5G基站是5G網絡的核心設備,提供無線覆蓋,實現有線通信網絡與無線終端之間的無線信號傳輸。基站的架構、形態直接影響5G網絡如何部署。由于頻率越高,信號傳播過程中的衰減也越大,5G網絡的基站密度將更高。
截至2022年5月,中國已建成5G基站近160萬個,成為全球首個基于獨立組網模式規模建設5G網絡的國家。 [58] 
2022年7月23日消息,日前,國務院新聞辦公室舉行了國務院政策例行吹風會,工業和信息化部消費品工業司司長何亞瓊表示,千兆光網和5G為代表的“雙千兆”網絡是新型基礎設施的重要支撐,也是智能家電應用發展的關鍵環節 [66] 
中文名
5G基站
外文名
5G Base Station
特    點
密度高
關鍵技術
MR技術、Massive MIMO等
測試方法
OTA測試等
所屬領域
通信技術

5G基站發展歷程

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5G基站2018年

2018年3月30日,中國移動天津公司在中國移動5G聯合創新中心天津開放實驗室開通,這是中國第一批5G應用示范城市之一天津的首個5G基站。截至2018年3月30日,中國移動中國電信正在中國多地建設5G基站,包括雄安新區蘇州上海成都蘭州深圳廣州 [4]  。5月,湖北移動公司5G項目建設辦公室項目經理介紹,武漢2018年初被列入中國移動首批5G試點城市,計劃2018年完成超100座5G基站建設。主要分布在光谷、漢口江灘、漢口火車站三大區域,其中光谷是最大的5G基站分布區 [5]  。8月13日,北京聯通正式發布了“5G NEXT”計劃,北京市首批5G站點同步正式啟動 [6] 

5G基站2019年

2019年1月27日,中國移動通信集團青海有限公司宣布,青海西寧已建成并開通了首個5G基站 [3]  。10月31日,在2019中國國際信息通信展覽會開幕式上,工信部與中國電信、中國聯通、中國移動、中國鐵塔共同宣布啟動5G商用 [7] 

5G基站2020年

2020年1月20日,工信部負責人在國新辦舉行的2019年工業通信業發展情況新聞發布會上表示,2019年中國5G基礎設施建設和應用力度加大,2019年底全國共建成5G基站超13萬個 [8]  。截至2月底,全國建設開通5G基站已達16.4萬個 [9]  。截至3月底,全國已建成5G基站達19.8萬個,預計全年新建5G基站超過50萬個 [10]  。截至5月17日,中國開通5G基站超過20萬個 [11]  。截至6月底,5G基站累計達到41萬個。 [12] 
2020年4月30日16時左右,全球海拔最高的5G基站正式投入使用,5G信號首次“登頂”世界之巔 [13] 
2020年8月12日中國聯通香港上市公司發布的2020年上半年業績報告顯示,公司與中國電信新增共建共享5G基站約15萬座。公司可用5G基站累計達到約21萬座,其中自建超過10萬座,在超過50個重點城市實現連續覆蓋。 [14]  截至8月底,通過通信大數據平臺監測數據顯示,中國的5G用戶超過了1.1億。11月,國際電信聯盟(ITU)將完成IMT-2020規范的審批。 [15] 
截至2020年9月,中國移動已在全國完成了35萬個5G基站的建設項目,在全國340個地市和重點縣提供了5G的商用服務,同時打造了100余個全國集團級的5G龍頭示范項目,帶動了超過兩千個省級的區域特色項目。中國移動集團公司政企事業部總經理劉堅在2020年河南移動5G產業高峰論壇致辭中提到。 [16] 
截至2020年9月23日,全國已建設開通5G基站超50萬個,累計終端連接數已超過1億。
截至2020年11月12日,中國已建成近70萬個5G基站,5G終端連接數已超過1.8億,良好的基礎設施促進了許多基于5G的新應用。
截至2020年11月26日,中國聯通和中國電信已經共建了超30萬個5G基站,5G網絡基本覆蓋了全國地級以上城市主要城區。 [1] 
2020年12月15日,工業和信息化部副部長劉烈宏表示,中國已建成全球最大5G網絡,累計已建成5G基站71.8萬個,推動共建共享5G基站33萬個。 [17] 
2020年12月21日消息,在近日舉行的 “2020 通信產業大會暨第十五屆通信技術年會”上,國家電網能源研究院能源決策支持中心博士、研究員高洪達指出,短期內,5G基站引起三大運營商的電費增長并不明顯,但到2026年全部升級為5G后,將會達到2.1%,甚至高于數據中心(約2%)的耗電量水平。 [18] 
2020年全年,我國新開通5G基站超60萬個,5G終端連接數超過2億 [2] 

