一文看懂RRU：基站輻射的「萬惡之源」

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基站，其實早已像水和電一樣融入了我們的生活，無時無刻不在為我們服務(wù)。但是，這個幕后英雄，卻不為多數(shù)人所理解。

看完本期的內(nèi)容，你將會了解基站最重要的組成部分——RRU：

① 什么是 RRU？

② RRU 的作用是什么？

③?RRU 有哪些關(guān)鍵指標(biāo)？

?一?

?一體化基站的落幕

RRU，也就是遠(yuǎn)端射頻單元，是現(xiàn)代基站的兩大核心（BBU 和 RRU）之一，又被稱作輻射的萬惡之源。

話說在上古時代，基站是一體化的，并未有兩大核心的區(qū)分，內(nèi)部各模塊相互交織在一起，混沌不清。

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一體化基站

一體化基站就這樣渾渾噩噩地運轉(zhuǎn)了好多年，然而隨著人們欲望的膨脹，一直以來理所當(dāng)然的事情，也會發(fā)現(xiàn)諸多弊端。

1、饋線損耗大?；局荒芪挥谒拢枰ㄟ^長長的射頻饋線把信號輸送到幾十米甚至上百米高的鐵塔上和天線連接。

然而饋線對信號是有衰減的，比如常用的 7/8 饋線在 900MHz 上每 100 米功率就要衰減 4dB，假設(shè)機(jī)頂發(fā)射功率為 100 瓦，信號到達(dá)天線就僅剩 40 瓦了，功率損失了 60%！

如果必須在天線輸入端提供 100 瓦功率，那么為了對抗損耗，基站的機(jī)頂功率就不得不提升至 250 瓦，這就是下面提到的功耗大的問題。

2、功耗大。如前所述，由于饋線損耗大，基站就需要很高的輸出功率來對抗損耗，然而基站內(nèi)部射頻功放的效率還不高，使得基站整體的功耗巨大。

我們繼續(xù)上面的例子，要在天線端口提供 100 瓦多功率，為了補(bǔ)償饋線損耗，機(jī)頂功率需要 250 瓦，如果功放的效率按 30%算，那么，僅功放模塊就需要 833 瓦，再加上基站內(nèi)部其他器件的功耗，輕松突破 1000 瓦。

而一個基站一般有三個扇區(qū)，整站功耗估計在 3000 瓦以上，這還不包括其他配套設(shè)備。注意，這還僅僅是一個頻段，而一般一個站都要 3 到 5 個頻段！

3、散熱難。一體化基站這么個發(fā)熱大戶，就這么擠在狹小的機(jī)房內(nèi)，想要散熱就必須靠大功率風(fēng)扇，高速運轉(zhuǎn)的風(fēng)扇帶來轟鳴的高分貝噪音。

即使這樣，源源不斷散發(fā)的熱量還是在機(jī)房狹小的空間內(nèi)難以擴(kuò)散，必須輔之以空調(diào)降溫，又帶來了更多的功耗和噪音。

4、難以滿足 4G 時代的需求。在 4G 時代，為了支持 MIMO，4 個發(fā)射端口的基站成為主流，TD-LTE 甚至大規(guī)模使用了 8 個端口。

老邁的一體化基站

如果還采用原來的方案，跟 2G 或者 3G 相比，需要從塔底的基站拉到塔頂射頻饋線就多了 2 到 4 倍，多個頻段之間還要引入合路器，分路器等器件，不但插入損耗更大，成本也大大增加了。

?二?

?RRU 的誕生

一體化基站的這么多的不足，到底怎么解決呢？

既然基站的內(nèi)部處理可以粗略分為基帶部分和射頻部分，基帶部分體積小，功耗低，射頻部分體積大，功耗高，與其將其綁在一起相互折磨，不如把它們獨立成兩個模塊：BBU 和 RRU，再用光纖連起來就行了。

BBU 和 RRU 分離之后的分布式基站

于是，本期的主角，RRU（Remote Radio Unit，遠(yuǎn)端射頻單元）就誕生了。這里“遠(yuǎn)端”的含義，就是指 RRU 和 BBU 之間的距離遠(yuǎn)。

