5g基站

更新时间:2022-08-12

5G基站是5G网络的核心设备,提供无线覆盖,实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。基站的架构、形态直接影响5G网络如何部署。由于频率越高,信号传播过程中的衰减也越大,5G网络的基站密度将更高。截至2020年11月26日,5G网络基本覆盖了全国地级以上城市主要城区。2020年全年,中国新开通5G基站超60万个,5G终端连接数超过2亿。2021年12月23日。中国信息通信研究院主办的“2022年ICT深度观察报告会”上,工业和信息化部总工程师韩夏披露了一组数据:截至11月,中国累计建成开通5G基站超过139万个。2021年,全国5G基站为142.5万个,全年新建5G基站超65万个。2022年1月,工业和信息化部发布《2021年通信业统计公报》,显示截至2021年底,中国累计建成并开通5G基站142.5万个,总量占全球60%以上,每万人拥有5G基站数达到10.1个。

基本信息

中文名5G基站
外文名5G base station
特点密度高
关键技术MR技术、Massive MIMO等
测试方法OTA测试等
所属领域1382993695245780784

发展历程

5G网络建设投资大,共建共享成为运营商的现实选择。今日(11月26日),在广州举办的世界5G大会上,中国联通董事长王晓初介绍,中国联通和中国电信已经共建了超30万个5G基站,5G网络基本覆盖了全国地级以上城市主要城区。

“仅避免重复建设这一项,就为国家节省了600多亿元资金。”王晓初说。他还称,中国联通确保要用三年左右的时间完成5G网络的规模部署。

中国电信董事长柯瑞文在会上亦表态,通过共建共享既保持网络建设适度超前,又提高投资效益、节省投资。比如在室内、高铁/地铁、农村等区域深入推进共建共享等。

作为全球最大运营商之一,中国移动5G网络建设更快一步。中国移动总经理董昕在会上介绍,中国移动已开通5G基站超过38.5万个,为全国所有地级市和部分重点县城提供5G服务,发展5G终端用户超过9000万户。

5G技术虽然没有大规模商用,但是在美国、日本、欧洲以及中国开始部署于大中城市,比如我国的上海、深圳、杭州等,已经开始小规模部署5G基站,提供5G通信传输服务。5G基站采用了多输入多输出、高频通信、超密组网等技术,加大了天馈系统的安装难度,同时还增加了基站点数量,因此5G基站建设过程中环境评估评测成为一个重要的内容。中国工信部开始在一线城市选择部署5G网络,预计到2020年,5G基站建设将会在全国范围内迅速开展,中国移动、中国电信和中国联通已经各自公布了5G商用计划,并且率先在深圳和雄安新区部署5G网络,进一步加速了5G商用发展。

2018年3月30日,中国移动天津公司在中国移动5G联合创新中心天津开放实验室开通,这是中国第一批5G应用示范城市之一天津的首个5G基站。截至2018年3月30日,中国移动、中国电信正在中国多地建设5G基站,包括雄安新区、苏州、上海、成都、兰州、深圳、广州等。5月,湖北移动公司5G项目建设办公室项目经理介绍,武汉2018年初被列入中国移动首批5G试点城市,计划2018年完成超100座5G基站建设。主要分布在光谷汉口江滩汉口火车站三大区域,其中光谷是最大的5G基站分布区。8月13日,北京联通正式发布了“5GNEXT”计划,北京市首批5G站点同步正式启动。

2019年1月27日,中国移动通信集团青海有限公司宣布,青海省西宁市已建成并开通了首个5G基站。10月31日,在2019中国国际信息通信展览会开幕式上,工信部与中国电信、中国联通、中国移动、中国铁塔共同宣布启动5G商用。

2019年10月31日举行的2019中国国际信息通信展览会开幕式上,工信部与中国电信、中国联通、中国移动、中国铁塔共同宣布启动5G商用。5G商用套餐在11月1日正式上线。