5G基站2021年

2021年1月26日,工信部發布數據,2020年全年我國新開通5G基站超60萬個,5G終端連接數超過2億,超高清視頻、云游戲等個人應用場景逐漸豐富 [2] 
2021年,按照黨中央、國務院決策部署,工信部扎實推進5G等新型基礎設施建設,先后印發《“雙千兆”網絡協同發展行動計劃(2021-2023年)》、《5G應用“揚帆”行動計劃(2021-2023年)》等文件,促進5G網絡建設和應用高質量發展。 [36] 
2021年3月1日,國務院新聞辦公室舉行新聞發布會,介紹工業和信息化發展情況并答記者問:到2020年底,累計開通5G基站71.8萬個,5G手機終端連接數突破2億戶;IPv6規模部署縱深推進,活躍連接數達到13.9億,4G網絡IPv6流量占比從無到有,超過15%。海底光纜、跨境陸纜等國際信息通信基礎設施建設步伐加快,“一帶一路”沿線國家互聯互通水平穩步提升。 [19] 
2021年5月17日,在2021世界電信和信息社會日大會開幕上,工業和信息化部副部長劉烈宏表示,截至2021年3月底,我國建成5G基站81.9萬個,占全球70%以上,建成全球規模最大的5G獨立組網網絡,5G應用創新案例已超過9000個,5G正快速融入千行百業。2021年計劃新建5G基站60萬個。為推進獨立組網模式規模化應用,自5月17日起,新進網5G終端將默認開啟5G獨立組網(SA)功能,新建5G網絡全面支持IPv6。 [28] 
截至2021年6月,已建成 5G 基站近 85 萬個,形成全球最大 5G 獨立組網網絡,5G 行業應用創新案例已超過 1 萬個。 [29] 
截至2021年8月份,中國累計建成5G基站達到103.7萬座,已覆蓋全國所有的地市級城市,以及95%以上的縣城城區和35%的鄉鎮鎮區。5G手機產品加速滲透,今年1-8月份,國內5G手機出貨量達到1.68億部,同比增長80%。尤其是8月份,5G手機占比已經提升到74%。 [31] 
2021年9月13日,工信部部長肖亞慶在國新辦召開的發布會上說,我國建成全球最大規模光纖和移動通信網絡。5G基站、終端連接數全球占比分別超過70%和80%。 [30]  截至9月底,北京市已建成5G基站4.7萬個,基本實現全市5G網絡覆蓋 [33] 
2021年10月19日,工業和信息化部新聞發言人、運行監測協調局局長羅俊杰表示,目前中國5G基站數達115.9萬個,5G終端連接數達4.5億戶,千兆光網具備覆蓋超過2億戶家庭的能力。 [32] 
在2021中國移動全球合作伙伴大會主論壇上 在2021中國移動全球合作伙伴大會主論壇上 [34]  
2021年11月2日,在2021中國移動全球合作伙伴大會主論壇上,中國移動總經理董昕在題為《與您攜手 共贏未來》的致辭中表示:建設好“5G+算力網絡+智慧中臺”新型信息基礎設施,構筑好“連接+算力+能力”新型信息服務體系,助推數字經濟更好地服務和融入新發展格局。 [34] 
2021年11月16日,工信部召開“十四五”信息通信業發展規劃新聞發布會。會上,工信部信息通信發展司司長謝存表示,目前,我國已建成5G基站超過115萬個,占全球70%以上,是全球規模最大、技術最先進的5G獨立組網網絡。全國所有地級市城區、超過97%的縣城城區和40%的鄉鎮鎮區實現5G網絡覆蓋;5G終端用戶達到4.5億戶,占全球80%以上。 [35] 
截至2021年11月底,我國累計建成5G基站139.6萬個,覆蓋全國所有地級以上城市市區、超過97%的縣區以及50%的鄉鎮鎮區;5G共建共享走向深入,電信運營企業共建共享5G基站超過80萬個,促進5G網絡集約高效發展;三家基礎電信企業的移動電話用戶總數達16.42 億戶,其中5G手機終端連接數達4.97億戶,比上年末凈增2.98億戶。 [39] 
2021年11月,工業和信息化部發布第二批“5G+工業互聯網”典型應用場景,我國已建5G+工業互聯網項目超1800個,覆蓋22個重點行業領域,形成了柔性生產制造、設備預測維護等20個典型應用場景。 [39] 
2021年12月23日,中國信息通信研究院主辦的“2022年ICT深度觀察報告會”上,工業和信息化部總工程師韓夏披露了一組數據。截至2021年11月,我國累計建成開通5G基站超過139萬個。 [3]  [28-29]   [32]  [35]  [37] 
2021年,河南省全面實現了鄉鎮以上和農村熱點區域的5G網絡全覆蓋,全省5G基站總數突破9.66萬個,居全國第5位。 [38] 
截至2021年12月底,我國共有671款5G終端獲得進網許可,其中491款5G手機、161款無線數據終端、19款車載無線終端;各省市共出臺各類5G扶持政策文件583個,其中省級70個,市級264個,區縣級249個。 [39] 
截至2021年底,我國累計建成并開通5G基站142.5萬個,建成全球最大5G網,實現覆蓋所有地級市城區、超過98%的縣城城區和80%的鄉鎮鎮區。我國5G基站總量占全球60%以上,每萬人擁有5G基站數達到10.1個,比上年末提高近1倍。超300個城市啟動千兆光纖寬帶網絡建設。 [41] 
截至2021年11月,山西省累計建成5G基站33265個,重點場所5G網絡覆蓋率達95%。 [43] 
《中華人民共和國2021年國民經濟和社會發展統計公報》顯示:2021年末,5G基站143萬個 [45] 
2022年1月,工業和信息化部發布《2021年通信業統計公報》,顯示截至2021年底,我國累計建成并開通5G基站142.5萬個,總量占全球60%以上,每萬人擁有5G基站數達到10.1個。 [40] 
國家互聯網信息辦公室發布《數字中國發展報告(2021年)》指出,截至2021年底,我國已建成142.5萬個5G基站,總量占全球60%以上,5G用戶數達到3.55億戶。2017年到2021年,我國數字經濟規模從27.2萬億增至45.5萬億元,總量穩居世界第二,年均復合增長率達13.6%,占國內生產總值比重從32.9%提升至39.8%,成為推動經濟增長的主要引擎之一。 [70] 

