5G架构概述

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2021-12-06 20:59
关键字: 5G 逻辑架构 基站
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5G基站架构为了支持增强型移动宽带(eMBB)、超高可靠与低延迟(uRLLC)、大规模机器类通信(mMTC) 等多种业务应用,5G网络将引入NR新空口和新的网络架构,以提升峰值速率、时延、容量等网络性能指标,并具备更大的组网灵活性和可扩展性,以满足多样化的业务需求。目前,3GPP R15标准已经定义了5G无线网络的整体架构,5G无线接入网(NG-RAN) 由多个5G基站(gNB)组成。gNB向UE提供NR空口协议的终结,并通过NG接口连接到AMF/UPF等5G 核心网(5GC)网元,gNB之间通过Xn接口实现相互连接。5G基站的逻辑架构5G基站主要用于提供5G空口协议功能,支持与UE、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。5G基站设备体系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。BBU-AAU架构中,基带单元映射为单独的一个物理设备BBU,AAU集成了射频单元与天线单元,若采用eCPRI接口,AAU内部还包含部分物理层底层处理功能。CU-DU-AAU架构中,基带功能分布到CU、DU两个物理设备上,二者共同完成构成5G 基带单元,CU与DU间的F1接口为中传接口。BBURRU-Antenna架构中,RRU功能与AAU相同,区别在于RRU无内置天线单元,需要外接天线使用,主要用 于郊区等低容量需求或室内覆盖场景。一体化gNB架 构集成了5G基带单元、射频单元以及天线单元,属于高集成度、紧凑型设备,可用于局部区域补盲或室内覆盖等特殊场景。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。其中,5G基带设备又包含了BBU、CU、 DU不同类型的物理设备,5G射频设备包含了AAU和 RRU设备。

天线测量技术LTE 4G天线大部分为无源天线阵列,多采用射频模拟移相来调整天线下倾角度。而5G MassiveMIMO天线为收发通道与天线阵列集成一体的有源天线,其天线单元的幅度相位分配由数字基带部分完成。原无源天线的测试方法和指标不能满足5G天线的需求。5G天线要引入一些新的测试指标,以反应有源天线系统的设计优劣。无源测试指标增益、方向图等天线无源参数的测量仍可采用以前的测试方法进行测试。 [5] 有源下行指标等效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power, EIRP)为无线电发射机供给天线的功率与在给定方向上天线绝对增益的乘积。各方向具有相同单位增益的理想全向天线,通常作为无线通信系统的参考天线。有源上行指标等效全向灵敏度(EIS):当信号从某个方向来时,使 接收机满足正常接收的电磁波功率密度乘以球面面积;对于 增益为G的天线,EIS等于用理想全向天线接收一个增添了以 G为增益的放大器时的灵敏度。带内阻塞指标邻信道选择性(Adjacent Channel Selectivity,ACS):考量的是接收频带内存在大的干扰信号时接收机的接收能力。该指标主要通过上行信道成型滤波器、接收通道增益线性范围以及AGC功能来保证。

由于目前运营商为了降低运营成本,很多不同系统基站都采取共址建设,即不同系统基站采用共用天面甚至共用抱杆。共址测试的目的是判断不同系统基站天线在共用天面甚至抱杆时,相互之间的干扰程度,主要测试阻塞干扰以及杂散干扰。阻塞干扰是指本系统接收信号时,受到接收频带附近、高频回路带内其他系统的强干扰信号,超出了接收机的线性范围,导致接收机因饱和而无法工作;杂散干扰是指由于干扰源(其他系统)滤波特性不理想,使干扰源的带外信号以噪声的形式出现在本系统相邻频段内,使本系统基站的基底噪声抬升,接收机灵敏度降低,上行链路性能变差。

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