到底有多遠(yuǎn)呢？BBU 位于塔底的機(jī)房內(nèi)，而 RRU 則掛在了塔頂，塔高通常是幾十米到一百多米。

RRU 到了塔頂，距離天線非常近，連接它們之間的射頻線非常短，名稱也就叫就做跳線了，由此引入的信號衰減可以忽略不計。

因此，RRU 的發(fā)射功率可以適當(dāng)降低。由于位于室外，RRU 普遍設(shè)計成類似暖氣片的樣子，可以自然散熱，不再需要風(fēng)扇，可靠性更高。

RRU 的外觀

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由于不用考慮饋線損耗，RRU 和天線可以安裝地離 BBU 非常遠(yuǎn)，幾十公里沒問題，這樣就帶來了非常大的部署靈活性。

甚至還催生出了 C-RAN 這樣的架構(gòu)，把所有的 BBU 集中放置在一個大機(jī)房內(nèi)成為 BBU 池，同時管理很多站的拉遠(yuǎn) RRU，站間協(xié)同性能好，運維成本還更低。

C-RAN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

?三?

?RRU 的關(guān)鍵指標(biāo)

RRU 的優(yōu)點這么突出，到底有哪些指標(biāo)來判斷一款 RRU 是否可用，效果好不好呢？

射頻指標(biāo)有很多，大多比較艱深，但一般來說，看下面的基本指標(biāo)就可以了。

1、支持的頻段，也就是協(xié)議定義的標(biāo)準(zhǔn)頻率范圍，分為 FDD 和 TDD 兩類。其中 FDD 是分為上下行兩段頻譜，而 TDD 是在同一段上支持上下行。

比如 FDD 900MHz（4G 稱作 Band8，5G 稱作 n8）的范圍是下行 925-960MHz，上行是 880-915MHz。TDD 3.5GHz（5G 稱作 n78）的范圍是 3.3-3.8GHz。

隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了同時能支持多個頻段的 RRU，又稱作 UBR（Ultra Broadband Radio 超寬帶射頻單元），可同時支持多個頻段。

目前業(yè)界就有能同時支持 1.8GHz，2.1GHz 以及 2.6GHz 這三個頻段的 UBR，可大幅減少 RRU 數(shù)量，同時也節(jié)省了天線端口，給鐵塔減負(fù)。

2、工作帶寬（Operation bandwidth，可簡稱作 OBW）。由于標(biāo)準(zhǔn)頻段范圍太寬，RRU 全部支持成本太高，因此業(yè)界采用多個 RRU 分段支持的方式。

RRU 實際支持的可用帶寬，就叫做工作帶寬，是標(biāo)準(zhǔn)帶寬內(nèi)的一段。工作帶寬是取決于 RRU 內(nèi)部的濾波器通帶，也可以認(rèn)為就是濾波器帶寬。

比如 FDD 1800MHz 共 75M 帶寬，很多廠家實際實現(xiàn)上分為兩款 RRU 支持，一個的下行工作帶寬為 1805-1860MHz，另一個的工作帶寬為 1825-1880MHz。

3、瞬時帶寬（Instantaneous Bandwidth，簡稱做 IBW），是指 RRU 可同時發(fā)射信號的帶寬的最大邊界，表征了 RRU 的最大能力。

RRU 在工作時，其實際瞬時帶寬是因配置的不同而不同的。假如某運營商只有 20M 的 4G 頻譜，RRU 也就只能囿于這 20M 帶寬為邊界來發(fā)射信號，瞬時帶寬也就是 20M。

5G 的系統(tǒng)帶寬較大，因此 RRU 一般需要支持 200M 到 400M 到瞬時帶寬，運營商可根據(jù)自己的頻譜情況在這個范圍內(nèi)靈活配置載波。

4、占用帶寬（Occupied Bandwidth，也可簡稱 OBW），是指在 IBW 內(nèi)部實際可占用來發(fā)射功率的最大帶寬之和，在發(fā)射帶寬不連續(xù)時，和 IBW 的區(qū)別明顯。

比如，一款 5G RRU 支持的工作帶寬是 400M，IBW 是 300M，OBW 是 200M，運營商可在這 300M IBW 的范圍內(nèi)靈活配置載波來發(fā)射信號，可以是連續(xù)的 200M，也可以是不連續(xù)的幾塊，如 100M+50M+50M，總之這些載波的帶寬之和不能大于 200M 的 OBW，邊界跨度不能超過 300M 的 IBW。