5G基站2022年

2022年2月15日消息,云南省人民政府新聞辦公室召開《“十四五”云南信息通信行業發展規劃》新聞發布會,《規劃》明確,到2025年,云南省5G基站數量達到15萬個。 [42] 
2022年2月28日,國新辦就促進工業和信息化平穩運行和提質升級有關情況舉行發布會,2022年目標是5G基站要新建60萬個以上,基站總數2022年底達到200萬個。 [44] 
2022年3月8日,工信部部長肖亞慶在接受采訪時表示,我國5G基站總數已經超過了142.5萬座。下一步,工信部將在基站建設上進一步下功夫,2022年力爭超過200萬座,打好網絡基礎。 [46] 
2022年3月,5G基站建設穩步推進。截至2月份末,5G基站總數達150.6萬個,占移動基站總數的15%。其中,1~2月份新建5G基站8.1萬個。 [47] 
2022年3月23日,在中國移動2021年度業績發布會上,中國移動董事長楊杰表示,目前700M 5G網絡進展比較順利,通過與中國廣電共建共享,去年共建設20萬個700M基站,今年計劃再建設28萬個700M基站,屆時,700M網絡將實現全國覆蓋。 [48] 
2022年3月,據國資委網站,國家能源集團龍源江蘇公司環港風電場、海安海上風電場先后成功建成江蘇省首批中近海海域海上風機 5G 基站。 [49] 
2022年4月5日,海南三亞方艙醫院首個中國移動4/5G基站建通,5G測試下載達934Mbps,上行達116Mbps。 [50] 
2022年4月,來自中國電信官方消息,中國電信2022年自研5G擴展型小基站集中采購項目,擬采取單一來源方式采購,中國電信股份有限公司廣東研究院中標。 [51] 
2022年4月,中國廣電5G核心網廣西節點竣工儀式在中國—東盟網絡視聽產業基地舉行,廣西節點的竣工,標志著廣西成為全國率先完成廣電5G核心網省級節點建設的省份之一。 [52] 
2022年4月15日,國家發展改革委舉行專題新聞發布會,介紹積極擴大有效投資有關工作情況。國家發展改革委高技術司副司長、一級巡視員孫偉介紹,今年一季度,國內新建5G基站8.1萬個,總規模超過150.6萬個。 [53] 
2022年4月18日,記者從“奮進自貿港 建功新時代”迎接海南省第八次黨代會系列新聞發布會(第三場)重大項目和重大基礎設施建設專場獲悉,2019年海南在國內率先實現“縣縣通5G”,2020年基本實現海口、三亞主城區室外覆蓋、其他市縣城區熱點覆蓋,至2025年,海南將實現5G基站數量翻番,預計建設2.5萬個5G基站。 [54] 
2022年4月19日,國務院新聞辦公室舉行新聞發布會。工信部新聞發言人趙志國稱,下一步,工信部將持續提升網絡覆蓋的深度和廣度,全年推動完成60萬個5G基站建設,千兆光網的覆蓋能力超過4億戶家庭。 [55]  一季度新建5G基站達到了13.4萬個,累計開通近156萬個5G基站。一季度新增5G移動電話用戶數達到4811萬戶,總數累計達到了4.03億戶,占移動電話用戶總數的比例達到了24.3%。 [56] 
2022年4月19日,國新辦舉行的新聞發布會公布,一季度,我國5G基站新增13.4萬個,累計建成開通155.9萬個,5G網絡已覆蓋全國所有地級市和縣城城區。 [57] 
2022年5月,中國建成5G基站近160萬個,成為全球首個基于獨立組網模式規模建設5G網絡的國家。固定寬帶由百兆邁向千兆跨越升級,光纖用戶占比由2012年的不到10%提升至2021年的94.3%。 [58] 
