从马拉松，烽火台到5G跨越千年的基站进化史

　　话说蜉蝣君在思考基站进化史这个主题时，忽然想到，以基站为标志的移动通信系统，就正如地球上的生命的发展史一样，大多数的岁月寂寂无声，到最后突然加速。
　　地球的历史已有46亿年，如果把这段漫长的时光压缩到一天的话：前4个小时一片死寂，之后的十几个小时仅有微生物活动，直到晚上8点，各种高级生命才得以爆发。
　　而人类，则要在最后的20秒才登场，之后经过漫长的野蛮矇昧时代，上下五千年的文明只占了1/10秒而已。
　　基站的历史，也和上面的过程类似。因此，蜉蝣君参考地质年代，把基站的历史划分为了＂三宙三代＂：冥古宙，太古宙，元古宙，古生代，中生代，新生代。其中＂宙＂的时间远长于＂代＂。
　　1、冥古宙：马拉松
　　＂欢庆吧，雅典人，我们胜利了！＂
　　上气不接下气地说完这句话，菲迪皮茨一头倒在地上，再也没能起来。42.193公里的长途奔跑，已经耗尽了他的生命。这一切，只为传达胜利的喜讯。
　　时值公元前490年，面对波斯帝国大军的侵犯，古希腊的雅典人奋起抵抗，终于在＂马拉松＂这个地方获得了大胜。
　　主帅遂命令有＂飞毛腿＂之称的士兵菲迪皮茨速速回去报信，于是就有了这一段著名的＂马拉松之跑＂。
　　这就是通信的冥古宙，这是一个通信基本靠吼，送信基本靠腿的时代。基站这种高级装备还没有诞生。
　　在所有通信需求中，毋庸置疑，最重要的就是关乎生死存亡的军事信息。
　　2、太古宙：烽火台
　　烽火台上，浓烟滚滚，直冲天际。
　　临近烽火台上的士兵，看到信号之后，也纷纷燃起烽火，释放浓烟，这外敌入侵的信号，十万火急。
　　随着一座座烽火台的接力传播，一时间整个国家狼烟四起。
　　大事不好，天子有难！驻扎在各地的诸侯看到之后，纷纷厉兵秣马，连夜奔袭，前往京师勤王。
　　然而到达京城之后，只见处处歌舞升平，战事全无。高台之上，周幽王深情地凝视着爱姬褒姒，似乎在等待着什么。
　　＂辛苦大家了！这里没什么大事，我就是点烽火玩玩，逗爱妃一笑而已！＂周幽王如是向诸侯们说。
　　褒姒看着诸侯们忙乱又无奈的窘相，千军万马万里奔袭只因儿戏，不禁嫣然一笑。
　　话说烽火台就相当于基站，在上面燃烧狼粪，浓烟冲天，可以视为信息的编码和传送。
　　当然其中的信息只有两个可能：
　　0、不燃烽烟，国泰民安
　　1、狼烟四起，敌国来犯
　　虽然如今看来，只有一个比特的信息，但由于传递的迅速又准确，烽火台在中国得到了非常广泛的应用。
　　大家最熟悉的就是长城上的烽火台。从春秋战国开始修长城，后面秦朝在修，汉朝在修，明朝也在修。
　　绵延万里的长城，串起了无数的烽火台，作为军事通信使用了两千余年。
　　3、元古宙：信号塔
　　＂巴黎无事，良民皆安！＂
　　1799年，拿破仑发动雾月政变，登上权力巅峰。随后他下令用当时最先进的通信设备给全国发送了上面那句话。
　　很显然，这么复杂的句子，用烽火台是难以完成的。这就需要另外一种更为高级的＂基站＂。
　　这是法国的克洛德发明的一种新型通信塔。塔上架着一根横梁，横梁两端是两个巨大的悬臂，分别由缆索操纵。
　　其中每个悬臂都可以形成7个角度，横梁也可以有两个旋转角度。这样一来，就一共有7*7*2种组合，理论上可以表示98个符号。
　　事实上，克洛德对这些符号进行了复杂的编码，不但含有信息内容，还有相关的控制信令（包括停止，确认，冲突等控制信息），最终形成了一个长达八千多条的码本，囊括了字词，音节，人名，地名等诸多信息。
　　这种原始的＂基站＂是怎样传递信息的呢？首先由发端根据需要不断调整信号塔的上的造型，每分钟最多可以发送3个信号，然后下一个节点的操作员用望远镜观察并记下这些信号，再在自己所在的塔上复制这些信号，供下下一个节点接收。
　　信号就这样一级一级的往下传递，直至最后一级的操作员记下所有的信号，并查询码本进行解码，复原出里面的原始信息。
　　这个系统自发明之后，很快被用于战争中。一个信号从法国东南的土伦传到巴黎，沿线经过120座信号塔，跨越760余公里，能够做到只需10到20分钟。它传递的第一条信息正是法国军队打败了奥地利军队的捷报。
　　这种信号塔曾遍布法国全国，辉煌一时。
　　此时的欧洲充满活力，对于电磁这种神秘力量的研究日渐深入。随着电磁波用于通信的研究和实验的日渐深入，现代电报系统已呼之欲出。
　　这种由原始机械驱动的＂基站＂还未惠及大众，就面临着被淘汰的命运。时代的发展，无线通信发展的即将进入快车道。
　　4、古生代：一体化基站
　　上世纪70年代末，第一代移动通信发展起来，真正意义上的基站正式诞生。
　　当时，手机因为可以自由移动，因此叫做＂移动台＂，基站固定不动，因此叫做＂固定台＂更为准确。如论如何，基站此时已经初具雏形。
