手机2G 3G 4G 5G 通信基站架构演进

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移动通信系统从第一代移动通信系统

(1G)开始逐渐发展,目前已经发展到第四代移动通信系统(4G),第五代移动通信系统(5G)也已经开始标准化,预计2020年商用。

本文分别总结2G、3G、4G和5G系统的基站架构。

一 2G

2G通信系统采用3级网络架构,即:BTS-BSC-核心网。2G核心网同时包含CS域和PS域。

2G通信系统起初主要采用一体式基站架构。一体式基站架构如下图所示,基站的天线位于铁塔上,其余部分位于基站旁边的机房内。天线通过馈线与室内机房连接。

一体式基站架构需要在每一个铁塔下面建立一个机房,建设成本和周期较长,也不方便网络架构的拓展。

 

 

后来发展成为分布式基站架构。分布式基站架构将BTS分为RRU和BBU。其中RRU主要负责跟射频相关的模块,包括4大模块:中频模块、收发信机模块、功放和滤波模块。BBU主要负责基带处理和协议栈处理等。RRU位于铁塔上,而BBU位于室内机房,每个BBU可以连接多个(3-4个)RRU。BBU和RRU之间采用光纤连接。

 

 

二 3G

发展3G网络时,为了节约网络建设成本,3G网络架构基本与2G保持一致。

3G通信系统同样采用3级网络架构,即NodeB – RNC - 核心网。3G核心网同时包含CS域和PS域。

3G时代主要采用分布式基站架构。类似地,分布式基站架构将NodeB分为BBU和RRU两部分。

 

 

三 4G

4G时代到来时,基站架构发生了较大的变化。为了降低端到端时延,4G采用了扁平化的网络架构。将原来的3级网络架构“扁平化”为2级:eNodeB-核心网。RNC的功能一部分分割在eNodeB中,一部分移至核心网中。4G核心网只包含PS域。

4G基站基本采用分布式基站的架构。同时,中国移动提出并推动的C-RAN架构也逐渐推广。C-RAN架构将BBU的功能进一步集中化、云化和虚拟化,每个BBU可以连接10-100个RRU,进一步降低网络的部署周期和成本。

与传统的分布式基站不同,C-RAN打破了远端无线射频单元和基带处理单元之间的固定连接关系。每个远端无线射频单元不属于任何一个基带处理单元实体。每个远端射频单元上发送和接收信号的处理都是在一个虚拟的基带基站完成的,而这个虚拟基站的处理能力是由实时虚拟技术分配基带池中的部分处理器构成的。

 

 

四 5G

为了进一步提高5G移动通信系统的灵活性,5G采用3级的网络架构,级DU-CU-核心网(5GC)。DU和CU共同组成gNB,每个CU可以连接1个或多个DU。CU和DU之间存在多种功能分割方案,可以适配不同的通信场景和不同的通信需求。

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