2022年5月,廣東省通信管理局發布了2021年廣東省互聯網行業發展情況報告,報告顯示,截至2021年12月底,廣東省5G基站建成17.1萬個;5G用戶4096萬戶,占全省移動寬帶用戶總數的26.9%;網民規模達8901.1萬,互聯網普及率76.6%。 [59] 
據工業和信息化部最新統計顯示:截至4月末,我國已建成5G基站161.5萬個,成為全球首個基于獨立組網模式規模建設5G網絡的國家。5G基站占移動基站總數的比例為16%。 [60] 
2022年6月14日,工信部副部長辛國斌表示,十年來,我國信息通信業實現迭代跨越,建成全球規模最大、技術領先的網絡基礎設施。其中,光纖網絡接入帶寬實現從十兆到百兆再到千兆的指數級增長,移動網絡實現從“3G突破”到“4G同步”再到“5G引領”的跨越。韓夏表示,工信部將全面加強信息基礎設施建設,擴大5G網絡覆蓋深度,加快5G等新興技術規模化應用,助力經濟高質量發展和民生持續改善。 [61] 
截至2022年4月,上海已累計建成開通5G基站51716個,5G應用“海上揚帆”行動計劃穩步推進,5G已經逐漸成為上海數字經濟發展舞臺上的“主角”之一。 [62] 
2022年7月8日,在2022中國數字經濟創新發展大會高峰論壇上,中國移動總經理董昕表示,中國移動累計開通5G基站超過了95萬個,其中,廣東超過10萬個;千兆光纖覆蓋超過1.8億戶,其中,廣東超過兩千萬戶;數據中心機架超過了116萬架,其中,廣東超過13萬架。 [63] 
截至2022年5月底,全國建成開通5G基站170萬個,覆蓋全國所有地級市、縣城城區和92%的鄉鎮鎮區,每萬人5G基站數超過12個。 [64] 
2022年7月19日,工信部信息通信管理局負責人王鵬在國新辦發布會上表示,我國累計建成開通5G基站185.4萬個,其中二季度新增基站近30萬個,實現“縣縣通5G、村村通寬帶”。 [65] 
2022年8月,2022年上半年,北京新型信息通信基礎設施建設成效顯著,共建成并開通5G基站7000多個,使北京5G基站數達到5.9萬個,平均每萬人5G基站數27個,列全國第一。 [67] 
2022年8月,全球六成5G基站在中國 中國12%的5G基站在廣東。 [68] 
2022年1至6月,河北省新建5G基站2.2萬個,完成年度建設計劃的88%。5G基站累計達到74266個,居全國第七位,同比增長136%。 [69] 
2022年8月12日消息,福建省通信管理局最新統計數據顯示,福建省已建成 5G 基站超 6 萬個,基本實現所有鄉鎮 5G 網絡覆蓋。 [71] 
2022年8月14日消息,據央視介紹,山東省現已建設超 13萬個5G基站。 [72] 
2022年8月18日,記者從上海無線電檢測行業聯盟2022創新發展論壇獲悉,上海目前已累計建設超6萬個5G室外基站、21萬個5G室內小站。 [73] 
截至2022年7月底,全國建成開通5G基站196.8萬個,所有地級市城區、縣城城區和96%的鄉鎮鎮區實現5G網絡覆蓋,5G移動電話用戶達到4.75億戶,比2021年末凈增1.2億戶。 [74] 
2022年8月31日,中國互聯網絡信息中心(CNNIC)在京發布第50次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》。《報告》顯示,截至2022年6月,我國網民規模為10.51億,互聯網普及率達74.4%。 [75] 

