从1G到5G--移动基站的发展史

1G：基站的由来

移动通信网络部署始于上个世纪70年代末，我们称之为1G时代，当时基站的英文全称叫Base Station，简称BS，直译过来就是“基站”，这一叫法一直延续到今天。

1G时代多种标准林立，但主要有两大主流制式AMPS和TACS。

TACS基站（爱立信1G模拟基站RBS883）

1987年，我国在河北秦皇岛和广东建立了第一代模拟移动通信系统，拉开了中国移动通信行业的序幕。

从图片对比看，当时的1G基站采用的就是爱立信的TACS系统。

AMPS基站和天线

1G是模拟系统，不但容量低、通话质量差，而且保密性极差，本人当年在维护基站时就曾不小心清楚地听到用户间的对话，今天的你可能简直无法相信。

2G：一体化的BTS

2G时代的基站并不叫“Base Station“，而是叫BTS，全称为Base Transceiver Station，即基站收发信机。

GSM网络构架

相较于1G基站叫Base Station， BTS在Base Station的中间加了一个“Transceiver”，这一命名更加精准。

因为，Transceiver即收发单元，是BTS的重要组成部分。

我们来看看2G基站的组成…

爱立信RBS2206

BTS主要包括公共单元、收发单元、合分路单元，其中，公共单元包括供电单元、传输接口单元、时钟分配单元等。

收发单元，全称Transmission Receiver Unit，简称TRX或TRU，指收信器和发信器的合称，我们通信人通常叫它“载频”。

最早期BTS收发单元的功能包含无线信号的收发、放大、调制/解调、编解码和DSP数字处理等，这其实就是将基带单元（BBU）和射频单元（RRU）集于一体。

收发单元是2G基站的关键组成部分，这也正是2G基站被称为Base Transceiver Station的原因。

曾经的Motorola和北电2G基站，如今已随风消逝

早期的2G基站体积很大，且笨重，扩容和运维很麻烦。

每个收发单元只能处理一个载波信号，一个载频最多能同时容量8个用户，每次遇到基站拥塞扩容都要增加载频和合路器等，运维工程师不得不提着笨重的载频，每天上下穿梭于楼顶的基站。如果继续拥塞，还不得不扩展机柜，工作量更大。

回想当年，很多楼房根本没有电梯，而基站就在楼顶上，你抬眼一望不得不上，兄弟们左手一个载频，右手一个合路器，肩挎电脑包，头顶工具箱，上下十几层楼腰不疼、气不喘，年轻真好啊！

小结一下，2G的基站是一体化的BTS，基带处理、射频处理、供电单元等全都放在一个机柜里，看起来像个大冰箱，建设和扩容成本高，运维也很麻烦。

进入3G时代，基站必须向更简化、更低成本方向发展。

3G：BBU和RRU分离

为了区别于2G，3G时代的基站不再BTS，而是叫NodeB。B，有可能正是源于BTS的B。

3G网络基本构架

相较于2G时代，3G时代基站最大的变化是实现了BBU和RRU分离。

为什么要分离BBU和RRU？

如前所述，2G BTS的BBU和RRU合为一体，不但又大又重，且扩容非常麻烦。

进入3G数据时代，面向未来，基带部分要引入自适应调制和编码、MIMO多天线等技术来支持不断攀升的数据速率需求，如果基带与射频仍然不分离，就意味着每次扩容都要单独增加一条从基带处理、DAC转换、RF功放到馈线的通道，无疑会大大增加建设成本。

这有点类似我们今天的传统室分遭遇MIMO技术，无法适应未来升级。

传统2G基站又大又笨重，现在又要在机房里新建3G基站，机房空间是有限的，这需要进一步简化机房内的3G设备。

怎么办？业界陷入一片沉思。

此时，时下流行的软件定义无线电为基站打开了一扇窗。

能不能利用软件定义无线电技术将基带信号的生成、调制/解调、编解码等功能集成于一个“中央基站集线器”上，并通过一条统一的接口将调制后的信号传输到远程的RF单元?

