5G基站:5G网络的核心设备-中文百科频道

发展历程

2018年

2018年3月30日，中国移动天津公司在中国移动5G联合创新中心天津开放实验室开通，这是中国第一批5G应用示范城市之一天津的首个5G基站。截至2018年3月30日，中国移动、中国电信正在中国多地建设5G基站，包括雄安新区、苏州、上海、成都、兰州、深圳、广州等。5月，湖北移动公司5G项目建设办公室项目经理介绍，武汉2018年初被列入中国移动首批5G试点城市，计划2018年完成超100座5G基站建设。主要分布在光谷、汉口江滩、汉口火车站三大区域，其中光谷是最大的5G基站分布区。8月13日，北京联通正式发布了“5GNEXT”计划，北京市首批5G站点同步正式启动。

2019年

2019年1月27日，中国移动通信集团青海有限公司宣布，青海省西宁市已建成并开通了首个5G基站。10月31日，在2019中国国际信息通信展览会开幕式上，工信部与中国电信、中国联通、中国移动、中国铁塔共同宣布启动5G商用。

2020年

2020年1月20日，工信部负责人在国新办举行的2019年工业通信业发展情况新闻发布会上表示，2019年中国5G基础设施建设和应用力度加大，2019年底全国共建成5G基站超13万个。截至2月底，全国建设开通5G基站已达16.4万个。截至3月底，全国已建成5G基站达19.8万个，预计全年新建5G基站超过50万个。截至5月17日，中国开通5G基站超过20万个。截至6月底，5G基站累计达到41万个。

2020年4月30日16时左右，全球海拔最高的5G基站正式投入使用，5G信号首次“登顶”世界之巅。

2020年8月12日中国联通香港上市公司发布的2020年上半年业绩报告显示，公司与中国电信新增共建共享5G基站约15万座。公司可用5G基站累计达到约21万座，其中自建超过10万座，在超过50个重点城市实现连续覆盖。截至8月底，通过通信大数据平台监测数据显示，中国的5G用户超过了1.1亿。11月，国际电信联盟(ITU)将完成IMT-2020规范的审批。

截至2020年9月，中国移动已在全国完成了35万个5G基站的建设项目，在全国340个地市和重点县提供了5G的商用服务，同时打造了100余个全国集团级的5G龙头示范项目，带动了超过两千个省级的区域特色项目。中国移动集团公司政企事业部总经理刘坚在2020年河南移动5G产业高峰论坛致辞中提到。

截至2020年9月23日，全国已建设开通5G基站超50万个，累计终端连接数已超过1亿。

截至2020年11月12日，中国已建成近70万个5G基站，5G终端连接数已超过1.8亿，良好的基础设施促进了许多基于5G的新应用。

截至2020年11月26日，中国联通和中国电信已经共建了超30万个5G基站，5G网络基本覆盖了全国地级以上城市主要城区。

2020年12月15日，工业和信息化部副部长刘烈宏表示，中国已建成全球最大5G网络，累计已建成5G基站71.8万个，推动共建共享5G基站33万个。

2020年12月21日消息，在近日举行的 “2020 通信产业大会暨第十五届通信技术年会”上，国家电网能源研究院能源决策支持中心博士、高级研究员高洪达指出，短期内，5G基站引起三大运营商的电费增长并不明显，但到2026年全部升级为5G后，将会达到2.1%，甚至高于数据中心（约2%）的耗电量水平。

2021年1月26日，工信部发布数据，2020年全年我国新开通5G基站超60万个，5G终端连接数超过2亿，超高清视频、云游戏等个人应用场景逐渐丰富。

2021年

2021年，按照党中央、国务院决策部署，工信部扎实推进5G等新型基础设施建设，先后印发《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》、《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》等文件，促进5G网络建设和应用高质量发展。

2021年3月1日，国务院新闻办公室举行新闻发布会，介绍工业和信息化发展情况并答记者问：到2020年底，累计开通5G基站71.8万个，5G手机终端连接数突破2亿户；IPv6规模部署纵深推进，活跃连接数达到13.9亿，4G网络IPv6流量占比从无到有，超过15%。海底光缆、跨境陆缆等国际信息通信基础设施建设步伐加快，“一带一路”沿线国家互联互通水平稳步提升。

2021年5月17日，在2021世界电信和信息社会日大会开幕上，工业和信息化部副部长刘烈宏表示，截至2021年3月底，我国建成5G基站81.9万个，占全球70%以上，建成全球规模最大的5G独立组网网络，5G应用创新案例已超过9000个，5G正快速融入千行百业。2021年计划新建5G基站60万个。为推进独立组网模式规模化应用，自5月17日起，新进网5G终端将默认开启5G独立组网（SA）功能，新建5G网络全面支持IPv6。

