移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展驅(qū)動基站架構(gòu)持續(xù)演進，介紹了基站架構(gòu)及形態(tài)的發(fā)展歷程并分析了基帶單元與射頻單元的硬件架構(gòu)，探討了基站架構(gòu)的未來演進趨勢，重點闡述了面向5G的基站新架構(gòu)及面臨的挑戰(zhàn)。

前言

在無線業(yè)務(wù)寬帶化、多樣化發(fā)展的驅(qū)動下，移動通信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從2G、3G到4G的發(fā)展歷程，網(wǎng)絡(luò)的容量與性能持續(xù)提升。基站作為無線側(cè)核心設(shè)備，其硬件架構(gòu)也在隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展不斷演進。

基站設(shè)備由基帶單元與射頻單元組成，基帶單元提供基帶協(xié)議處理及基站系統(tǒng)管理等功能，射頻單元負責射頻信號的收發(fā)處理。隨著網(wǎng)絡(luò)制式的演進，基站架構(gòu)經(jīng)歷了從基帶射頻集中、基帶射頻分離到多模一體化這樣一條演變路徑。其中，基帶單元從GSM時代的系統(tǒng)機柜化發(fā)展到系統(tǒng)機框化、板卡化再到多系統(tǒng)板卡化，集成度不斷提高，基帶單元所支持的載波數(shù)、吞吐量、信令規(guī)格等基帶處理能力也逐步增強。射頻單元的演變體現(xiàn)為性能更優(yōu)、體積更小、通道數(shù)更多，從早期GSM的窄帶單密度、雙密度系統(tǒng)發(fā)展到寬頻系統(tǒng)，單模塊可支持大帶寬、多扇區(qū)、多制式，射頻通道數(shù)也由1T2R、2T2R發(fā)展為4T4R，并向著Massive MIMO演進。

基站架構(gòu)分析

1.1 基站形態(tài)的演變

隨著基站架構(gòu)的演變，基站設(shè)備形態(tài)也經(jīng)歷了機柜式宏基站、分布式基站、多模基站這幾個發(fā)展階段。在GSM時代，基站的形態(tài)主要以機柜式宏基站為主，采用基帶射頻一體化架構(gòu)，射頻單元和基帶單元共同放置在機柜內(nèi)，射頻饋線從機房拉到天面，其特點為集成度低、功耗高、施工復雜、部署靈活性差。

為了提高組網(wǎng)靈活度，降低工程復雜度，基于基帶射頻分離架構(gòu)的分布式基站逐步成熟，基站設(shè)備分化為BBU與RRU，BBU放置在機房，RRU上塔，BBU和RRU之間通過光纖連接。基帶射頻分離使得機房占地面積減小，射頻饋線損耗降低，提升了射頻覆蓋效率。

隨著LTE的引入，運營商面臨著多制式網(wǎng)絡(luò)共存的情況，同一站址存在2G、3G、4G多種無線技術(shù)，為了避免重復投資、降低網(wǎng)絡(luò)部署及維護成本，出現(xiàn)了多模基站，改變了一個制式一套基站設(shè)備的模式。多模基站采用多模BBU與多模RRU的分布式架構(gòu)，多模BBU在同一套硬件平臺上同時支持多種接入技術(shù)，支持多制式共機框或共板卡，多模RRU則可在連續(xù)的瞬時工作帶寬內(nèi)通過軟件配置同時支持多制式，完成對多制式射頻信號的收發(fā)處理。

1.2 基帶單元的硬件架構(gòu)

基帶單元（BBU）負責集中控制與管理整個基站系統(tǒng)，完成上下行基帶處理功能，并提供與射頻單元、傳輸網(wǎng)絡(luò)的物理接口，完成信息交互。按照邏輯功能的不同，BBU內(nèi)部可劃分為基帶處理單元、主控單元、傳輸接口單元等，如圖1所示。其中，主控單元主要實現(xiàn)基帶單元的控制管理、信令處理、數(shù)據(jù)交換、系統(tǒng)時鐘提供等功能；基帶處理單元用于完成信號編碼調(diào)制、資源調(diào)度、數(shù)據(jù)封裝等基帶協(xié)議處理，提供基帶單元和射頻單元間的接口；傳輸接口單元負責提供與核心網(wǎng)連接的傳輸接口。BBU采用機框結(jié)構(gòu)，框內(nèi)劃分為多個槽位，每個槽位可插入一塊板卡。板卡分為不同類型，分別用于實現(xiàn)BBU內(nèi)各邏輯功能。上述各邏輯功能單元可分布在不同的物理板卡上，也可以集成在同一塊板卡上。BBU的物理形態(tài)分為2類：基帶主控集成式、基帶主控分離式。對于基帶主控集成式BBU，主控、傳輸、基帶一體化設(shè)計，即基帶處理單元與主控單元、傳輸接口單元集成在一塊物理板卡上，該架構(gòu)具有更高的可靠性、更低的低延、更高的資源共享及調(diào)度效率，同時功耗更低。對于基帶主控分離式BBU，基帶處理單元與主控單元分布在不同的板卡上，對應于基帶板、主控板，分離式架構(gòu)支持板卡間自由組合、便于基帶靈活擴容。

圖1 基帶單元的邏輯架構(gòu)

BBU支持多制式共平臺時，按照多制式資源共享模式的不同，可分為共機框、共主控板、共基帶板3類。共機框情況下，不同制式的系統(tǒng)使用獨立的基帶板與主控板，混插在同一機框內(nèi)，共享電源、傳輸、同步等。共主控和共基帶是在共機框的基礎(chǔ)上，不同制式的系統(tǒng)共享相同的主控板、基帶板。

1.3 射頻單元的硬件架構(gòu)

射頻單元（RRU）通過基帶射頻接口與BBU通信，完成基帶信號與射頻信號的轉(zhuǎn)換。RRU的硬件架構(gòu)如圖2所示，主要包括接口單元、下行信號處理單元、上行信號處理單元、功放單元、低噪放單元、雙工器單元等，構(gòu)成下行信號處理鏈路與上行信號處理鏈路。其中，接口單元提供與BBU之間的前傳接口，接收和發(fā)送基帶IQ信號，采用CPRI協(xié)議或OBSAI協(xié)議；下行信號處理單元完成信號上變頻、數(shù)模轉(zhuǎn)換、射頻調(diào)制等信號處理功能；上行信號處理單元主要完成信號濾波、混頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換、下變頻等功能；功放及低噪放單元分別對下行及上行信號進行放大；雙工器支持收發(fā)信號復用并對收發(fā)信號進行濾波。

圖2 射頻單元的邏輯架構(gòu)

對于多通道RRU，比如2T2R RRU，內(nèi)部存在2條相同的信號處理鏈路，完成對2路信號的上下行信號處理及收發(fā)。對于多模RRU，要求接口單元、上下行信號處理單元可支持對多制式信號的處理，功放、雙工器、低噪放等模擬器件要求支持更大的瞬時工作帶寬。

面向5G的基站架構(gòu)演進