5G基站基本组成简介：

从设备架构角度划分，5G基站架构可分为：

BBU-AAU

CU-DU-AAU

BBU-RRU-Antenna

CU-DU-RRU- Antenna

一体化gNB等

BBU

全称Building Base band Unit ，中文名：基带处理单元。RRU（射频拉远单元）和BBU（基带处理单元）之间需要用光纤连接。一个BBU可以支持多个RRU。采用BBU+RRU多通道方案，可以很好地解决大型场馆的室内覆盖。

5G时代， BBU的物理结构也由于5G改变的网络框架而演变成了CU(集中单元）和DU（分布单元）。其中BBU的实时性比较强的部分，变成了DU(分布单元），而BBU的非实时性功能则演变为了CU(集中单元），此外5G核心网功能下沉到边缘，CU还将承载部分核心网的功能。CU的全称是Centralized Unit，顾名思义就是集中单元；DU的全称是Distributed Unit，含义自然就是分布单元了。CU和DU的切分是根据不同协议层实时性的要求来进行的。在这样的原则下，把原先BBU中的物理底层下沉到AAU中处理，对实时性要求高的物理高层，MAC，RLC层放在DU中处理，而把对实时性要求不高的PDCP和RRC层放到CU中处理。换一个角度说：DU负责独立、实时性要求高的功能；CU负责需要信息汇聚、实时性要求低的功能。

RRU

射频拉远单元RRU（Radio Remote Unit）带来了一种新型的分布式网络覆盖模式，它将大容量宏蜂窝基站集中放置在可获得的中心机房内，基带部分集中处理，采用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元，分置于网络规划所确定的站点上，从而节省了常规解决方案所需要的大量机房；同时通过采用大容量宏基站支持大量的光纤拉远，可实现容量与覆盖之间的转化。

RRU的工作原理是：基带信号下行经变频、滤波，经过射频滤波、经线性功率放大器后通过发送滤波传至天馈。上行将收到的移动终端上行信号进滤波、低噪声放大、进一步的射频小信号放大滤波和下变频，然后完成模数转换和数字中频处理等。RRU同基站接口的连接接口有两种：CPRI（Common Public Radio Interface 通用公共射频接口）及OBSAI（Open Base Station Architecture Initiative 开放式基站架构）。信号覆盖方式上，RRU可通过同频不同扰码方式，从NodeB引出。也可通过同频不同扰码方式，从RNC引出。这两种覆盖方式都是常规的方式，除此之外，对于3扇区，但配有多余信道板以及多余基带处理设备的基站可以利用基带池共享技术，将多余的基带处理设备设为第4小区。

BBU和RRU之间由光纤连接，RRU和天线之间由同轴连接。即主干光纤，支路同轴。BBU可以简单的理解为大脑；而RRU可以理解为手，只是去把信息拿回来交给大脑处理。所以不难理解，一个BBU可以接多个RRU。

5G之所以出现了AAU，其实是因为5G引入了Massive MIMO（大规模的多入多出）这个技术。MIMO是多入多出技术，这个其实比较好理解，你可以想象成公路，如果让公路上跑更多的车，就需要更多的车道，很显然的是八车道要比四车道的车流量要大得多。而MIMO越高阶，则需要天线越来越多，天线越来越多，馈线也就越来越多，RRU上的馈线接口也就越多，而这样工艺的复杂度也就越来越高。外加上馈线本身还有一定的衰耗，而这也会影响部分系统性能。也正是因为这个原因，5G之中，将RRU和原本的无源天线集成为一体，也就形成了最新的AAU(有源天线处理单元）。集成了天线，所以AAU的体积和重量都要大于RRU，耗电量也有比较大的增加，价格也要贵了许多