2019年年底将开通13万个5G基站。首批包括北京、上海、广州、深圳、杭州、南京、天津等50个城市入选5G开通城市名单,而2020年商用城市将超340个。现联通与电信双方已在24省市开通5G共建共享基站。以速率为例,最新的测试数据显示,共建共享的5G网络峰值速率可达2.5Gpbs

2020年1月20日,工信部负责人在国新办举行的2019年工业通信业发展情况新闻发布会上表示,2019年中国5G基础设施建设和应用力度加大,2019年底全国共建成5G基站超13万个。截至2月底,全国建设开通5G基站已达16.4万个。截至3月底,全国已建成5G基站达19.8万个,预计全年新建5G基站超过50万个。截至5月17日,中国开通5G基站超过20万个。截至6月底,5G基站累计达到41万个。

2020年3月25日,国务院联防联控机制举行新闻发布会,工业和信息化部信息通信管理局局长韩夏介绍称,去年底,中国5G基站建设有13万个,今年还要进一步加大建设力度。此外,韩夏补充,5G网络建设要强调安全保障,开展5G安全检测,建设网络安全态势感知,威胁治理、事件处置、追踪溯源的安全防控体系,强化数据安全保护,积极创新5G安全治理的模式。

2020年3月28日,中国移动方面消息,5g基站提前超额完成2020年5G基站总数达30万个的目标,确保年内在全国所有地级以上城市提供5G商用服务。

2020年4月25日,电信联通25万座5G基站集采结果出炉,华为中兴等中标。

2020年4月30日16时左右,全球海拔最高的5G基站正式投入使用,5G信号首次“登顶”世界之巅。

2020年5月,在珠穆朗玛峰6500米前进营地,中国移动联合华为成功完成全球海拔最高5G基站的建设及开通工作,实现珠峰峰顶5G覆盖。

2020年7月24日,据央视网消息,上半年新建5G基站25.7万个,截至6月底5G基站累计达到41万个。

2020年8月12日中国联通香港上市公司发布的2020年上半年业绩报告显示,公司与中国电信新增共建共享5G基站约15万座。公司可用5G基站累计达到约21万座,其中自建超过10万座,在超过50个重点城市实现连续覆盖。截至8月底,通过通信大数据平台监测数据显示,中国的5G用户超过了1.1亿。11月,国际电信联盟(ITU)将完成IMT-2020规范的审批。

截至2020年9月,中国移动已在全国完成了35万个5G基站的建设项目,在全国340个地市和重点县提供了5G的商用服务,同时打造了100余个全国集团级的5G龙头示范项目,带动了超过两千个省级的区域特色项目。中国移动集团公司政企事业部总经理刘坚在2020年河南移动5G产业高峰论坛致辞中提到。

2020年9月15日,以“5G新基建智领未来”为主题的5G创新发展高峰论坛在重庆举行。论坛官方宣告:目前我国5G用户超过1.1亿,计划2020年底5G基站将超过60万个,覆盖全国地级以上城市。

截至2020年9月23日,全国已建设开通5G基站超50万个,累计终端连接数已超过1亿。

2020年11月11日,工业和信息化部副部长刘烈宏在中国发展高层论坛2020年年会上表示,我国已建成近70万个5G基站,5G终端连接数已超过1.8亿,良好的基础设施促进了许多基于5G的新应用。

截至2020年11月12日,中国已建成近70万个5G基站,5G终端连接数已超过1.8亿,良好的基础设施促进了许多基于5G的新应用。

2020年11月26日,中国联通和中国电信已经共建了超30万个5G基站;中国移动已开通超过38.5万个5G基站,预计与中国广电明年开始共建共享。

2020年12月15日,在2021中国信通院ICT+深度观察报告会上,工信部副部长刘烈宏表示,我国已建成全球最大5G网络,累计建成5G基站71.8万个,推动共建共享5G基站33万个。

在2020年12月举行的“2020通信产业大会暨第十五届通信技术年会”上,国家电网能源研究院能源决策支持中心博士、高级研究员高洪达指出,短期内,5G基站引起三大运营商的电费增长并不明显,但到2026年全部升级为5G后,将会达到2.1%,甚至高于数据中心(约2%)的耗电量水平。