截至2021年6月，已建成 5G 基站近 85 万个，形成全球最大 5G 独立组网网络，5G 行业应用创新案例已超过 1 万个。

截至2021年8月份，中国累计建成5G基站达到103.7万座，已覆盖全国所有的地市级城市，以及95%以上的县城城区和35%的乡镇镇区。5G手机产品加速渗透，今年1—8月份，国内5G手机出货量达到1.68亿部，同比增长80%。尤其是8月份，5G手机占比已经提升到74%。

2021年9月13日，工信部部长肖亚庆在国新办召开的发布会上说，我国建成全球最大规模光纤和移动通信网络。5Ｇ基站、终端连接数全球占比分别超过70%和80%。截至9月底，北京市已建成5G基站4.7万个，基本实现全市5G网络覆盖。

2021年10月19日，工业和信息化部新闻发言人、运行监测协调局局长罗俊杰表示，目前中国5G基站数达115.9万个，5G终端连接数达4.5亿户，千兆光网具备覆盖超过2亿户家庭的能力。

2021年11月2日，在2021中国移动全球合作伙伴大会主论坛上，中国移动总经理董昕在题为《与您携手共赢未来》的致辞表示：建设好“5G+算力网络+智慧中台”新型信息基础设施，构筑好“连接+算力+能力”新型信息服务体系，助推数字经济更好地服务和融入新发展格局。

2021年11月16日，工信部召开“十四五”信息通信业发展规划新闻发布会。会上，工信部信息通信发展司司长谢存表示，目前，我国已建成5G基站超过115万个，占全球70%以上，是全球规模最大、技术最先进的5G独立组网网络。全国所有地级市城区、超过97%的县城城区和40%的乡镇镇区实现5G网络覆盖；5G终端用户达到4.5亿户，占全球80%以上。

截至2021年11月底，我国累计建成5G基站139.6万个，覆盖全国所有地级以上城市市区、超过97%的县区以及50%的乡镇镇区；5G共建共享走向深入，电信运营企业共建共享5G基站超过80万个，促进5G网络集约高效发展；三家基础电信企业的移动电话用户总数达16.42 亿户，其中5G手机终端连接数达4.97亿户，比上年末净增2.98亿户。

2021年11月，工业和信息化部发布第二批“5G+工业互联网”典型应用场景，我国已建5G+工业互联网项目超1800个，覆盖22个重点行业领域，形成了柔性生产制造、设备预测维护等20个典型应用场景。

2021年12月23日。中国信息通信研究院主办的“2022年ICT深度观察报告会”上，工业和信息化部总工程师韩夏披露了一组数据：截至今年11月，我国累计建成开通5G基站超过139万个。

2021年，河南省全面实现了乡镇以上和农村热点区域的5G网络全覆盖，全省5G基站总数突破9.66万个，居全国第5位。

截至2021年12月底，我国共有671款5G终端获得进网许可，其中491款5G手机、161款无线数据终端、19款车载无线终端；各省市共出台各类5G扶持政策文件583个，其中省级70个，市级264个，区县级249个。

截至2021年底，我国累计建成并开通5G基站142.5万个，建成全球最大5G网，实现覆盖所有地级市城区、超过98%的县城城区和80%的乡镇镇区。我国5G基站总量占全球60%以上，每万人拥有5G基站数达到10.1个，比上年末提高近1倍。超300个城市启动千兆光纤宽带网络建设。

架构分析

逻辑架构

5G基站主要用于提供5G空口协议功能，支持与用户设备、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。

设备体系

为了支持灵活的组网架构，适配不同的应用场景，5G无线接入网将存在多种不同架构、不同形态的基站设备。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。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。

关键技术

综述

5G基站建设组网多采用混合分层网络，这样就可以保证5G网络的易管理、可扩展、高可靠性，能够满足5G基站的高速数据传输业务。同时由于5G主要是实现数据业务传输，因此5G基站需要适应高楼大厦、河流湖泊、山区峡谷的复杂应用环境，为了保证5G基站建设的良好性和完整性，下文简要介绍5G基站建设的关键技术。

MR技术

MR是一种无线通信环境评估技术，其可以将采集到的信息发送给网络管理员，由网络管理员评判报告的价值，以便能够优化无线网络通信性能。MR技术应用包括覆盖评估、网络质量分析、越区覆盖分析、网络干扰分析、话务热点区域分析和载频隐性故障分析。MR可以渲染移动通信上下行信号强度，发现网络覆盖弱盲区，不但客观准确，还可以节省大量的时间、资源，能够及时发现网络覆盖问题，为网络覆盖优化提供进一步的依据。

