基站的訊號是怎麼發出的？一文看懂RRU
導語：基站，其實早已像水和電一樣融入了我們的生活，無時無刻不在為我們服務。但是，這個幕後英雄，卻不為多數人所理解。本文將帶你瞭解基站訊號的發射裝置：RRU。
一 、 一體化基站的落幕
RRU，也就是遠端射頻單元，是現代基站的兩大核心（BBU和RRU）之一，又被稱作輻射的萬惡之源。
話說在上古時代，基站是一體化的，並未有兩大核心的區分，內部各模組相互交織在一起，混沌不清。
一體化基站
一體化基站就這樣渾渾噩噩地運轉了好多年，然而隨著人們慾望的膨脹，一直以來理所當然的事情，也會發現諸多弊端。
1、饋線損耗大
。基站只能位於塔下，需要透過長長的射頻饋線把訊號輸送到幾十米甚至上百米高的鐵塔上和天線連線。
然而饋線對訊號是有衰減的，比如常用的7/8饋線在900MHz上每100米功率就要衰減4dB，假設機頂發射功率為100瓦，訊號到達天線就僅剩40瓦了，功率損失了60%！
如果必須在天線輸入端提供100瓦功率，那麼為了對抗損耗，基站的機頂功率就不得不提升至250瓦，這就是下面提到的功耗大的問題。
2、功耗大
。如前所述，由於饋線損耗大，基站就需要很高的輸出功率來對抗損耗，然而基站內部射頻功放的效率還不高，使得基站整體的功耗巨大。
我們繼續上面的例子，要在天線埠提供100瓦多功率，為了補償饋線損耗，機頂功率需要250瓦，如果功放的效率按30%算，那麼，僅功放模組就需要833瓦，再加上基站內部其他器件的功耗，輕鬆突破1000瓦。
而一個基站一般有三個扇區，整站功耗估計在3000瓦以上，這還不包括其他配套裝置。注意，這還僅僅是一個頻段，而一般一個站都要3到5個頻段！
3、散熱難
。一體化基站這麼個發熱大戶，就這麼擠在狹小的機房內，想要散熱就必須靠大功率風扇，高速運轉的風扇帶來轟鳴的高分貝噪音。
即使這樣，源源不斷散發的熱量還是在機房狹小的空間內難以擴散，必須輔之以空調降溫，又帶來了更多的功耗和噪音。
4、難以滿足4G時代的需求
。在4G時代，為了支援MIMO，4個發射埠的基站成為主流，TD-LTE甚至大規模使用了8個埠。
老邁的一體化基站
如果還採用原來的方案，跟2G或者3G相比，需要從塔底的基站拉到塔頂射頻饋線就多了2到4倍，多個頻段之間還要引入合路器，分路器等器件，不但插入損耗更大，成本也大大增加了。
二 、RRU的誕生
一體化基站的這麼多的不足，到底怎麼解決呢？
既然基站的內部處理可以粗略分為基帶部分和射頻部分，基帶部分體積小，功耗低，射頻部分體積大，功耗高，與其將其綁在一起相互折磨，不如把它們獨立成兩個模組：BBU和RRU，再用光纖連起來就行了。
BBU和RRU分離之後的分散式基站
於是，本期的主角，RRU（Remote Radio Unit，遠端射頻單元）就誕生了。這裡“遠端”的含義，就是指RRU和BBU之間的距離遠。
到底有多遠呢？BBU位於塔底的機房內，而RRU則掛在了塔頂，塔高通常是幾十米到一百多米。
RRU到了塔頂，距離天線非常近，連線它們之間的射頻線非常短，名稱也就叫就做跳線了，由此引入的訊號衰減可以忽略不計。
因此，RRU的發射功率可以適當降低。由於位於室外，RRU普遍設計成類似暖氣片的樣子，可以自然散熱，不再需要風扇，可靠性更高。
RRU的外觀
由於不用考慮饋線損耗，RRU和天線可以安裝地離BBU非常遠，幾十公里沒問題，這樣就帶來了非常大的部署靈活性。
甚至還催生出了C-RAN這樣的架構，把所有的BBU集中放置在一個大機房內成為BBU池，同時管理很多站的拉遠RRU，站間協同效能好，運維成本還更低。
C-RAN網路架構
三 、RRU的關鍵指標
RRU的優點這麼突出，到底有哪些指標來判斷一款RRU是否可用，效果好不好呢？
射頻指標有很多，大多比較艱深，但一般來說，看下面的基本指標就可以了。
1、支援的頻段，也就是協議定義的標準頻率範圍，分為FDD和TDD兩類
。其中FDD是分為上下行兩段頻譜，而TDD是在同一段上支援上下行。
比如FDD 900MHz（4G稱作Band8，5G稱作n8）的範圍是下行925-960MHz，上行是880-915MHz。TDD 3。5GHz（5G稱作n78）的範圍是3。3-3。8GHz。
隨著技術的發展，出現了同時能支援多個頻段的RRU，又稱作UBR（Ultra Broadband Radio 超寬頻射頻單元），可同時支援多個頻段。
目前業界就有能同時支援1。8GHz，2。1GHz以及2。6GHz這三個頻段的UBR，可大幅減少RRU數量，同時也節省了天線埠，給鐵塔減負。