2021年1月26日,工信部发布数据,2020年全年我国新开通5G基站超60万个,5G终端连接数超过2亿,超高清视频、云游戏等个人应用场景逐渐丰富。

2021年1月26日,在国务院新闻办举行的2020年工业和信息化发展情况发布会上,工信部总工程师、新闻发言人田玉龙表示,2020年电信业务总量按上年不变价计算同比增长20.6%,电信业务收入同比增长3.6%,软件和信息技术服务业收入同比增长13.3%。田玉龙表示,5G网络和终端商用快速发展,全年新开通5G基站超60万个。基础电信企业发展5G套餐用户累计达3.2亿户,5G终端连接数超过2亿户,超高清视频、云游戏、移动云VR等个人应用场景逐渐丰富,医疗、能源、自动驾驶等垂直行业试点不断深化。APP侵害用户权益、电信网络诈骗、“黑广播”等治理成效明显。

2021年3月1日,国务院新闻办公室举行新闻发布会,介绍工业和信息化发展情况并答记者问:到2020年底,累计开通5G基站71.8万个,5G手机终端连接数突破2亿户;IPv6规模部署纵深推进,活跃连接数达到13.9亿,4G网络IPv6流量占比从无到有,超过15%。海底光缆、跨境陆缆等国际信息通信基础设施建设步伐加快,“一带一路”沿线国家互联互通水平稳步提升。

2021年4月20日消息,中国工业和信息化部昨日在国务院政策例行吹风会上披露了中国5G建设的最新进展:截至2月底,累计建成5G基站79.2万个,独立组网模式的5G网络已覆盖所有地级市,5G终端连接数已达2.6亿。

2021年5月,中国已累计建成5G基站超81.9万个,占全球比例约为70%;5G手机终端用户连接数达2.8亿,占全球比例超过80%。

2021年5月17日,在2021世界电信和信息社会日大会开幕上,工业和信息化部副部长刘烈宏表示,2021年计划新建5G基站60万个。为推进独立组网模式规模化应用,自5月17日起,新进网5G终端将默认开启5G独立组网(SA)功能,新建5G网络全面支持IPv6。

2021年6月,中国已建成5G基站84.7万个。截至2021年4月末,发展蜂窝物联网终端用户12.36亿户,其中,应用于智慧交通的终端用户占比达17.8%。

2021年7月10日,在2021世界人工智能大会“数智赋能驱动未来”创新论坛上,中国移动披露,截至6月底,累计建成近50万个5G基站,拥有全球最大规模SA商用网络,5G套餐用户数超2.5亿。

2021年底前,北京力争新增千兆固网用户4万户,新增5G基站6000个,届时北京全市5G基站总数预计达到5.9万个。

2021年7月,我国累计建设5G基站91.6万座,占全球70%。

2021年8月,新疆“5G+工业互联网”技术在国家能源集团新疆能源公司活性炭分公司投入使用。

2021年8月31日,在北京开幕的2021世界5G大会上,工业和信息化部部长肖亚庆介绍,目前我国已开通建设5G基站99.3万个,覆盖全国所有地级市、95%以上的县区和35%的乡镇,5G终端手机连接数超过3.92亿户。

截至2021年8月份,中国建成了全球最大规模的5G网络,累计建成5G基站达到103.7万个,已覆盖全国所有的地市级城市,还有95%以上的县城城区和35%的乡镇镇区。

截至2021年8月份,中国累计建成5G基站达到103.7万座,已覆盖全国所有的地市级城市,以及95%以上的县城城区和35%的乡镇镇区。5G手机产品加速渗透,今年1—8月份,国内5G手机出货量达到1.68亿部,同比增长80%。尤其是8月份,5G手机占比已经提升到74%。

2021年9月13日,工信部部长肖亚庆在国新办召开的发布会上说,中国建成全球最大规模光纤和移动通信网络。5G基站、终端连接数全球占比分别超过70%和80%。5G产业加快发展,5G手机产品加速渗透。

