,並提供與核心網之間的回傳接口(NG接口)以及基站間互連線口(Xn接口)。
5G射頻單元主要完成NR基帶信號與射頻信號的轉換及NR射頻信號的收發處理功能。在下行方向,接收從5G基帶單元傳來的基帶信號,經過上變頻數模轉換以及射頻調製、濾波、信號放大等發射鏈路(TX)處理後,經由開關、天線單元發射出去。在上行方向,5G射頻單元通過天線單元接收上行射頻信號,經過低噪放、濾波、解調等接收鏈路(RX)處理後,再進行模數轉換下變頻,轉換為基帶信號並傳送給5G基帶單元。

關鍵技術

5G基站建設組網多採用混合分層網路,這樣就可以保證5G網路的易管理、可擴展、高可靠性,能夠滿足5G基站的高速數據傳輸業務。同時由於5G主要是實現數據業務傳輸,因此5G基站需要適應高樓大廈、河流湖泊、山區峽谷的複雜套用環境,為了保證5G基站建設的良好性和完整性,下文簡要介紹5G基站建設的關鍵技術。

MR技術

MR是一種無線通信環境評估技術,其可以將採集到的信息傳送給網路管理員,由網路管理員評判報告的價值,以便能夠最佳化無線網路通信性能。MR技術套用包括覆蓋評估、網路質量分析、越區覆蓋分析、網路干擾分析、話務熱點區域分析和載頻隱性故障分析。MR可以渲染移動通信上下行信號強度,發現網路覆蓋弱盲區,不但客觀準確,還可以節省大量的時間、資源,能夠及時發現網路覆蓋問題,為網路覆蓋最佳化提供進一步的依據。MR可以實現24小時×7天實時數據採集,完成上下行無線網路質量分析,反映全網通話質量的真實情況,提高全網通話後續數據支持。無線網路建設時,如果越區覆蓋範圍過大,將會干擾其他小區通信質量,MR可以直觀地發現小區覆蓋邊界,判斷是否存在越區覆蓋,調整無線網路結構。話務熱點區域分析可以實現話務密度、分布和資源利用率指標分析,實現關聯性綜合分析,制定容量站點、擴容站點的精確規劃。

64QAM技術

64QAM能夠合理的提升SINR,針對5G網路進行科學規劃和設計,降低5G網路部署的複雜度,可以降低重疊覆蓋引起的同頻干擾及弱覆蓋問題,在滿足5G網路廣覆蓋的要求下,增加覆蓋的深度,提升5G網路的綜合覆蓋率,從而實現熱點區域連續覆蓋、無縫覆蓋,不僅能夠讓更多的用戶接入到5G網路,同時還可以享受到高質量的通信服務。64QAM在5G網路通信中的套用分為兩個步驟,分別是調製和解調。64QAM調製過程如下:64QAM能夠將輸入的6比特數據組成一個映射;多電平正交幅度調製生成一個64QAM中頻信號;並串轉換,將兩路並行碼流改變為一路串列碼流,可以增加一倍速率,碼流從2進制改變為8進制,接著可以輸出調製而成的RF信號。64QAM解調過程如下:5G網路傳輸信號時,由於受到自然環境或載波自身限制,信號傳輸難免受到噪聲干擾導致信號發生畸變,如果畸變很小則可以直接判斷為0或1,如果畸變比較嚴重,無法直接判斷信號,就可以採用硬判決和軟判斷方法,準確、快速的識別信號。

抗干擾技術

5G網路基站建設時需要部署大量的無線設備,這些無線設備的數量非常多,安裝部署地點也非常複雜,彼此之間就會產生相互干擾問題,造成干擾的原因主要包括設備本身存在故障,5G網路運行時頻道經常發射錯誤的信號,影響自身信號質量;5G網路設備安裝與配置嚴重不規範,影響5G信號發射的靈敏度。目前,5G網路干擾主要是指無線電干擾,這些干擾包括互調干擾、帶外干擾。因此5G基站建設時,設計、施工人員需要從源頭上解決信號存在干擾的問題,既可以保障信號的穩定性,也可以大大地提高控制管理效率。具體地,首先對基站無線電發射設備進行全電磁檢測,將可能的將設備自身造成的干擾降到最低;其次是定期加強對發電設備的檢查,一旦發現問題就及時進行處理,進而減少信號存在的干擾。