MR可以实现24小时×7天实时数据采集，完成上下行无线网络质量分析，反映全网通话质量的真实情况，提高全网通话后续数据支持。无线网络建设时，如果越区覆盖范围过大，将会干扰其他小区通信质量，MR可以直观地发现小区覆盖边界，判断是否存在越区覆盖，调整无线网络结构。话务热点区域分析可以实现话务密度、分布和资源利用率指标分析，实现关联性综合分析，制定容量站点、扩容站点的精确规划。

64QAM技术

64QAM能够合理的提升SINR，针对5G网络进行科学规划和设计，降低5G网络部署的复杂度，可以降低重叠覆盖引起的同频干扰及弱覆盖问题，在满足5G网络广覆盖的要求下，增加覆盖的深度，提升5G网络的综合覆盖率，从而实现热点区域连续覆盖、无缝覆盖，不仅能够让更多的用户接入到5G网络，同时还可以享受到高质量的通信服务。64QAM在5G网络通信中的应用分为两个步骤，分别是调制和解调。

64QAM调制过程如下：64QAM能够将输入的6比特数据组成一个映射；多电平正交幅度调制生成一个64QAM中频信号；并串转换，将两路并行码流改变为一路串行码流，可以增加一倍速率，码流从2进制改变为8进制，接着可以输出调制而成的RF信号。

64QAM解调过程如下：5G网络传输信号时，由于受到自然环境或载波自身限制，信号传输难免受到噪声干扰导致信号发生畸变，如果畸变很小则可以直接判断为0或1，如果畸变比较严重，无法直接判断信号，就可以采用硬判决和软判断方法，准确、快速的识别信号。

抗干扰技术

5G网络基站建设时需要部署大量的无线设备，这些无线设备的数量非常多，安装部署地点也非常复杂，彼此之间就会产生相互干扰问题，造成干扰的原因主要包括设备本身存在故障，5G网络运行时频道经常发射错误的信号，影响自身信号质量；5G网络设备安装与配置严重不规范，影响5G信号发射的灵敏度。

5G网络干扰主要是指无线电干扰，这些干扰包括互调干扰、带外干扰。因此5G基站建设时，设计、施工人员需要从源头上解决信号存在干扰的问题，既可以保障信号的稳定性，也可以大大地提高控制管理效率。

具体地，首先对基站无线电发射设备进行全电磁检测，将可能的将设备自身造成的干扰降到最低；其次是定期加强对发电设备的检查，一旦发现问题就及时进行处理，进而减少信号存在的干扰。

大规模MIMO技术

多入多出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术，亦称为多天线技术,通过在通信链路的收发两端设置多个天线而充分利用空间资源，能提供分集增益以提升系统的可靠性，提供复用增益以增加系统的频谱效率，提供阵列增益以提高系统的功率效率，近20年来一直是无线通信领域的主流技术之一。

MIMO技术已被第三代合作伙伴计划(The 3rd Generation Partnership Project，3GPP)的LTE/LTE-Advanced与电气电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)的WiMAX等4G标准采纳。但是，现有4G系统基站配置天线数较少(一般不超过8)，MIMO性能增益受到极大限制。

针对传统MIMO技术的不足，美国贝尔实验室的Marzetta于2010年提出了大规模MIMO(Massive MIMO或Very Large MIMO)概念。在大规模MIMO系统中，基站配置数十至数百个天线，较传统MIMO系统天线数增加1～2个数量级；基站充分利用系统的空间自由度，在同一时频资源服务若干用户。

传统MIMO到大规模MIMO的演变是一个从量变到质变的过程。由于大规模MIMO的基站天线数和空分用户数较传统MIMO有数量级增加，两者在无线通信基本原理与具体方法上既有相同之处也存在较大差异。

近几年，在大规模MIMO的基础理论、信道测量与建模、信道信息获取、无线传输、实验和测试等方面已取得了丰硕成果。大规模MIMO已通过了较为理想的实验室验证和更接近实际的外场测试，并获得了符合预期的巨大性能增益。今后，各研发机构还会进一步开展组网验证，为大规模MIMO未来在5G系统的商用奠定良好基础。

测试方案

5G移动通信技术能够满足人们对于高速、大容量、高可靠、低时延等快速增长的移动通信业务的需求。而大规模MIMO有源天线技术作为5G移动通信的关键技术之一，它可以通过空间复用大幅度提升频谱利用效率，结合新型编码技术可以大幅度提升通信系统容量和通信速率。因此，大规模MIMO有源天线技术是5G移动通信基站所普遍采用的技术，但随之而来的便是5G基站天线如何进行测试的问题。