2021年10月19日,工业和信息化部新闻发言人、运行监测协调局局长罗俊杰19日表示,目前中国5G基站数达115.9万个,5G终端连接数达4.5亿户,千兆光网具备覆盖超过2亿户家庭的能力。

2021年10月20日,北京市通信管理局披露,截至2021年9月底,北京市已建成5G基站4.7万个,基本实现全市5G网络覆盖。

2021年11月,中国建成5G基站超115万个,占全球70%以上。

2021年11月2日,在2021中国移动全球合作伙伴大会主论坛上,中国移动总经理董昕在题为《与您携手共赢未来》的致辞表示:建设好“5G+算力网络+智慧中台”新型信息基础设施,构筑好“连接+算力+能力”新型信息服务体系,助推数字经济更好地服务和融入新发展格局。

2021年11月16日,工信部召开“十四五”信息通信业发展规划新闻发布会。会上,工信部信息通信发展司司长谢存表示,目前,我国已建成5G基站超过115万个,占全球70%以上,是全球规模最大、技术最先进的5G独立组网网络。全国所有地级市城区、超过97%的县城城区和40%的乡镇镇区实现5G网络覆盖;5G终端用户达到4.5亿户,占全球80%以上。

截至2021年底,重庆已累计开通7万余个5G基站,实现全市所有区县重点区域5G网络全覆盖。

截至2022年1月,四川已建成5G基站超过6.6万个,规模西部第一。

2022年1月,江西省累计开通6万余个5G基站,企业上云数量突破10万家。

2022年1月20日,中国工业和信息化部披露了5G发展的最新数据:至2021年末,累计建成开通5G基站142.5万个,5G手机终端连接数达到了5.18亿户。

2022年1月23日,山东省十三届人大七次会议在济南开幕,省长周乃翔作政府工作报告。报告指出,在新型基础设施网方面,实施5G和固定网络“双千兆”工程,累计建成并开通5G基站16万个。开展数据中心提质增量行动,加快建设国家级互联网骨干直联点,推动国际通信出入口局落户山东。

2022年1月26日,据工业和信息化部官方微信公众号消息,2021年,全国5G基站为142.5万个,全年新建5G基站超65万个。

2022年2月25日消息,2022年天津将建成5G基站5万个,截至2021年底共建成5G基站4万个,全市城市家庭千兆光纤网络覆盖率等3项指标全国第一,固定宽带用户下载速率跃居全国第二,入选全国首批千兆城市。

2022年2月28日,国务院新闻办公室举行新闻发布会表示,新型信息基础设施建设力度加大,累计建成开通5G基站超过142.5万个,5G手机终端连接数达到5.2亿户。北京冬奥会所有场馆都实现了5G覆盖,为打造“智慧冬奥”提供了有力支撑。

2022年4月5日,三亚方舱医院首个中国移动5G基站抢通。

2022年4月18日,从“奋进自贸港建功新时代”迎接海南省第八次党代会系列新闻发布会(第三场)重大项目和重大基础设施建设专场获悉,2019年海南在国内率先实现“县县通5G”,2020年基本实现海口、三亚主城区室外覆盖、其他市县城区热点覆盖,至2025年,海南将实现5G基站数量翻番,预计建设2.5万个5G基站。

2022年4月19日,工信部表示:全年推动完成60万个5G基站建设,千兆光网的覆盖能力超过4亿户家庭。

截至2022年4月,上海已累计建成开通5G基站51716个,5G应用“海上扬帆”行动计划稳步推进,5G已经逐渐成为上海数字经济发展舞台上的“主角”之一。

截止到2022年4月底,北京市5G基站累计达5.4万个,每万人拥有5G基站数25个,居全国首位,实现52个市级重点商圈和市内重点景区5G网络全覆盖。北京市获评全国首批“千兆城市”,具备千兆网络服务能力的10G PON端口数达29.3万个。