Good idea. 今晚加鸡腿。

于是乎，就有了BBU和RRU分离的构架，BBU和RRU之间通过通用公共无线电接口（CPRI）和开放式基站标准计划（ OBSAI）连接，一个BBU可以为多个RRU提供基带资源池。

这一模块式的基站构架不仅降低了建网成本，提升了网络扩容升级的灵活性，BBU和RRU之间通过光纤连接，还避免了传统馈线远距离传输带来的高损耗。

3G分布式基站（中兴）

此外，运营商们还悄悄地打了一个埋伏，因为功率放大器和RF模块通常占基站总成本的近50%，如果BBU和RRU分离，再通过标准的接口连接，这意味着运营商可以从不同厂家分别采购BBU和RRU，从而解除设备锁绑定，提升议价权，进一步降低采购成本。不过，这一如意算盘到今天也没能实现。

4G：传奇SingleRAN

4G LTE将长期演进，强调演进，所以，4G基站的名称就在NodeB前面加了一个Evolved，即eNodeB，演进型Node B。

4G网络基本构架

进入4G时代，软件无线电不只为基站打开一扇窗，这一次打开了一扇门。

4G时代的基站最大的特点是SingleRAN，即一套设备融合了2G/3G/4G多种标准制式。Single RAN同样应用了软件定义无线电技术，是继BBU和RRU分离后，移动基站的又一次重大变革，它进一步降低了基站的复杂性和建设成本。

SingleRAN最早由华为推出，早在2008年，此时还未进入4G时代，华为就与沃达丰部署了全球首个融合2G和3G的SingleRAN基站。随后，拉美AméricaMóvil、芬兰TeliaSonera、瑞典Net4Mobility、Aero2…等运营商纷纷采购了华为SingleRAN产品，原因在于华为的SingleRAN充分利用了软件和标准的弹性，面向未来2G/3G/4G一体化，可更低成本地为运营商提供了平滑演进到4G的通道。

图片源于早年Vodafone的SingleRAN报告

SingleRAN帮助华为拿下了不少订单，为华为打开4G市场大门打下了坚实的基础。

在当时，海外媒体相继报道，SingleRAN简直成了行业里的明星。

《经济学人》报道称，AméricaMóvil在部署了华为的SingleRAN之后，其基站功耗降低了50％，所需的设备数量减少了70％。

《财富》杂志在一篇报道中称，华为SingleRAN设备可以在一个“盒子”里处理2G、3G、WiMax、CDMA、GSM等多种类型的信号，该新技术正在使这家中国设备商成为一个更加强大的竞争对手，因为该产品可以帮助运营商节省大量成本。

SingleRAN，是华为无线史上的一个传奇式的产品，它帮助了华为史无前例的开拓了海外疆土，自此进入4G时代，华为无线设备份额从排名第四位一路攀升到行业第一。

5G：基站重构

如今进入5G时代，5G支持超高速率、超低时延和超多连接，业务面向多样化，对基站提出新的要求：

1）5G基站前传带宽高达数百G至Tbps，传统BBU与RRU间的CPRI光线接口压力太大，需将部分功能分离，以减少前传带宽。

2）5G面向多业务，低时延应用需更加靠近用户，超大规模物联网应用需高效的处理能力，5G基站应具备灵活的扩展功能。

与4G基站的BBU+RRU构架不同，5G基站被重构为三部分：CU（中央单元）、DU（分布式单元）和AAU/RRU（远端射频单元）。

RRU/AAU与DU之间的网络称为前传，CU和DU之间称为中传，而CU到核心网之间称为回传。

这样的构架设计可以更好的促进RAN虚拟化，还可减少前传带宽，同时满足低时延需求。

未来的5G基站，主要有四种部署方式：

1）RRU/AAU、CU和DU独立部署

RRU和DU之间的距离在0-20公里范围内，而DU和CU之间距离可达数十公里。

2）CU和DU共站部署

CU和DU一起，没有中传，目前的5G基站基本都是这种方式。

5G基站的AAU

3）RRU/AAU和DU就近部署

RRU和DU彼此靠近地部署，可能是数百米，比如，实现建筑物内的不同楼层覆盖。

4）RRU/AAU、DU和CU集成部署

这种情况通常应用于微站覆盖热点，该场景下只有回传。

差点忘了讲了，5G基站叫gNB。

其实早期在对5G基站命名的时候，各大厂家提案里叫法不一，比如，中兴叫NB BS，AT&T叫fNB，NEC叫5NB，英特尔叫gNB… 最后3GPP统一确定为gNB。

但是，只是一个gNB就能代表5G基站吗？

不行。

众所周知，早期的5G部署有多种选项，包括独立部署和非独立部署，因此，在各种组合下的5G基站的名称也有变化。

比如，选项3（非独立部署）锚定于现有4G基站和核心网，此时的5G基站叫en-gNB；而要是以后采用选项7， 5G核心网下的4G基站也不再叫eNB，而是叫ng-eNB，它到底属于5G基站还是4G基站？

还有，如前所述，5G基站被分离为DU、CU和AAU/RRU，因此，应该还有gNB DU，gNB CU吧，再加上各种前传功能分离方案，还会有lls-gNB-DU、lls-gNB-CU…（lls,底层功能分离）

最后，用一张图来描述40年来移动基站的发展史，它应该是这样的…