工作帶寬，IBW，OBW 示意圖這幾個帶寬的問題總結(jié)一下：工作帶寬是 RRU 可用的最大帶寬，瞬時帶寬在工作帶寬內(nèi)靈活配置，表示的是同時可發(fā)射信號帶寬的最大邊界，占用帶寬可在瞬時帶寬內(nèi)靈活配置，是實際發(fā)射信號的帶寬之和。瞬時帶寬簡稱為 IBW，而工作帶寬和占用帶寬都可以簡稱做 OBW，遇到時需要結(jié)合上下文來判斷。5、容量，也就是一個 RRU 能支持多少個 2G，3G，或者 4G 小區(qū)。這一般是 RRU 背后技術(shù)和成本之間的平衡。對于運營商來說，在頻段和帶寬等指標(biāo)滿足要求的情況下，RRU 的容量越大越好，后續(xù)擴(kuò)容只需要軟件開通即可，運營商成本低。6、Tx/Rx 個數(shù)，也就是 RRU 用于連接天線的發(fā)射，接收端口數(shù)量，和 RRU 對 MIMO 的支持能力，波束賦形能力，以及上行信號的接收能力強(qiáng)相關(guān)。

一款 2T2R 的 RRU 目前 4G 主流的 RRU 有 4 個天線端口，接收和發(fā)射共用，一般叫做 4T4R，下行最大可支持 4x4 MIMO，上行支持 4 路分集接收。7、機(jī)頂輸出功率，也就是 RRU 支持的最大發(fā)射功率。隨著技術(shù)的發(fā)展，RRU 需要在一個頻段上支持多種制式，對發(fā)射功率的要求水漲船高。

比如 900MHz 目前就需要支持 2G，3G，4G 以及 NB-IoT 這 4 種技術(shù)，需要 120 瓦甚至 160 瓦的輸出功率。由于 RRU 一般有多個發(fā)射端口（Tx），總功率在各端口均分，假設(shè) 4 個端口，每端口 40 瓦，共 160 瓦的功率，通常也叫做 4x40 瓦。到了 5G 時代，RRU 的工作帶寬更大，需要的發(fā)射功率也就更大了，動輒 200 到 300 瓦。一般來說，RRU 支持的輸出功率越大，越能適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，靈活性越高，當(dāng)然成本也會越高。8、平均 / 峰值功耗。平均功耗為典型配置，平均負(fù)荷下的功耗，峰值功耗為滿功率發(fā)射下的功耗。功耗取決于 RRU 的工作模式,硬件設(shè)計，軟件算法等諸多因素，是設(shè)備商的核心競爭力之一。

對于運營商來說，功耗低了，不但更省電費，也避免了對 RRU 供電系統(tǒng)的改造，還能使用直徑較細(xì)的電源線，總之就是成本降低。9、接收靈敏度，該指標(biāo)表征的是 RRU 能夠檢測到多微弱的上行信號。由于手機(jī)體積小能力弱，還要考慮電磁輻射可能帶來的健康風(fēng)險，手機(jī)的發(fā)射功率都很小，一般網(wǎng)絡(luò)都是上行受限。

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RRU 需要遠(yuǎn)距離接收來自手機(jī)的微弱信號

因此，RRU 的接收靈敏度度對上行覆蓋非常關(guān)鍵。協(xié)議定義 4G 在 20M 載波帶寬下，接收靈敏度需要達(dá)到 -101.6dBm。也就是說，RRU 需要察覺到約 690 皮瓦（1 皮瓦=10 的負(fù) 12 次方瓦）的微弱信號。RRU 的上塔，是一個劃時代的革新，開啟了 4G 時的宏偉篇章。到了 5G 時代，更多更快的需求驅(qū)動著創(chuàng)新的車輪，RRU 又不斷地向另一個形態(tài)：有源天線單元（Active Antenna Unit，簡稱 AAU）進(jìn)化。

好了，本期的內(nèi)容就到這里，希望對大家有所幫助。

基站，是個受誤解最多，但所有人都離不開的設(shè)備。它一點都不神秘，也不可怕。在它的背后，更有一群通信人的堅守。