1）通过波束赋形（Beamforming）提升覆盖范围和减少干扰

波束赋形就是通过调整多天线的幅度和相位，赋予天线辐射图特定的形状和方向，使无线信号能量集中于更窄的波束上，从而 可增强覆盖范围和减少干扰。

有了波束赋形，可形成精确的用户级超窄波束，并随用户位置而移动，将能量定向投放到用户位置，相对传统宽波束天线可提升信号覆盖，同时降低区域内用户干扰。

同时，还能通过3D波束赋形在垂直维度增加一个可以利用的维度，从而可更灵活的调整区域的垂直覆盖范围，改变传统2D的无线设计方式。

2）通过空间多路复用提升区域容量

大规模天线阵列Massive MIMO可通过MU-MIMO，将在空间上复用的多个数据流同时发送给多个用户，从而 可成倍提升区域容量。

如果把无线网络比喻为高速公路，这相当于在不用增加频谱带宽的前提下，将道路扩多几条。

大规模天线阵列Massive MIMO技术好处多多， 但问题是，要实现大规模天线阵列Massive MIMO，采用多天线是前提。

波束赋形技术的性能潜力会随着天线数量的增加而增加， 为此， 5G Massive MIMO采用几十甚至过百个天线单元。而且，据工信部7月19日透露，目前我国5G基站数累计开通185.4万个，力争全年5G基站总数超200万个。 所以说，射频单元和天线单元集成一体的AAU设备是社会信息技术发展的必然选择。

未来即使是运营商走向SA组网，还是有大量的5G基站会和4G基站共站，而且也会有很多5G基站和4G基站共BBU，而且以后在很多农村区域，也完全可能会有4G、5G共BBU、RRU、天线的模式存在的。

如果在一些高流量需求的热点区域，即使频谱增加了，频谱效率也提升了，但仍然不能满足用户的流量需求，同时周围又无法获取新站址，无法新建基站，该怎么办？

只能采用增加扇区/小区的方法。

于是，运营商会将传统三扇区升级为六扇区，以实现容量倍增。

数一数，这座铁塔一共挂载了18个5G AAU设备，每根抱杆3个，占用了6根抱杆。这是来自日本运营商NTT DOCOMO的一座通信铁塔。

5G基站硬件架构简介：

5G基站设备的整体架构可分为2类：BBU+AAU/RRU 2层架构、CU+DU+AAU/RRU 3层架构。

其中，CU、DU为基带设备，共同完成5G基带协议处理的全部功能。CU负责高层基带协议处理，并提供与核心网之间的回传接口；DU完成底层基带协议处理，并提供与5G AAU/RRU之间的前传接口；CU与DU之间通过F1接口交互。BBU集成了CU与DU的全部基带处理功能。目前，5G基站设备主要采用BBU+AAU/RRU 2层架构，因此下文主要分析了5G BBU与AAU/RRU的硬件架构。DU设备架构与BBU类似，主要基于专用硬件平台实现，而CU设备则一般基于通用硬件平台实现。

（1）5GBBU硬件架构

5G BBU是基带设备，硬件架构如图1所示，包含基带处理单元、主控传输单元、电源模块以及接口单元等功能模块。其中，基带处理单元主要完成基带协议处理，提供与AAU/RRU通信的接口；主控传输单元负责基站的配置管理、信令处理、资源管理、数据传输，提供传输、时钟、LMT接口，电源模块主要用于设备内部直流供电的管理

硬件实现方面，5G BBU内部集成了多种半导体器件与芯片，主控传输单元与基带处理单元内部的核心器件如图2所示。处理器（CPU）主要用于高层基带协议以及控制信令处理；基带芯片（ASIC）是BBU的关键芯片，负责底层基带协议处理以及软件算法的实现；FPGA芯片用于基带协议处理中的硬件加速，实现加密/解密或接口转换等专用功能；光模块负责完成光电信号转换功能，用于前传接口处理；交换芯片用于与外部接口之间的数据交换；高精度晶振用于支持BBU内部各功能模块之间的同步。

（2）5G AAU/RRU硬件架构

5G AAU/RRU主要完成基带数字信号与射频模拟信号之间的转换以及射频信号的收发处理功能。

对于6 GHz以下频段，AAU设备主要分为64T64R、32T32R、16T16R 等主流规格，分别支持64、32、16个射频收发通道。随着通道数的增加，CPRI接口的带宽需求大幅上升，为了降低前传接口的带宽需求，

5G AAU采用eCPRI接口，将BBU的部分底层基带协议处理功能上移到AAU。对于2通道、4通道等低通道数的5G射频设备，仍采用传统的RRU+天线的设备形态，设备内部无内置的天线阵列。