2、工作頻寬（Operation bandwidth，可簡稱作OBW）
。由於標準頻段範圍太寬，RRU全部支援成本太高，因此業界採用多個RRU分段支援的方式。
RRU實際支援的可用頻寬，就叫做工作頻寬，是標準頻寬內的一段。工作頻寬是取決於RRU內部的濾波器通帶，也可以認為就是濾波器頻寬。
比如FDD 1800MHz共75M頻寬，很多廠家實際實現上分為兩款RRU支援，一個的下行工作頻寬為1805-1860MHz，另一個的工作頻寬為1825-1880MHz。
3、瞬時頻寬（Instantaneous Bandwidth，簡稱做IBW），是指RRU可同時發射訊號的頻寬的最大邊界
，表徵了RRU的最大能力。
RRU在工作時，其實際瞬時頻寬是因配置的不同而不同的。假如某運營商只有20M的4G頻譜，RRU也就只能囿於這20M頻寬為邊界來發射訊號，瞬時頻寬也就是20M。
5G的系統頻寬較大，因此RRU一般需要支援200M到400M到瞬時頻寬，運營商可根據自己的頻譜情況在這個範圍內靈活配置載波。
4、佔用頻寬（Occupied Bandwidth，也可簡稱OBW），是指在IBW內部實際可佔用來發射功率的最大頻寬之和
，在發射頻寬不連續時，和IBW的區別明顯。
比如，一款5G RRU支援的工作頻寬是400M，IBW是300M，OBW是200M，運營商可在這300M IBW的範圍內靈活配置載波來發射訊號，可以是連續的200M，也可以是不連續的幾塊，如100M+50M+50M，總之這些載波的頻寬之和不能大於200M的OBW，邊界跨度不能超過300M的IBW。
工作頻寬，IBW，OBW示意圖
這幾個頻寬的問題總結一下：工作頻寬是RRU可用的最大頻寬，瞬時頻寬在工作頻寬內靈活配置，表示的是同時可發射訊號頻寬的最大邊界，佔用頻寬可在瞬時頻寬內靈活配置，是實際發射訊號的頻寬之和。
瞬時頻寬簡稱為IBW，而工作頻寬和佔用頻寬都可以簡稱做OBW，遇到時需要結合上下文來判斷。
5、容量，也就是一個RRU能支援多少個2G，3G，或者4G小區
。這一般是RRU背後技術和成本之間的平衡。
對於運營商來說，在頻段和頻寬等指標滿足要求的情況下，RRU的容量越大越好，後續擴容只需要軟體開通即可，運營商成本低。
6、Tx/Rx個數，也就是RRU用於連線天線的發射，接收埠數量
，和RRU對MIMO的支援能力，波束賦形能力，以及上行訊號的接收能力強相關。
一款2T2R的RRU
目前4G主流的RRU有4個天線埠，接收和發射共用，一般叫做4T4R，下行最大可支援4x4 MIMO，上行支援4路分集接收。
7、機頂輸出功率，也就是RRU支援的最大發射功率
。隨著技術的發展，RRU需要在一個頻段上支援多種制式，對發射功率的要求水漲船高。
比如900MHz目前就需要支援2G，3G，4G以及NB-IoT這4種技術，需要120瓦甚至160瓦的輸出功率。由於RRU一般有多個發射埠（Tx），總功率在各埠均分，假設4個埠，每埠40瓦，共160瓦的功率，通常也叫做4x40瓦。
到了5G時代，RRU的工作頻寬更大，需要的發射功率也就更大了，動輒200到300瓦。
一般來說，RRU支援的輸出功率越大，越能適應不同的應用場景，靈活性越高，當然成本也會越高。
8、平均/峰值功耗
。平均功耗為典型配置，平均負荷下的功耗，峰值功耗為滿功率發射下的功耗。
功耗取決於RRU的工作模式，硬體設計，軟體演算法等諸多因素，是裝置商的核心競爭力之一。
對於運營商來說，功耗低了，不但更省電費，也避免了對RRU供電系統的改造，還能使用直徑較細的電源線，總之就是成本降低。
9、接收靈敏度，該指標表徵的是RRU能夠檢測到多微弱的上行訊號
。
由於手機體積小能力弱，還要考慮電磁輻射可能帶來的健康風險，手機的發射功率都很小，一般網路都是上行受限。
RRU需要遠距離接收來自手機的微弱訊號
因此，RRU的接收靈敏度度對上行覆蓋非常關鍵。協議定義4G在20M載波頻寬下，接收靈敏度需要達到-101。6dBm。也就是說，RRU需要察覺到約690皮瓦（1皮瓦=10的負12次方瓦）的微弱訊號。
RRU的上塔，是一個劃時代的革新，開啟了4G時的宏偉篇章。
到了5G時代，更多更快的需求驅動著創新的車輪，RRU又不斷地向另一個形態：有源天線單元（Active Antenna Unit，簡稱AAU）進化。
好了，本期的內容就到這裡，希望對大家有所幫助。
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