大規模MIMO技術

多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技術,亦稱為多天線技術,通過在通信鏈路的收發兩端設定多個天線而充分利用空間資源,能提供分集增益以提升系統的可靠性,提供復用增益以增加系統的頻譜效率,提供陣列增益以提高系統的功率效率,近20年來一直是無線通信領域的主流技術之一。目前,MIMO技術已被第三代合作夥伴計畫(The 3rd Generation Partnership Project,3GPP)的LTE/LTE-Advanced與電氣電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)的WiMAX等4G標準採納。但是,現有4G系統基站配置天線數較少(一般不超過8),MIMO性能增益受到極大限制。針對傳統MIMO技術的不足,美國貝爾實驗室的Marzetta於2010年提出了大規模MIMO(Massive MIMO或Very Large MIMO)概念。在大規模MIMO系統中,基站配置數十至數百個天線,較傳統MIMO系統天線數增加1~2個數量級;基站充分利用系統的空間自由度,在同一時頻資源服務若干用戶。
傳統MIMO到大規模MIMO的演變是一個從量變到質變的過程。由於大規模MIMO的基站天線數和空分用戶數較傳統MIMO有數量級增加,兩者在無線通信基本原理與具體方法上既有相同之處也存在較大差異。近幾年,在大規模MIMO的基礎理論、信道測量與建模、信道信息獲取、無線傳輸、實驗和測試等方面已取得了豐碩成果。大規模MIMO已通過了較為理想的實驗室驗證和更接近實際的外場測試,並獲得了符合預期的巨大性能增益。今後,各研發機構還會進一步開展組網驗證,為大規模MIMO未來在5G系統的商用奠定良好基礎。

測試方案

5G移動通信技術能夠滿足人們對於高速、大容量、高可靠、低時延等快速增長的移動通信業務的需求。而大規模MIMO有源天線技術作為5G移動通信的關鍵技術之一,它可以通過空間復用大幅度提升頻譜利用效率,結合新型編碼技術可以大幅度提升通信系統容量和通信速率。因此,大規模MIMO有源天線技術是目前5G移動通信基站所普遍採用的技術,但隨之而來的便是5G基站天線如何進行測試的問題。
對於傳統基站而言,天線與RRU(Radio Remote Unite,射頻遠程單元)是相互分離的,他們之間通過射頻線纜連線,相對獨立,性能互不影響,其各自的性能可以分別通過獨立測試進行檢驗。天線的輻射性能測試可以在微波暗室通過遠場或近場方式完成,無源天線的遠場或近場測試均是目前測試天線性能所廣泛採用的成熟的測試方法。RRU的射頻指標可以在實驗室通過傳導方式測量。
參考傳統基站測試方式,很容易提出把有源天線系統拆分成無源天線陣列和RRU兩部分分別進行天線輻射性能測試和射頻傳導測試的方案。事實上,根據實驗室測試經驗,“無源天線陣列+功分網路+信號源”所測得的波束賦形方向圖與5G基站有源天線一體化OTA(Over the Air,空口輻射)測試的結果並不一致。“RRU+耦合板”的射頻性能傳導測試結果與一體化OTA測得的射頻輻射指標也存在差別。原因在於對於5G基站天線而言,天線與RRU集成在一起,一方面電磁耦合、有源駐波等干擾因素不能完全消除;另一方面,有源天線的校準及幅相加權是通過各個射頻通道上的一系列有源器件配合完成的,與無源天線陣列通過無源的功分網路來進行幅相加權的方式差別很大。所以對於採用了大規模MIMO有源天線技術的5G基站而言,一體化OTA測試方式才能有效反映其性能指標。尤其到了毫米波頻段,頻段更高,設備尺寸更小,電磁干擾問題更加突出,拆分測試將會非常困難,只能採用一體化OTA測試方案。
2017年12月凍結的3GPP 5G新空口協定中已經寫入了關於5G基站的所有射頻性能指標的OTA測試規範,這意味著5G基站天線一體化OTA測試將會成為5G基站硬體性能測試的主要方案。然而目前射頻指標的OTA測試卻仍面臨著諸多困難。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們