移動通信網絡的發展驅動基站架構持續演進，介紹了基站架構及形態的發展歷程并分析了基帶單元與射頻單元的硬件架構，探討了基站架構的未來演進趨勢，重點闡述了面向5G的基站新架構及面臨的挑戰。

前言

在無線業務寬帶化、多樣化發展的驅動下，移動通信網絡經歷了從2G、3G到4G的發展歷程，網絡的容量與性能持續提升。基站作為無線側核心設備，其硬件架構也在隨著網絡技術的發展不斷演進。

基站設備由基帶單元與射頻單元組成，基帶單元提供基帶協議處理及基站系統管理等功能，射頻單元負責射頻信號的收發處理。隨著網絡制式的演進，基站架構經歷了從基帶射頻集中、基帶射頻分離到多模一體化這樣一條演變路徑。其中，基帶單元從GSM時代的系統機柜化發展到系統機框化、板卡化再到多系統板卡化，集成度不斷提高，基帶單元所支持的載波數、吞吐量、信令規格等基帶處理能力也逐步增強。射頻單元的演變體現為性能更優、體積更小、通道數更多，從早期GSM的窄帶單密度、雙密度系統發展到寬頻系統，單模塊可支持大帶寬、多扇區、多制式，射頻通道數也由1T2R、2T2R發展為4T4R，并向著Massive MIMO演進。

基站架構分析

1.1 基站形態的演變

隨著基站架構的演變，基站設備形態也經歷了機柜式宏基站、分布式基站、多模基站這幾個發展階段。在GSM時代，基站的形態主要以機柜式宏基站為主，采用基帶射頻一體化架構，射頻單元和基帶單元共同放置在機柜內，射頻饋線從機房拉到天面，其特點為集成度低、功耗高、施工復雜、部署靈活性差。

為了提高組網靈活度，降低工程復雜度，基于基帶射頻分離架構的分布式基站逐步成熟，基站設備分化為BBU與RRU，BBU放置在機房，RRU上塔，BBU和RRU之間通過光纖連接。基帶射頻分離使得機房占地面積減小，射頻饋線損耗降低，提升了射頻覆蓋效率。

隨著LTE的引入，運營商面臨著多制式網絡共存的情況，同一站址存在2G、3G、4G多種無線技術，為了避免重復投資、降低網絡部署及維護成本，出現了多模基站，改變了一個制式一套基站設備的模式。多模基站采用多模BBU與多模RRU的分布式架構，多模BBU在同一套硬件平臺上同時支持多種接入技術，支持多制式共機框或共板卡，多模RRU則可在連續的瞬時工作帶寬內通過軟件配置同時支持多制式，完成對多制式射頻信號的收發處理。

1.2 基帶單元的硬件架構

基帶單元（BBU）負責集中控制與管理整個基站系統，完成上下行基帶處理功能，并提供與射頻單元、傳輸網絡的物理接口，完成信息交互。按照邏輯功能的不同，BBU內部可劃分為基帶處理單元、主控單元、傳輸接口單元等，如圖1所示。其中，主控單元主要實現基帶單元的控制管理、信令處理、數據交換、系統時鐘提供等功能；基帶處理單元用于完成信號編碼調制、資源調度、數據封裝等基帶協議處理，提供基帶單元和射頻單元間的接口；傳輸接口單元負責提供與核心網連接的傳輸接口。BBU采用機框結構，框內劃分為多個槽位，每個槽位可插入一塊板卡。板卡分為不同類型，分別用于實現BBU內各邏輯功能。上述各邏輯功能單元可分布在不同的物理板卡上，也可以集成在同一塊板卡上。BBU的物理形態分為2類：基帶主控集成式、基帶主控分離式。對于基帶主控集成式BBU，主控、傳輸、基帶一體化設計，即基帶處理單元與主控單元、傳輸接口單元集成在一塊物理板卡上，該架構具有更高的可靠性、更低的低延、更高的資源共享及調度效率，同時功耗更低。對于基帶主控分離式BBU，基帶處理單元與主控單元分布在不同的板卡上，對應于基帶板、主控板，分離式架構支持板卡間自由組合、便于基帶靈活擴容。

圖1 基帶單元的邏輯架構

BBU支持多制式共平臺時，按照多制式資源共享模式的不同，可分為共機框、共主控板、共基帶板3類。共機框情況下，不同制式的系統使用獨立的基帶板與主控板，混插在同一機框內，共享電源、傳輸、同步等。共主控和共基帶是在共機框的基礎上，不同制式的系統共享相同的主控板、基帶板。

1.3 射頻單元的硬件架構

射頻單元（RRU）通過基帶射頻接口與BBU通信，完成基帶信號與射頻信號的轉換。RRU的硬件架構如圖2所示，主要包括接口單元、下行信號處理單元、上行信號處理單元、功放單元、低噪放單元、雙工器單元等，構成下行信號處理鏈路與上行信號處理鏈路。其中，接口單元提供與BBU之間的前傳接口，接收和發送基帶IQ信號，采用CPRI協議或OBSAI協議；下行信號處理單元完成信號上變頻、數模轉換、射頻調制等信號處理功能；上行信號處理單元主要完成信號濾波、混頻、模數轉換、下變頻等功能；功放及低噪放單元分別對下行及上行信號進行放大；雙工器支持收發信號復用并對收發信號進行濾波。

圖2 射頻單元的邏輯架構

對于多通道RRU，比如2T2R RRU，內部存在2條相同的信號處理鏈路，完成對2路信號的上下行信號處理及收發。對于多模RRU，要求接口單元、上下行信號處理單元可支持對多制式信號的處理，功放、雙工器、低噪放等模擬器件要求支持更大的瞬時工作帶寬。

面向5G的基站架構演進