5G AAU与RRU的硬件架构基本相同，如图3所示，设备内部包含了接口、数字基带、数字中频、收发信机、功放、双工器等主要模块与器件。其中，接口模块主要用于前传接口信号处理，数字基带模块负责底层基带信号处理，数字中频模块实现上下变频、预失真和波峰系数降低等功能，收发信机模块完成数模/模数转换（ADC/DAC）以及模拟信号的接收与发射信号处理功能，功放/低噪放分别完成下行与上行信号的放大，滤波器用于发射及接收信号的选频以及干扰抑制，双工器用于接收与发送通道的信号滤波与收发切换。

5G基站核心器件及产业现状

5G BBU核心器件

5G BBU主要基于专用硬件实现，内部集成了ASIC、CPU、FPGA等半导体器件，核心器件的产业发展状况直接影响BBU设备的性能。一方面，核心器件的性能与工艺水平决定了BBU设备整体的硬件处理能力与集成度；另一方面，半导体产业发展也可推动专用硬件平台代际更替，优化BBU硬件架构，提高设备性能。

5G BBU内部，基带芯片是最关键的器件之一，可以反映不同设备的性能差异。基带芯片一般采用设备厂商自研的ASIC架构，业界主要采用14 nm或7 nm工艺，5 nm芯片正在技术导入阶段，台积电和三星已具备5 nm量产能力。BBU使用的处理器主要以ARM架构和X86架构为主，采用高性能的处理器芯片以提供更强大的运算性能、更低的功耗，支持5G基带的复杂处理功能。FPGA即现场可编程门阵列，相比AISC，具有可编辑、更灵活、产品上市时间短等优势。5G BBU使用FPGA以更好地支持设备软硬件的后向升级。由于行业技术壁垒高，FPGA核心技术被Xilinx、Intel、Lattice等头部公司垄断，国外三巨头占据全球市场份额的90%。

5G AAU/RRU核心器件

5G AAU/RRU使用的核心器件主要包括基带芯片、数字中频芯片、收发信机芯片、ADC/DAC、功放、滤波器等。  其中，5G基站使用的功放主要采用LDMOS和氮化镓2种技术。在高频、大带宽、高功率的工作条件下，氮化镓功放的性能优于LDMOS。一般，5G高频段设备使用GaN功放，而低频设备则2种功放并用。LDMOS器件工艺比较成熟，主要采用8英寸140 nm工艺，主流供应商有NXP、Qorvo等。氮化镓器件成本较高，制造工艺更加复杂，主要厂商包括住友、Wolfspeed、Qorvo等国外厂商以及能讯、创元达等国内厂商。  高速高精度的ADC/DAC是5G基站的不可或缺的芯片。目前ADC/DAC市场份额分别被ADI、TI、MAXIM、等国外厂商独占，国内厂商在ADC/DAC芯片领域起步晚，能够量产高精度、高速度ADC/DAC的厂商较少，产品线比较单一。  基带与数字中频芯片的能力需满足100 MHz载波带宽、64路射频收发通道以及复杂的波束赋形算法处理的需求。主要采用主设备厂商自研的ASIC芯片，目前采用14 nm或7 nm工艺，下一代芯片将支持5 nm或3 nm技术。  收发信机芯片用于收发链路的信号处理，可集成数字变频、混频、多通道ADC/DAC、放大和滤波等功能。目前业界主流的芯片供应商为ADI和TI，单芯片支持四路射频通道处理，后续随着制程水平发展，可进一步提高单芯片的处理能力，降低AAU体积与功耗。  4G RRU使用的滤波器主要以金属腔体滤波器为主，工艺成熟、价格低，但由于金属整体切割导致体积较大。5G时代，AAU天线数量大幅增加，对滤波器的尺寸与发热性能也有更高的要求，使得金属腔体滤波器应用受限，陶瓷介质滤波器体积小、温度稳定性高，成为较好的解决方案。因此，5G AAU前期采用工艺成熟的小型化金属滤波器，后期将主要采用陶瓷介质滤波器。目前，规模较大的陶瓷介质滤波器厂商主要有灿勤、国华、凡谷等。