一文看懂RRU基站辐射的万恶之源

　　导语：基站，其实早已像水和电一样融入了我们的生活，无时无刻不在为我们服务。但是，这个幕后英雄，却不为多数人所理解。本文将带你了解基站信号的发射装置：RRU。
　　一 、 一体化基站的落幕
　　RRU，也就是远端射频单元，是现代基站的两大核心（BBU和RRU）之一，又被称作辐射的万恶之源。
　　话说在上古时代，基站是一体化的，并未有两大核心的区分，内部各模块相互交织在一起，混沌不清。
　　一体化基站
　　一体化基站就这样浑浑噩噩地运转了好多年，然而随着人们欲望的膨胀，一直以来理所当然的事情，也会发现诸多弊端。
　　1、馈线损耗大。基站只能位于塔下，需要通过长长的射频馈线把信号输送到几十米甚至上百米高的铁塔上和天线连接。
　　然而馈线对信号是有衰减的，比如常用的7/8馈线在900MHz上每100米功率就要衰减4dB，假设机顶发射功率为100瓦，信号到达天线就仅剩40瓦了，功率损失了60%！
　　如果必须在天线输入端提供100瓦功率，那么为了对抗损耗，基站的机顶功率就不得不提升至250瓦，这就是下面提到的功耗大的问题。
　　2、功耗大。如前所述，由于馈线损耗大，基站就需要很高的输出功率来对抗损耗，然而基站内部射频功放的效率还不高，使得基站整体的功耗巨大。
　　我们继续上面的例子，要在天线端口提供100瓦多功率，为了补偿馈线损耗，机顶功率需要250瓦，如果功放的效率按30%算，那么，仅功放模块就需要833瓦，再加上基站内部其他器件的功耗，轻松突破1000瓦。
　　而一个基站一般有三个扇区，整站功耗估计在3000瓦以上，这还不包括其他配套设备。注意，这还仅仅是一个频段，而一般一个站都要3到5个频段！
　　3、散热难。一体化基站这么个发热大户，就这么挤在狭小的机房内，想要散热就必须靠大功率风扇，高速运转的风扇带来轰鸣的高分贝噪音。
　　即使这样，源源不断散发的热量还是在机房狭小的空间内难以扩散，必须辅之以空调降温，又带来了更多的功耗和噪音。
　　4、难以满足4G时代的需求。在4G时代，为了支持MIMO，4个发射端口的基站成为主流，TD-LTE甚至大规模使用了8个端口。
　　老迈的一体化基站
　　如果还采用原来的方案，跟2G或者3G相比，需要从塔底的基站拉到塔顶射频馈线就多了2到4倍，多个频段之间还要引入合路器，分路器等器件，不但插入损耗更大，成本也大大增加了。
　　二 、RRU的诞生
　　一体化基站的这么多的不足，到底怎么解决呢？
　　既然基站的内部处理可以粗略分为基带部分和射频部分，基带部分体积小，功耗低，射频部分体积大，功耗高，与其将其绑在一起相互折磨，不如把它们独立成两个模块：BBU和RRU，再用光纤连起来就行了。
　　BBU和RRU分离之后的分布式基站
　　于是，本期的主角，RRU（Remote Radio Unit，远端射频单元）就诞生了。这里＂远端＂的含义，就是指RRU和BBU之间的距离远。
　　到底有多远呢？BBU位于塔底的机房内，而RRU则挂在了塔顶，塔高通常是几十米到一百多米。
　　RRU到了塔顶，距离天线非常近，连接它们之间的射频线非常短，名称也就叫就做跳线了，由此引入的信号衰减可以忽略不计。
　　因此，RRU的发射功率可以适当降低。由于位于室外，RRU普遍设计成类似暖气片的样子，可以自然散热，不再需要风扇，可靠性更高。
　　RRU的外观
　　由于不用考虑馈线损耗，RRU和天线可以安装地离BBU非常远，几十公里没问题，这样就带来了非常大的部署灵活性。
　　甚至还催生出了C-RAN这样的架构，把所有的BBU集中放置在一个大机房内成为BBU池，同时管理很多站的拉远RRU，站间协同性能好，运维成本还更低。
　　C-RAN网络架构
　　三 、RRU的关键指标
　　RRU的优点这么突出，到底有哪些指标来判断一款RRU是否可用，效果好不好呢？
　　射频指标有很多，大多比较艰深，但一般来说，看下面的基本指标就可以了。
　　1、支持的频段，也就是协议定义的标准频率范围，分为FDD和TDD两类。其中FDD是分为上下行两段频谱，而TDD是在同一段上支持上下行。
　　比如FDD 900MHz（4G称作Band8，5G称作n8）的范围是下行925-960MHz，上行是880-915MHz。TDD 3.5GHz（5G称作n78）的范围是3.3-3.8GHz。
　　随着技术的发展，出现了同时能支持多个频段的RRU，又称作UBR（Ultra Broadband Radio 超宽带射频单元），可同时支持多个频段。
　　目前业界就有能同时支持1.8GHz，2.1GHz以及2.6GHz这三个频段的UBR，可大幅减少RRU数量，同时也节省了天线端口，给铁塔减负。