5G基站架構分析

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5G基站邏輯架

5G基站主要用于提供5G空口協議功能,支持與用戶設備、核心網之間的通信。按照邏輯功能劃分,5G基站可分為5G基帶單元與5G射頻單元,二者之間可通過CPRI或eCPRI接口連接。
5G基帶單元負責NR基帶協議處理,包括整個用戶面(UP)及控制面(CP)協議處理功能,并提供與核心網之間的回傳接口(NG接口)以及基站間互連接口(Xn接口)。
5G射頻單元主要完成NR基帶信號與射頻信號的轉換及NR射頻信號的收發處理功能。在下行方向,接收從5G基帶單元傳來的基帶信號,經過上變頻數模轉換以及射頻調制、濾波、信號放大等發射鏈路(TX)處理后,經由開關、天線單元發射出去。在上行方向,5G射頻單元通過天線單元接收上行射頻信號,經過低噪放、濾波、解調等接收鏈路(RX)處理后,再進行模數轉換下變頻,轉換為基帶信號并發送給5G基帶單元。 [20] 

5G基站設備體系

為了支持靈活的組網架構,適配不同的應用場景,5G無線接入網將存在多種不同架構、不同形態的基站設備。從設備架構角度劃分,5G基站可分為BBU-AAU、CU-DU-AAU、BBU-RRU-Antenna、CU-DU-RRU-Antenna、一體化gNB等不同的架構。從設備形態角度劃分,5G基站可分為基帶設備、射頻設備、一體化gNB設備以及其他形態的設備。 [20] 

5G基站關鍵技術

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5G基站建設組網多采用混合分層網絡,這樣就可以保證5G網絡的易管理、可擴展、高可靠性,能夠滿足5G基站的高速數據傳輸業務。同時由于5G主要是實現數據業務傳輸,因此5G基站需要適應高樓大廈、河流湖泊、山區峽谷的復雜應用環境,為了保證5G基站建設的良好性和完整性,下文簡要介紹5G基站建設的關鍵技術。 [21] 

5G基站MR技術

MR是一種無線通信環境評估技術,其可以將采集到的信息發送給網絡管理員,由網絡管理員評判報告的價值,以便能夠優化無線網絡通信性能。MR技術應用包括覆蓋評估、網絡質量分析、越區覆蓋分析、網絡干擾分析、話務熱點區域分析和載頻隱性故障分析。MR可以渲染移動通信上下行信號強度,發現網絡覆蓋弱盲區,不但客觀準確,還可以節省大量的時間、資源,能夠及時發現網絡覆蓋問題,為網絡覆蓋優化提供進一步的依據。MR可以實現24小時×7天實時數據采集,完成上下行無線網絡質量分析,反映全網通話質量的真實情況,提高全網通話后續數據支持。無線網絡建設時,如果越區覆蓋范圍過大,將會干擾其他小區通信質量,MR可以直觀地發現小區覆蓋邊界,判斷是否存在越區覆蓋,調整無線網絡結構。話務熱點區域分析可以實現話務密度、分布和資源利用率指標分析,實現關聯性綜合分析,制定容量站點、擴容站點的精確規劃。 [21] 

