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。
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。
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。
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和传输设备。
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。
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
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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