　　此时的基站主要由一体化的基站机柜（内含基站主设备），传输射频信号的馈线，还有收发信号的天线组成。其中馈线和天线跟现在并无二致，主要是机房里基站机柜这个大家伙有所差异。
　　基站机柜里的设备可以完成基带信号的处理和射频信号的生成。基带信号就是最原始的信号，频率很低，不适合直接发送，因此需要经过调制，让一个频率较高的载波把基带信号携带上成为射频信号，才可以在空中进行发送。
　　这一点从1G到5G是基本一致的。不同的是，1G是模拟系统，容量低、语音质量差，也没有保密性，只能满足最基本的通话需求。
　　到了2G，基站的进化成为了数字系统，内部处理更为复杂，但其外在长相并没有太大的变化。都是基带和射频在同一个单元上进行处理，射频信号需要经过长长的馈线才能到达铁塔上的天线，损耗很大，因此必须使用很大的机顶功率。
　　下面我们来看看一个真实的2G基站的组成…
　　爱立信RBS2206
　　上面这个爱立信的2G基站主要包括公共单元、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2G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，这其实就是将基带和射频部分的处理集于于一体。
　　摩托罗拉的2G基站
　　5、中生代：SDR基站
　　随着基站从2G向3G进化，设备的硬件能力逐渐增强，人们也逐渐意识到，基站上面处理基带的模块体积小，功耗低，而处理射频的模块则体积大，功耗高。那么何不把这两者分离呢？
　　这样一来就形成了基带单元和射频单元。基带单元专注处理基带功能，能力更为强大；而射频单元则可以拉远放在塔顶，没有了馈线损耗，输出功率也可以得以降低。并且，射频单元可以使用自然散热，不在需要风扇，总功耗也可以降低。
　　此时，基带单元得名为BBU，是英文Baseband Unit的缩写；而射频单元则得名为RRU，是英文Remote Radio Unit的缩写，注意里面含Remote这个字眼，因为RRU可以拉远到铁塔顶上近天线安装。
　　BBU加上RRU，就组成了SDR的概念。SDR就是Software Defined Radio的缩写，意为软件定义无线电。硬核的基站这下忽然软了起来，这又是何解？
　　如前所述，在2G一体化基站中，一个载频（TRX或者TRU），可支持一路特定频率的信号收发，同时也是个硬件模块，含有独立的功率放大器。基站要支持多个载频，需要用射频线缆跟合路器把这些载频合路起来再连接到天线。
　　而在SDR架构中，一个RRU中的一个功放可以同时支持多个载频，只需要通过软件进行配置即可。这样一来，载频就从硬件的概念变成了软件上的概念，多个载频可从同一个射频口发射功率，无需合路器。
　　并且，一个RRU不但可以从软件上支持2G的载频，还能同时支持3G和4G的载波，多种制式可以和谐共存于同一个基站当中，就形成了Single-RAN或者UniRAN的概念。不管是Single-RAN还是UniRAN，都意味着单个基站能同时支持多种制式，无所不能。
　　目前的基站，早已是SDR的天下，早期的一体化基站由于缺点太多，只余少量的2G基站在苟延残喘，由于早已结束生命周期，随时可能被搬迁或者退网。
　　7、新生代：5G CU/DU分离态基站
　　随着5G时代的到来，因为虚拟化技术已经成熟，同时考虑到对高速率，大连接，低时延的支持，5G基站需要再次进行的进化。
　　首先，由于5G对超高速孜孜不倦的渴求，传统的2x2MIMO和4x4MIMO已无法满足需求，需求直指Massive MIMO。而Massive MIMO需要一个几十甚至上百根天线，这样一来，不但RRU吃不消，天线也很为难：要这么多端口，连线还不成刺猬了？
　　因此，RRU和天线直接合体成AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元），信号直接在内部进行对接，不用外部出端口连线了，大大简化了实现。
　　然后，由于5G需要面向多业务，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。
　　因此BBU把不需实时处理的部分切分出来组成CU（Centralized Unit，集中单元），剩余的需实时处理的部分组成DU（Distributed Unit）。其中CU可以使用虚拟化技术部署在大容量的通用服务器上，管理多个站点的DU。
　　于是，便有了下面这张4G到5G的基站变身图。
　　如果要细分到协议栈的话，画风是下图这样的。
　　那么，从看得见摸得着的外观方面，5G基站到底有哪些变化？
　　用一句话来说：AAU长得像发胖的天线，DU的长相继承了BBU的衣钵，而CU，由于使用了通用服务器，仅仅作为软件的存在，将隐没在机房中难觅踪迹。
　　好了，基站的进化史就讲到这里，希望对大家有所帮助。