5G基站64QAM技術

64QAM能夠合理的提升SINR,針對5G網絡進行科學規劃和設計,降低5G網絡部署的復雜度,可以降低重疊覆蓋引起的同頻干擾及弱覆蓋問題,在滿足5G網絡廣覆蓋的要求下,增加覆蓋的深度,提升5G網絡的綜合覆蓋率,從而實現熱點區域連續覆蓋、無縫覆蓋,不僅能夠讓更多的用戶接入到5G網絡,同時還可以享受到高質量的通信服務。64QAM在5G網絡通信中的應用分為兩個步驟,分別是調制和解調。64QAM調制過程如下:64QAM能夠將輸入的6比特數據組成一個映射;多電平正交幅度調制生成一個64QAM中頻信號;并串轉換,將兩路并行碼流改變為一路串行碼流,可以增加一倍速率,碼流從2進制改變為8進制,接著可以輸出調制而成的RF信號。64QAM解調過程如下:5G網絡傳輸信號時,由于受到自然環境或載波自身限制,信號傳輸難免受到噪聲干擾導致信號發生畸變,如果畸變很小則可以直接判斷為0或1,如果畸變比較嚴重,無法直接判斷信號,就可以采用硬判決和軟判斷方法,準確、快速的識別信號。 [21] 

5G基站抗干擾技術

5G網絡基站建設時需要部署大量的無線設備,這些無線設備的數量非常多,安裝部署地點也非常復雜,彼此之間就會產生相互干擾問題,造成干擾的原因主要包括設備本身存在故障,5G網絡運行時頻道經常發射錯誤的信號,影響自身信號質量;5G網絡設備安裝與配置嚴重不規范,影響5G信號發射的靈敏度。5G網絡干擾主要是指無線電干擾,這些干擾包括互調干擾、帶外干擾。因此5G基站建設時,設計、施工人員需要從源頭上解決信號存在干擾的問題,既可以保障信號的穩定性,也可以大大地提高控制管理效率。具體地,首先對基站無線電發射設備進行全電磁檢測,將可能的將設備自身造成的干擾降到最低;其次是定期加強對發電設備的檢查,一旦發現問題就及時進行處理,進而減少信號存在的干擾。 [21] 

5G基站大規模MIMO技術

多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技術,亦稱為多天線技術,通過在通信鏈路的收發兩端設置多個天線而充分利用空間資源,能提供分集增益以提升系統的可靠性,提供復用增益以增加系統的頻譜效率,提供陣列增益以提高系統的功率效率,近20年來一直是無線通信領域的主流技術之一。MIMO技術已被第三代合作伙伴計劃(The 3rd Generation Partnership Project,3GPP)的LTE/LTE-Advanced與電氣電子工程師協會(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)的WiMAX等4G標準采納。但是,現有4G系統基站配置天線數較少(一般不超過8),MIMO性能增益受到極大限制。針對傳統MIMO技術的不足,美國貝爾實驗室的Marzetta于2010年提出了大規模MIMO(Massive MIMO或Very Large MIMO)概念。在大規模MIMO系統中,基站配置數十至數百個天線,較傳統MIMO系統天線數增加1~2個數量級;基站充分利用系統的空間自由度,在同一時頻資源服務若干用戶。
傳統MIMO到大規模MIMO的演變是一個從量變到質變的過程。由于大規模MIMO的基站天線數和空分用戶數較傳統MIMO有數量級增加,兩者在無線通信基本原理與具體方法上既有相同之處也存在較大差異。近幾年,在大規模MIMO的基礎理論、信道測量與建模、信道信息獲取、無線傳輸、實驗和測試等方面已取得了豐碩成果。大規模MIMO已通過了較為理想的實驗室驗證和更接近實際的外場測試,并獲得了符合預期的巨大性能增益。今后,各研發機構還會進一步開展組網驗證,為大規模MIMO未來在5G系統的商用奠定良好基礎。 [22] 