2022年5月,大连联通预计新增覆盖5G室分1044套,预计新增5G室外基站284站。

2022年5月17日,世界电信和信息社会日大会在内蒙古呼和浩特召开,工业和信息化部党组成员、副部长张云明在会上演讲中提到,中国已建成5G基站近160万个,网络质量达到甚至优于世界发达国家水平。

2022年6月2日消息,济南2022年累计建设5G基站设施3万余处。

2022年6月16日,中国移动发布报告,称其5G基站超过73万站。

2022年6月23日消息,河北省新建5G基站将突破3万个。

2022年6月26日消息,中国联通建成世界海中最高5G基站。

2022年7月6日,广西通信管理局副局长谭国栋表示,广西5G网络规模实现持续攀升,5G基站开通数由2019年的4439座发展到2022年6月底的50678座,数量规模增长11倍多,位居西部第四。

2022年7月消息,来自山东省工信厅的数据显示,通过实施5G“百城万站”深度覆盖和“百企千例”规模应用2022年行动,上半年山东省新建5G基站3.15万个、累计开通达到13.3万个,入库“5G+工业互联网”项目达到147个。

2022年7月19日消息,中国累计建成开通5G基站185.4万个,其中二季度新增基站近30万个,实现“县县通5G、村村通宽带”。

2022年7月21日消息,全区累计拥有5G基站8610个。

2022年8月4日,据财联社消息,1至6月,河北新建5G基站2.2万个,完成年度建设计划的88%。5G基站累计达到74266个,居全国第七位,同比增长136%。

2022年8月5日,中国移动官微发布消息称,黑龙江黑河自动驾驶测试场已完成5G专网基站建设,预计10月末完成后期平台建设,这是5G技术在全国首次应用于高寒地区自动驾驶测试领域。

架构分析

逻辑架构

5G基站主要用于提供5G空口协议功能,支持与用户设备、核心网之间的通信。按照逻辑功能划分,5G基站可分为5G基带单元与5G射频单元,二者之间可通过CPRI或eCPRI接口连接。

5G基带单元负责NR基带协议处理,包括整个用户面(UP)及控制面(CP)协议处理功能,并提供与核心网之间的回传接口(NG接口)以及基站间互连接口(Xn接口)。

5G射频单元主要完成NR基带信号与射频信号的转换及NR射频信号的收发处理功能。在下行方向,接收从5G基带单元传来的基带信号,经过上变频、数模转换以及射频调制、滤波、信号放大等发射链路(TX)处理后,经由开关、天线单元发射出去。在上行方向,5G射频单元通过天线单元接收上行射频信号,经过低噪放、滤波、解调等接收链路(RX)处理后,再进行模数转换、下变频,转换为基带信号并发送给5G基带单元。

设备体系

为了支持灵活的组网架构,适配不同的应用场景,5G无线接入网将存在多种不同架构、不同形态的基站设备。从设备架构角度划分,5G基站可分为BBU-AAU、CU-DU-AAU、BBU-RRU-Antenna、CU-DU-RRU-Antenna、一体化gNB等不同的架构。从设备形态角度划分,5G基站可分为基带设备、射频设备、一体化gNB设备以及其他形态的设备。

关键技术

5G基站建设组网多采用混合分层网络,这样就可以保证5G网络的易管理、可扩展、高可靠性,能够满足5G基站的高速数据传输业务。同时由于5G主要是实现数据业务传输,因此5G基站需要适应高楼大厦、河流湖泊、山区峡谷的复杂应用环境,为了保证5G基站建设的良好性和完整性,下文简要介绍5G基站建设的关键技术。

