2G到5G无线基站关键技术的演进与现状

1 绪论

1.1无线基站关键技术的研究背景

1.1.1基站出现的原因

近年来，无线基站的发展非常迅速，但在这种快速发展中存在一些问题。其中最突出的就是技术。如何利用新的材料和技术来解决网络维护、数据流控制等关键环节的问题，是当前科研人员关注的话题;另一个重点是升级或升级现有的软件系统，以适应更多不同的应用场景;最后一点是提高终端设备的性能，例如，增加或减少接口集成模块等可以提高基站的技术水平。

在20世纪80年代，有人提出第一代移动通信技术（1G）是指最初提出的仅语音蜂窝电话规模。我们都知道，信息的传递需要媒介，就像古代的烽火狼烟需要各种哨兵来传递信息一样，所以诞生了一个基站，容易传递信息。

基站的核心是悬挂在上面的天线和地面上的房间设备。理论上一个GSM基站（2G）可以覆盖35公里，但实际上在市区，由于客流量大，基站为了避免基站与单个基站容量饱和之间的干扰，规划的覆盖间隔是照常在100-200米之间;在郊区，由于交通量相对较小，单个基站覆盖距离较远，一般可以覆盖半径约3公里。

1.1.2基站的作用

基站的核心设备是BBU（基带处理单元）、RRU（射频拉远模块）和天线，通过基站，将无线设备端的信号需求，通过光纤，传输到汇聚机房，实现数据的上传和下载。 通俗些说，基站可看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收和发送处理。 一般情况下在某个区域内，多个子基站和收发工作站（手机）相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制手机与手机之间的信号相互传送和接收，来达到移动通信信号的传送。

无线基站是特殊的网络设备，用于某些行业，如地铁、隧道、海域、人防等应急环境下，提供无线网络覆盖的解决方案。它的体积很小，容易携带，可以灵活安装具有操作简单的特点。维护成本比普通宏基低很多，但覆盖范围有限，只能在指定的某一地区提供网络信号服 ，他是在统一的一个平台系统上实现多种功能，既满足了特殊市场的需求，又可以对普通基站覆盖不到的地方进行补充。

1.2无线基站关键技术的研究目的及意义

随着人们生活水平的不断提高,对移动运营商来讲,在一个收集铺设前期采取覆盖广、容量密度低的设备进行建网,以到达花销最小化、效益最大化的目标,用户受到优良的收集服务。在原有收集的基础上用户的不断增添和营业需求的不断扩充,网路也必需要不断地调剂。跟着4G 移动通信收集技术的逐步成熟，当前社会上的移动通信收集用户数量也大大增加。与此同时，当古人们对收集速率的请求也产生了较大转变。而5G网络技术的研发就是在这类情况下被提出的，无线基站关键技术的研究也是如此，其研发意义在于用户对网络通讯速率的请求，并为更多的用户提供高质量的移动通讯方式。

通讯基站已从以往的2G时期发展到了此刻的4G甚至5G时期，营业范围不断增添，单个基站的覆盖规模基本上只能到达200到300米。因为人们大众对无线基站并无一个准确的概念。大家日常生活中接触比较多的都是裸露在外面的基站杆塔和天线部分，只有在天线和杆塔布置过程中融入更加先进的设备和科技才能更好地保证其后期使用过程的可靠性和安全性，促进设计单位、运营商和施工单位的和谐发展。

2 基站概述

2.1基站定义

基站的全称是公共移动通信基站，英文名称是Base Station，它是无线电工作站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电工作站。基站是构成我们通信中每个蜂窝基站的最基本单元简单地说，基站就是用来保证我们的手机可以随时随地移动保持信号，可以保证来电和收发信息等需求。我们在日常生活中看到的高大尖塔顶部带有运动标志的设备是一个基站。如下图“如图2-1所示”

图2-1铁塔基站

2.2基站分类

根据功率来划分，无线基站的种类可以分为四类。分别是宏基站、微基站、皮基站和飞基站。飞基站功率最小，覆盖范围自然最小。微基站、皮基站和飞基站，通常合称为“微小站”。皮基站和飞基站是比微基站更小的基站，通常合称为“皮飞站”。

2.2.1宏基站

宏基站也被称为宏站，英文名称是Macro site。宏基站功率最大，覆盖最大。标准的宏基基站是我们平时看到的铁塔，它非常大，同时用户数量也非常大，宏基基站的覆盖范围一般在10公里左右。塔本身的结构考虑了风荷载，独立的塔结构和拉线桅杆结构。

2.2.2微基站

微基站简称为微站，在英语中称为Micro site。微型基站是一种小型化基站，单载波传输功率在500mW-10W之间，覆盖半径50-200米，常安装在各种建筑物和密集区域，这种基站体积小，覆盖面积小，承载的用户很少，远远小于宏基基站。由于室外条件恶劣，该基站的可靠性远远低于宏基基站，维护难度较大。