5G基站測試方案

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5G移動通信技術能夠滿足人們對于高速、大容量、高可靠、低時延等快速增長的移動通信業務的需求。而大規模MIMO有源天線技術作為5G移動通信的關鍵技術之一,它可以通過空間復用大幅度提升頻譜利用效率,結合新型編碼技術可以大幅度提升通信系統容量和通信速率。因此,大規模MIMO有源天線技術是5G移動通信基站所普遍采用的技術,但隨之而來的便是5G基站天線如何進行測試的問題。
對于傳統基站而言,天線與RRU(Radio Remote Unite,射頻遠程單元)是相互分離的,他們之間通過射頻線纜連接,相對獨立,性能互不影響,其各自的性能可以分別通過獨立測試進行檢驗。天線的輻射性能測試可以在微波暗室通過遠場或近場方式完成,無源天線的遠場或近場測試均是測試天線性能所廣泛采用的成熟的測試方法。RRU的射頻指標可以在實驗室通過傳導方式測量。
參考傳統基站測試方式,很容易提出把有源天線系統拆分成無源天線陣列和RRU兩部分分別進行天線輻射性能測試和射頻傳導測試的方案。事實上,根據實驗室測試經驗,“無源天線陣列+功分網絡+信號源”所測得的波束賦形方向圖與5G基站有源天線一體化OTA(Over the Air,空口輻射)測試的結果并不一致。“RRU+耦合板”的射頻性能傳導測試結果與一體化OTA測得的射頻輻射指標也存在差別。原因在于對于5G基站天線而言,天線與RRU集成在一起,一方面電磁耦合、有源駐波等干擾因素不能完全消除;另一方面,有源天線的校準及幅相加權是通過各個射頻通道上的一系列有源器件配合完成的,與無源天線陣列通過無源的功分網絡來進行幅相加權的方式差別很大。所以對于采用了大規模MIMO有源天線技術的5G基站而言,一體化OTA測試方式才能有效反映其性能指標。尤其到了毫米波頻段,頻段更高,設備尺寸更小,電磁干擾問題更加突出,拆分測試將會非常困難,只能采用一體化OTA測試方案。
2017年12月凍結的3GPP 5G新空口協議中已經寫入了關于5G基站的所有射頻性能指標的OTA測試規范,這意味著5G基站天線一體化OTA測試將會成為5G基站硬件性能測試的主要方案。然而射頻指標的OTA測試卻仍面臨著諸多困難。 [23] 
5G標準中定義的1-H,1-O和2-O的站型,均規定了相應的OTA射頻測試項。尤其是1-O和2-O的站型,沒有了傳統的傳導測試的天線接口,所有的射頻測試項都需要在OTA環境下進行測試,測試項包含有發射功率,調制質量,占用帶寬,鄰道泄漏功率比,雜散,互調,靈敏度,阻塞,等等。所以用于OTA測試的全電波暗室例如:遠場,緊縮場,中場,帶有平面波產生器的小場等等成為必要的環境選擇。3GPP標準中建議了遠場,緊縮場,一維緊縮場,近場四種選擇,并給出不同場的MU(Measurement Uncertainty)和相關測試項的校準和測試方法建議。對于一維緊縮場,已有機構根據類似的原理研發了平面波產生器,也進行了大量的系統測試和驗證工作。 [24] 

5G基站基站電源

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5G基站問題

5G基站AAU采用Massive MIMO(大規模多輸入多輸出)技術,造成設備功率增大,5G基站功率約為4G基站的3~4倍;同時5G基站和現有基站大量共站建設,為基站的配套電力帶來了較大的困難。如果直接共用原有開關電源,會帶來開關電源容量不足,蓄電池后備時長不足的問題;如果需要新建或替換開關電源,則會浪費大量的投資。運營商對5G基站和原有基站電源后備時長需求不同,應如何配置開關電源及蓄電池;5G如何才能降低電能損耗,以上都是5G基站建設時需要解決的問題。 [25] 