MR技术

MR是一种无线通信环境评估技术,其可以将采集到的信息发送给网络管理员,由网络管理员评判报告的价值,以便能够优化无线网络通信性能。MR技术应用包括覆盖评估、网络质量分析、越区覆盖分析、网络干扰分析、话务热点区域分析和载频隐性故障分析。MR可以渲染移动通信上下行信号强度,发现网络覆盖弱盲区,不但客观准确,还可以节省大量的时间、资源,能够及时发现网络覆盖问题,为网络覆盖优化提供进一步的依据。MR可以实现24小时×7天实时数据采集,完成上下行无线网络质量分析,反映全网通话质量的真实情况,提高全网通话后续数据支持。无线网络建设时,如果越区覆盖范围过大,将会干扰其他小区通信质量,MR可以直观地发现小区覆盖边界,判断是否存在越区覆盖,调整无线网络结构。话务热点区域分析可以实现话务密度、分布和资源利用率指标分析,实现关联性综合分析,制定容量站点、扩容站点的精确规划。

64QAM技术

64QAM能够合理的提升SINR,针对5G网络进行科学规划和设计,降低5G网络部署的复杂度,可以降低重叠覆盖引起的同频干扰及弱覆盖问题,在满足5G网络广覆盖的要求下,增加覆盖的深度,提升5G网络的综合覆盖率,从而实现热点区域连续覆盖、无缝覆盖,不仅能够让更多的用户接入到5G网络,同时还可以享受到高质量的通信服务。64QAM在5G网络通信中的应用分为两个步骤,分别是调制和解调。64QAM调制过程如下:64QAM能够将输入的6比特数据组成一个映射;多电平正交幅度调制生成一个64QAM中频信号并串转换,将两路并行码流改变为一路串行码流,可以增加一倍速率,码流从2进制改变为8进制,接着可以输出调制而成的RF信号。64QAM解调过程如下:5G网络传输信号时,由于受到自然环境或载波自身限制,信号传输难免受到噪声干扰导致信号发生畸变,如果畸变很小则可以直接判断为0或1,如果畸变比较严重,无法直接判断信号,就可以采用硬判决和软判断方法,准确、快速的识别信号。

抗干扰技术

5G网络基站建设时需要部署大量的无线设备,这些无线设备的数量非常多,安装部署地点也非常复杂,彼此之间就会产生相互干扰问题,造成干扰的原因主要包括设备本身存在故障,5G网络运行时频道经常发射错误的信号,影响自身信号质量;5G网络设备安装与配置严重不规范,影响5G信号发射的灵敏度。目前,5G网络干扰主要是指无线电干扰,这些干扰包括互调干扰、带外干扰。因此5G基站建设时,设计、施工人员需要从源头上解决信号存在干扰的问题,既可以保障信号的稳定性,也可以大大地提高控制管理效率。具体地,首先对基站无线电发射设备进行全电磁检测,将可能的将设备自身造成的干扰降到最低;其次是定期加强对发电设备的检查,一旦发现问题就及时进行处理,进而减少信号存在的干扰。

大规模MIMO技术

多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术,亦称为多天线技术,通过在通信链路的收发两端设置多个天线而充分利用空间资源,能提供分集增益以提升系统的可靠性,提供复用增益以增加系统的频谱效率,提供阵列增益以提高系统的功率效率,近20年来一直是无线通信领域的主流技术之一。目前,MIMO技术已被第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation Partnership Project,3GPP)的LTE/LTE-Advanced与电气电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)的WiMAX等4G标准采纳。但是,现有4G系统基站配置天线数较少(一般不超过8),MIMO性能增益受到极大限制。针对传统MIMO技术的不足,美国贝尔实验室的Marzetta于2010年提出了大规模MIMO(Massive MIMO或Very Large MIMO)概念。在大规模MIMO系统中,基站配置数十至数百个天线,较传统MIMO系统天线数增加1~2个数量级;基站充分利用系统的空间自由度,在同一视频资源服务若干用户。

传统MIMO到大规模MIMO的演变是一个从量变到质变的过程。由于大规模MIMO的基站天线数和空分用户数较传统MIMO有数量级增加,两者在无线通信基本原理与具体方法上既有相同之处也存在较大差异。近几年,在大规模MIMO的基础理论、信道测量与建模、信道信息获取、无线传输、实验和测试等方面已取得了丰硕成果。大规模MIMO已通过了较为理想的实验室验证和更接近实际的外场测试,并获得了符合预期的巨大性能增益。今后,各研发机构还会进一步开展组网验证,为大规模MIMO未来在5G系统的商用奠定良好基础。