　　2、工作带宽（Operation bandwidth，可简称作OBW）。由于标准频段范围太宽，RRU全部支持成本太高，因此业界采用多个RRU分段支持的方式。
　　RRU实际支持的可用带宽，就叫做工作带宽，是标准带宽内的一段。工作带宽是取决于RRU内部的滤波器通带，也可以认为就是滤波器带宽。
　　比如FDD 1800MHz共75M带宽，很多厂家实际实现上分为两款RRU支持，一个的下行工作带宽为1805-1860MHz，另一个的工作带宽为1825-1880MHz。
　　3、瞬时带宽（Instantaneous Bandwidth，简称做IBW），是指RRU可同时发射信号的带宽的最大边界，表征了RRU的最大能力。
　　RRU在工作时，其实际瞬时带宽是因配置的不同而不同的。假如某运营商只有20M的4G频谱，RRU也就只能囿于这20M带宽为边界来发射信号，瞬时带宽也就是20M。
　　5G的系统带宽较大，因此RRU一般需要支持200M到400M到瞬时带宽，运营商可根据自己的频谱情况在这个范围内灵活配置载波。
　　4、占用带宽（Occupied Bandwidth，也可简称OBW），是指在IBW内部实际可占用来发射功率的最大带宽之和，在发射带宽不连续时，和IBW的区别明显。
　　比如，一款5G RRU支持的工作带宽是400M，IBW是300M，OBW是200M，运营商可在这300M IBW的范围内灵活配置载波来发射信号，可以是连续的200M，也可以是不连续的几块，如100M+50M+50M，总之这些载波的带宽之和不能大于200M的OBW，边界跨度不能超过300M的IBW。
　　工作带宽，IBW，OBW示意图
　　这几个带宽的问题总结一下：工作带宽是RRU可用的最大带宽，瞬时带宽在工作带宽内灵活配置，表示的是同时可发射信号带宽的最大边界，占用带宽可在瞬时带宽内灵活配置，是实际发射信号的带宽之和。
　　瞬时带宽简称为IBW，而工作带宽和占用带宽都可以简称做OBW，遇到时需要结合上下文来判断。
　　5、容量，也就是一个RRU能支持多少个2G，3G，或者4G小区。这一般是RRU背后技术和成本之间的平衡。
　　对于运营商来说，在频段和带宽等指标满足要求的情况下，RRU的容量越大越好，后续扩容只需要软件开通即可，运营商成本低。
　　6、Tx/Rx个数，也就是RRU用于连接天线的发射，接收端口数量，和RRU对MIMO的支持能力，波束赋形能力，以及上行信号的接收能力强相关。
　　一款2T2R的RRU
　　目前4G主流的RRU有4个天线端口，接收和发射共用，一般叫做4T4R，下行最大可支持4x4 MIMO，上行支持4路分集接收。
　　7、机顶输出功率，也就是RRU支持的最大发射功率。随着技术的发展，RRU需要在一个频段上支持多种制式，对发射功率的要求水涨船高。
　　比如900MHz目前就需要支持2G，3G，4G以及NB-IoT这4种技术，需要120瓦甚至160瓦的输出功率。由于RRU一般有多个发射端口（Tx），总功率在各端口均分，假设4个端口，每端口40瓦，共160瓦的功率，通常也叫做4x40瓦。
　　到了5G时代，RRU的工作带宽更大，需要的发射功率也就更大了，动辄200到300瓦。
　　一般来说，RRU支持的输出功率越大，越能适应不同的应用场景，灵活性越高，当然成本也会越高。
　　8、平均/峰值功耗。平均功耗为典型配置，平均负荷下的功耗，峰值功耗为满功率发射下的功耗。
　　功耗取决于RRU的工作模式,硬件设计，软件算法等诸多因素，是设备商的核心竞争力之一。
　　对于运营商来说，功耗低了，不但更省电费，也避免了对RRU供电系统的改造，还能使用直径较细的电源线，总之就是成本降低。
　　9、接收灵敏度，该指标表征的是RRU能够检测到多微弱的上行信号。
　　由于手机体积小能力弱，还要考虑电磁辐射可能带来的健康风险，手机的发射功率都很小，一般网络都是上行受限。
　　RRU需要远距离接收来自手机的微弱信号
　　因此，RRU的接收灵敏度度对上行覆盖非常关键。协议定义4G在20M载波带宽下，接收灵敏度需要达到-101.6dBm。也就是说，RRU需要察觉到约690皮瓦（1皮瓦=10的负12次方瓦）的微弱信号。
　　RRU的上塔，是一个划时代的革新，开启了4G时的宏伟篇章。
　　到了5G时代，更多更快的需求驱动着创新的车轮，RRU又不断地向另一个形态：有源天线单元（Active Antenna Unit，简称AAU）进化。
　　好了，本期的内容就到这里，希望对大家有所帮助。以上个人浅见，欢迎批评指正。喜欢的可以关注我，非常感谢！
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