5G基站解決方案

傳統開關電源
采用傳統開關電源為5G供電是最常用的5G電源建設方案。傳統開關電源供電:當開關電源總容量充足時,可直接利舊原有開關電源,擴容整流模塊及蓄電池,當開關電源總容量不足時,可替換或新建一套開關電源。 [25] 
優點:利用原有基站開關電源,只需擴容整流模塊,可節省大量投資,縮短工期,可快速交付項目。采用傳統開關電源供電時,交流電能通過開關電源一次轉換后就可為設備供電,電能轉換次數少,轉換效率高。 [25] 
缺點:AAU(有源天線單元)采用48V供電,供電距離較短,損耗大。采用同一套開關電源為原有設備及5G設備供電時,5G設備與其他原有設備備電時長相同。若原有蓄電池容量不足,新建蓄電池需要采用電池切換系統(也稱電池共用管理器)進行并聯,會增加建設成本。 [25] 
DC/DC(直流/直流)轉換器為5G供電,是在傳統供電方案的基礎上,增加DC/DC設備。 [25] 
優點:增加設備較少,供電距離較遠。 [25] 
缺點:電能轉換次數多,轉換過程中能量損耗大。 [25] 
高壓直流遠供
高壓直流遠供,此方案是在傳統開關電源的基礎上,增加直流遠供設備,用于為5G設備供電。 [25] 
優點:供電距離遠,5G應用場景基本沒限制,適合遠距離、大功率的供電場景,如果兩站之間需要新建光纜,可采用光電復合纜,降低光纜電纜的施工費用,減少成本。 [25] 
缺點:需增加的設備較多,短距離內電能因轉換次數多,損耗大,相比傳統開關電源投資大。 [25] 
分布式電源為5G供電常用于存量基站和新建基站。 [25] 
分布式電源+刀片電池
分布式電源+刀片電池為5G供電常用于存量基站和新建基站。 [25] 

5G基站基站能耗

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5G基站問題

基站能耗以電為主,相比4G網絡,5G不僅功耗提升了三倍以上,并且由于覆蓋范圍的衰減,5G基站的需求數量又是成倍增加,因此,對于運營商而言5G基站的高功耗甚至成為了主要制約5G建網的首要原因。 [26] 
5G基站 5G基站
目前,5G基站主要能耗集中在基站、傳輸、電源和機房空調四部分,而其中基站的電費支出占整體網絡能耗的80%以上。基站能耗中,負責處理信號編解碼的基帶單元(BBU)的功耗相對較小,而射頻單元(RRU/AAU)是功耗的主要來源。
經測算,以當前平均1.3元/度的轉供電價計算,一個4G基站每年的電費是20280元,一個5G基站每年的電費將高達54600元。
當前,移動通信基站機房均為全封閉機房,機房內的電源設備、發射設備、傳輸設備等都是較大的發熱體。要保持機房一定的工作環境溫度(基站環境標準GB50174-93規定長年基站溫度18°C-28°C),主要靠空調來實現,為保障設備在恒溫下運行,不因為溫度過高而宕機,制冷系統就要不間斷地為基站降溫,也是導致運營成本居高不下的重要原因之一。 [26] 

5G基站解決方案

1、由電力轉供模式向直供模式轉變。3月24日,工信部發布《關于推動5G加快發展的通知》指出,對具備條件的基站和機房等配套設施加快由轉供電改直供電。在沒有補貼的情況下,直供電價比轉供電大約低20%左右。 [26] 
2、政策扶持。不少地方政府在5G戰略規劃中提出了調降電費等定向支持,各地出臺政策開放各類市政公共資源加快5G網絡建設,資金支持也成為地方政策支撐的重點。 [26] 

5G基站難點分析

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5G網絡全面云化,在帶來功能靈活性的同時,也帶來很多技術和工程難題:
(1)網絡云化使跨層故障定界定位困難,后期升級過程也更加復雜而低效。
(2)邊緣計算的引入使網元數目倍增,問題定位難度增大等問題。
(3)微服務化,用戶更多的定制業務,也給業務編排能力提出了極高的要求。
(4)傳輸方面,海量隧道動態變化,人工規劃和分析調整無法滿足業務需求;高精度時鐘的建設和維護要求高、難度大,需要新的支撐手段。大寬度傳輸,一旦出現故障,需要更快恢復的技術手段,否則將導致更大影響和損失。 [27] 
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參考資料