测试方案

5G移动通信技术能够满足人们对于高速、大容量、高可靠、低时延等快速增长的移动通信业务的需求。而大规模MIMO有源天线技术作为5G移动通信的关键技术之一,它可以通过空间复用大幅度提升频谱利用效率,结合新型编码技术可以大幅度提升通信系统容量和通信速率。因此,大规模MIMO有源天线技术是目前5G移动通信基站所普遍采用的技术,但随之而来的便是5G基站天线如何进行测试的问题。

对于传统基站而言,天线与RRU(Radio Remote Unite,射频远程单元)是相互分离的,他们之间通过射频线缆连接,相对独立,性能互不影响,其各自的性能可以分别通过独立测试进行检验。天线的辐射性能测试可以在微波暗室通过远场或近场方式完成,无源天线的远场或近场测试均是目前测试天线性能所广泛采用的成熟的测试方法。RRU的射频指标可以在实验室通过传导方式测量。

参考传统基站测试方式,很容易提出把有源天线系统拆分成无源天线阵列和RRU两部分分别进行天线辐射性能测试和射频传导测试的方案。事实上,根据实验室测试经验,“无源天线阵列+功分网络+信号源”所测得的波束赋形方向图与5G基站有源天线一体化OTA(Over the Air,空口辐射)测试的结果并不一致。“RRU+耦合板”的射频性能传导测试结果与一体化OTA测得的射频辐射指标也存在差别。原因在于对于5G基站天线而言,天线与RRU集成在一起,一方面电磁耦合、有源驻波等干扰因素不能完全消除;另一方面,有源天线的校准及幅相加权是通过各个射频通道上的一系列有源器件配合完成的,与无源天线阵列通过无源的功分网络来进行幅相加权的方式差别很大。所以对于采用了大规模MIMO有源天线技术的5G基站而言,一体化OTA测试方式才能有效反映其性能指标。尤其到了毫米波频段,频段更高,设备尺寸更小,电磁干扰问题更加突出,拆分测试将会非常困难,只能采用一体化OTA测试方案。

2017年12月冻结的3GPP 5G新空口协议中已经写入了关于5G基站的所有射频性能指标的OTA测试规范,这意味着5G基站天线一体化OTA测试将会成为5G基站硬件性能测试的主要方案。然而目前射频指标的OTA测试却仍面临着诸多困难。

5G标准中定义的1-H,1-O和2-O的站型,均规定了相应的OTA射频测试项。尤其是1-O和2-O的站型,没有了传统的传导测试的天线接口,所有的射频测试项都需要在OTA环境下进行测试,测试项包含有发射功率,调制质量,占用带宽,邻道泄漏功率比,杂散,互调,灵敏度,阻塞,等等。所以用于OTA测试的全电波暗室例如:远场,紧缩场,中场,带有平面波产生器的小场等等成为必要的环境选择。3GPP标准中建议了远场,紧缩场,一维紧缩场,近场四种选择,并给出不同场的MU(Measurement Uncertainty)和相关测试项的校准和测试方法建议。对于一维紧缩场,目前已有机构根据类似的原理研发了平面波产生器,也进行了大量的系统测试和验证工作。

基站电源

问题

5G基站AAU采用Massive MIMO(大规模多输入多输出)技术,造成设备功率增大,5G基站功率约为4G基站的3~4倍;同时5G基站和现有基站大量共站建设,为基站的配套电力带来了较大的困难。如果直接共用原有开关电源,会带来开关电源容量不足,蓄电池后备时长不足的问题;如果需要新建或替换开关电源,则会浪费大量的投资。运营商对5G基站和原有基站电源后备时长需求不同,应如何配置开关电源及蓄电池;5G如何才能降低电能损耗,以上都是5G基站建设时需要解决的问题。