2.2.3皮基站

皮基站被命名为Pico Site，是Pico Station的缩写。你可以从名字上看出它是一个比微型基站小的基站，其实比微基站小得多，所以用Pico（微微）这个词来反映差距。皮基站单载波传输功率在100mW-500mW之间，覆盖半径仅为20-50米。

2.2.4飞基站

飞基站又称纳米站，家庭级小型基站，通过家庭宽带接入。它是四种基站中最小的，单载波传输功率低于100mW，覆盖半个10-20m。通常安装在室内墙壁、屋顶和桌面上。

2.2.5基站组成

BBU，基带处理单元，主要负责信号调制。RRU是远端射频单元，主要负责射频处理。馈线，负责连接RRU和天线。天线主要负责电缆上的先导波与空中空间波之间的转换。

2.2.6BBU、RRU

室内基带处理单元（BBU）的功能是完成UU接口的基带处理功能（编码、复用、调制和扩频等）、RNC 的Iub接口功能、信令处理、本地和远程操作维护功能，以及NodeB体系的状态监控和告警信息上报功能。

射频拉远模块（RRU）的功能是收发信机模块完成中频信号到射频信号的变换；再经过功放和滤波模块，将信号经由过程天线口发射出去。

射频拉远单元(RRU)分为 4个大模块：中频模块、收发信机模块、功放和滤波模块。 数字中频模块用于光传输的调制解调、数字上下变频、A/D 转换等。

3G 网络大量利用分布式基站架构，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 可以连接多个 RRU。 采取 BBU+RRU 多通道方案,可以很好地处理大型场馆的室内覆盖。

BBU与 RRU 之间采取光纤传输，RRU 再经由同轴电缆及功分器(耦合器)等连接至天线，即骨干采取光纤，支路采用同轴电缆。 BBU+RRU的 TD 分布系统，小区设定是在 BBU的控制板子上，一个 BBU后边可能连接几个 RRU，但是并不是每个 RRU就是一个小区。

2.2.7天线

我们知道，通信、雷达、导航、传输、电视等无线电设备通过过程无线电波传输信息。天线实际上是一种转换器，它可以将传输线上的导电波与非介质电磁波进行转换。 1983年使用的全向天线可以覆盖所有方面，但覆盖范围很小，例如30米。1989年，它的覆盖范围进行了优化，因此出现了定向天线，因为定向天线只能在固定方向（角度）上通信，所以能量集中，覆盖的方向行进距离更远，但非定向基本没有信号。1997年，出现了双极性天线，可以有效控制覆盖范围，是减少同频干扰，提高手机信号接收效果的方法之一。2001年，开发了电/遥调天线，电调制/远调天线可以电子调节下倾角，可以减少呼叫损失和干扰。2003年，多频段天线的优势在于多频段，其适应性和可扩展性，它能利用多频段技术减少相互干扰的影响。到目前为止，我们使用的天线是LTE-MIMO天线，MIMO（多输入，多输出）无线系统可以同时发送多个无线流。此外，MIMO能够利用多路径传播通信系统设计中的突破性技术，在同一信道中同时发送和接收多个数据信号。

2.2.8馈线

馈线是将射频单元连接到天线的电缆，它是信号传输的信道。不同直径的馈线用于天线和射频单元之间的不同距离。阻抗与长度成正比，与面积成反比。馈线按直径分类，提供以下类型：1/2 英寸电缆、7/8 英寸电缆、5/4 英寸电缆和 13/8 英寸电缆“如表2-1馈线类型”所示。为了保护设备并促进移动，1/2软馈线通常靠近天线和RF端，称为跳线。

表2-1馈线类型

馈线连接器，也称为连接器（通常称为连接器），通常使用可拆卸的RF连接器连接到设备和不同类型的电缆。其效果是有时馈线不够长，需要延长馈线或馈线来连接设备，需要连接器转换。 连接器，也称为传送带，在通信传输系统中用于连接器和连接器之间的连接，并充当到连接器的传输。公头和母头的区别：一般的公头连接器通过内螺纹连接，而母连接器通过外螺纹连接器连接，但少数连接器是相反的，称为反连接器;还有一种简单的区分方法：雄性头部中间有一根针，外围活跃;母头的中间是一根环管，外围有螺纹，不能动。一般来说，在连接两个馈线时，需要使用母头，此时母头不是连接器件;一般设备自带的头是母头，馈线是公头，馈线连接器直接跟在设备之后;直角弯头其实是男性头部弯曲90度，易于构造，也更美观。 馈线，也称为电缆线，在有线电视系统中充当信号传输，将天线接收的信号传输到前端系统，并将信号从前端传输到每个用户的电视机。因此，馈线的质量和型号是直接影响有线电视系统接收效果和信号传输质量的重要因素。

内容较多，下一期继续讲解分析各代通讯关键技术！点我主页关注点赞分享！