淺談5G基地台( 5G Radio Access Network) - 電腦王阿達

淺談5G基地台( 5G Radio Access Network)

台灣5G服務即將在七月開台,對台灣很多重量級行動上網用戶既期待又怕受傷害。由於日前發生國民眾誤信網路傳播5G會散布武漢肺炎(新冠肺炎)病毒謠言導致出現手機基地台遭到燒毀(詳見”這篇“),讓不少民眾對於已經陸續在建置的5G基地台充滿恐懼。

5G基地台與4G基地台有什麼差異?  以下作一說明:

 

 

5G基地台與4G基地台有哪些差異呢?

過去4G基地台的接入網(RAN(Radio Access Network))包含BBU(Baseband Unit,基頻模組)、負責射頻的RRU(Remote Radio Unit,遠端射頻模組)、連接RRU與天線的饋線及天線模組。5G基地台則因需要MIMO多天線設計及達成高速低延遲的功能做了一些改變與調整,用最簡化的說法,主要有以下差異:

 

A.5G的天線模組是AAU,4G則通常採用天線與RRU分離設計:
過去電信商為方便進行4G設備拆卸與維修並避免被強風吹毀,通常會採取RRU與天線系統分離,不會把RRU掛在制高處。因應5G需要採用Massive MIMO多天線的設計並前傳上百Gbps傳輸量,5G基地台必須 RRU+饋線+天線模組集成為AAU(Active Antenna Unit,主動天線模組)。

 

為克服高頻訊號所帶來的挑戰及導入Massive MIMO技術,5G基地台的天線陣子數大幅增加,天線通道數也比4G時代提升8倍左右。天線陣子為輻射單元,就像是電暖器的葉片,葉片數量越多,電暖器供熱的效果就會越快、越好,而天線陣子數的增加,可提升高頻訊號的覆蓋範圍。通道數的增加除了可提升系統傳輸的流量,也可藉由Massive MIMO技術實現波束成形,更精準地控制波束,進而減少訊號間的干擾。在遠傳5G實驗室裡有由AARC澳訊公司所研發的大型基地台天線,上面有十個天線接頭來為配合2個4×4 MIMO及1個2×2 MIMO的設計需求。

由於5G的AAU天線模組是由RRU與天線模組所集成,在整個天線模組會比4G天線模組體積與重量大很多,光第一代5G Massive MIMO系統的重量高達40公斤,比傳統的10~15公斤高出兩至四倍,外國研究單位預估,在天線系統重量達40公斤的情況下,將有40%左右的現有基地台站址必須改建。另外,由於AAU天線模組必須放在基地台制高點上,將會造成AAU模組在拆卸更為困難,維修挑戰更高。

 

B.5G將負責信號調製的BBU改成CU與DU:
為達成5G低延遲高網速的功能,5G基地台將BBU(Baseband Unit,基頻模組)分割成CU與DU。
CU(Centralized Unit,集中模組):將BBU的非實時部分將分割出來,負責處理非實時協議和服務。
DU(Distribute Unit,分布模組):BBU的剩餘功能,負責處理物理層協議和實時服務。

 

CU與DU可以共站佈署以減少中傳損耗,也可以讓AAU、DU和CU獨立佈署(AAU與DU可相0~20公里,DU與CU可相隔數十公里)。

 

C.5G功耗大且散熱模組較多:
過去4G基地台散熱模組主要出到光通訊、承載網、核心網、BBU,5G則多了AAU天線接受器散熱模組;5G Massive MIMO系統的功耗約1000W,是4G天線系統的兩至三倍。整體而言,5G基地站比4G要多近兩倍的電力供應且需要更多散熱裝置及空調設備來協助散熱。

 

5G基地台與4G基地台在光通訊、核心網、承載網、接入網..等等架構其實還有很多差異,因這些差異牽涉很多專有技術名詞解釋與說明,對於一般民眾很難完全理解,本文所述的5G基地台與4G基地台差異只是針對民眾比較容易接觸到且一般被認定為基地台系統的接入網(RAN)架構, 用最簡單的差異做一淺談,完整5G基地台架構的詳細差異要請有興趣的讀者自己Google找相關專家的專業說明了!

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