解决方案

传统开关电源

采用传统开关电源为5G供电是最常用的5G电源建设方案。传统开关电源供电:当开关电源总容量充足时,可直接利旧原有开关电源,扩容整流模块及蓄电池,当开关电源总容量不足时,可替换或新建一套开关电源。

优点:利用原有基站开关电源,只需扩容整流模块,可节省大量投资,缩短工期,可快速交付项目。采用传统开关电源供电时,交流电能通过开关电源一次转换后就可为设备供电,电能转换次数少,转换效率高。

缺点:AAU(有源天线单元)采用48V供电,供电距离较短,损耗大。采用同一套开关电源为原有设备及5G设备供电时,5G设备与其他原有设备备电时长相同。若原有蓄电池容量不足,新建蓄电池需要采用电池切换系统(也称电池共用管理器)进行并联,会增加建设成本。

DC/DC转换器

DC/DC(直流/直流)转换器为5G供电,是在传统供电方案的基础上,增加DC/DC设备。

优点:增加设备较少,供电距离较远。

缺点:电能转换次数多,转换过程中能量损耗大。

高压直流远供

高压直流远供,此方案是在传统开关电源的基础上,增加直流远供设备,用于为5G设备供电。

优点:供电距离远,5G应用场景基本没限制,适合远距离、大功率的供电场景,如果两站之间需要新建光缆,可采用光电复合缆,降低光缆电缆的施工费用,减少成本。

缺点:需增加的设备较多,短距离内电能因转换次数多,损耗大,相比传统开关电源投资大。

分布式电源

分布式电源为5G供电常用于存量基站和新建基站。

分布式电源+刀片电池

分布式电源+刀片电池为5G供电常用于存量基站和新建基站。

难点分析

5G网络全面云化,在带来功能灵活性的同时,也带来很多技术和工程难题:

(1)网络云化使跨层故障定界定位困难,后期升级过程也更加复杂而低效。

(2)边缘计算的引入使网元数目倍增,问题定位难度增大等问题。

(3)微服务化,用户更多的定制业务,也给业务编排能力提出了极高的要求。

(4)传输方面,海量隧道动态变化,人工规划和分析调整无法满足业务需求;高精度时钟的建设和维护要求高、难度大,需要新的支撑手段。大宽度传输,一旦出现故障,需要更快恢复的技术手段,否则将导致更大影响和损失。

基站能耗

问题

基站能耗以电为主,相比4G网络,5G不仅功耗提升了三倍以上,并且由于覆盖范围的衰减,5G基站的需求数量又是成倍增加,因此,对于运营商而言5G基站的高功耗甚至成为了主要制约5G建网的首要原因。

目前,5G基站主要能耗集中在基站、传输、电源和机房空调四部分,而其中基站的电费支出占整体网络能耗的80%以上。基站能耗中,负责处理信号编解码的基带单元(BBU)的功耗相对较小,而射频单元(RRU/AAU)是功耗的主要来源。

经测算,以当前平均1.3元/度的转供电价计算,一个4G基站每年的电费是20280元,一个5G基站每年的电费将高达54600元。

当前,移动通信基站机房均为全封闭机房,机房内的电源设备、发射设备、传输设备等都是较大的发热体。要保持机房一定的工作环境温度(基站环境标准GB50174-93规定常年基站温度18°C-28°C),主要靠空调来实现,为保障设备在恒温下运行,不因为温度过高而宕机,制冷系统就要不间断地为基站降温,也是导致运营成本居高不下的重要原因之一。

解决方案

1、由电力转供模式向直供模式转变。3月24日,工信部发布《关于推动5G加快发展的通知》指出,对具备条件的基站和机房等配套设施加快由转供电改直供电。在没有补贴的情况下,直供电价比转供电大约低20%左右。

2、政策扶持。不少地方政府在5G战略规划中提出了调降电费等定向支持,各地出台政策开放各类市政公共资源加快5G网络建设,资金支持也成为地方政策支撑的重点。


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