对于传统基站而言，天线与RRU（RadioRemoteUnite，射频远程单元）是相互分离的，他们之间通过射频线缆连接，相对独立，性能互不影响，其各自的性能可以分别通过独立测试进行检验。天线的辐射性能测试可以在微波暗室通过远场或近场方式完成，无源天线的远场或近场测试均是测试天线性能所广泛采用的成熟的测试方法。RRU的射频指标可以在实验室通过传导方式测量。

参考传统基站测试方式，很容易提出把有源天线系统拆分成无源天线阵列和RRU两部分分别进行天线辐射性能测试和射频传导测试的方案。事实上，根据实验室测试经验，“无源天线阵列+功分网络+信号源”所测得的波束赋形方向图与5G基站有源天线一体化OTA（OvertheAir，空口辐射）测试的结果并不一致。“RRU+耦合板”的射频性能传导测试结果与一体化OTA测得的射频辐射指标也存在差别。

原因在于对于5G基站天线而言，天线与RRU集成在一起，一方面电磁耦合、有源驻波等干扰因素不能完全消除；另一方面，有源天线的校准及幅相加权是通过各个射频通道上的一系列有源器件配合完成的，与无源天线阵列通过无源的功分网络来进行幅相加权的方式差别很大。

所以对于采用了大规模MIMO有源天线技术的5G基站而言，一体化OTA测试方式才能有效反映其性能指标。尤其到了毫米波频段，频段更高，设备尺寸更小，电磁干扰问题更加突出，拆分测试将会非常困难，只能采用一体化OTA测试方案。

2017年12月冻结的3GPP5G新空口协议中已经写入了关于5G基站的所有射频性能指标的OTA测试规范，这意味着5G基站天线一体化OTA测试将会成为5G基站硬件性能测试的主要方案。然而射频指标的OTA测试却仍面临着诸多困难。

5G标准中定义的1-H，1-O和2-O的站型，均规定了相应的OTA射频测试项。尤其是1-O和2-O的站型，没有了传统的传导测试的天线接口，所有的射频测试项都需要在OTA环境下进行测试，测试项包含有发射功率，调制质量，占用带宽，邻道泄漏功率比，杂散，互调，灵敏度，阻塞，等等。

所以用于OTA测试的全电波暗室例如：远场，紧缩场，中场，带有平面波产生器的小场等等成为必要的环境选择。3GPP标准中建议了远场，紧缩场，一维紧缩场，近场四种选择，并给出不同场的MU（MeasurementUncertainty）和相关测试项的校准和测试方法建议。对于一维紧缩场，已有机构根据类似的原理研发了平面波产生器，也进行了大量的系统测试和验证工作。

基站电源

问题

5G基站AAU采用Massive MIMO（大规模多输入多输出）技术，造成设备功率增大，5G基站功率约为4G基站的3~4倍；同时5G基站和现有基站大量共站建设，为基站的配套电力带来了较大的困难。如果直接共用原有开关电源，会带来开关电源容量不足，蓄电池后备时长不足的问题；如果需要新建或替换开关电源，则会浪费大量的投资。运营商对5G基站和原有基站电源后备时长需求不同，应如何配置开关电源及蓄电池；5G如何才能降低电能损耗，以上都是5G基站建设时需要解决的问题。

解决方案

传统开关电源

采用传统开关电源为5G供电是最常用的5G电源建设方案。传统开关电源供电：当开关电源总容量充足时，可直接利旧原有开关电源，扩容整流模块及蓄电池，当开关电源总容量不足时，可替换或新建一套开关电源。

优点：利用原有基站开关电源，只需扩容整流模块，可节省大量投资，缩短工期，可快速交付项目。采用传统开关电源供电时，交流电能通过开关电源一次转换后就可为设备供电，电能转换次数少，转换效率高。

缺点：AAU（有源天线单元）采用48V供电，供电距离较短，损耗大。采用同一套开关电源为原有设备及5G设备供电时，5G设备与其他原有设备备电时长相同。若原有蓄电池容量不足，新建蓄电池需要采用电池切换系统（也称电池共用管理器）进行并联，会增加建设成本。

DC/DC转换器

DC/DC（直流/直流）转换器为5G供电，是在传统供电方案的基础上，增加DC/DC设备。

优点：增加设备较少，供电距离较远。

缺点：电能转换次数多，转换过程中能量损耗大。

高压直流远供

高压直流远供，此方案是在传统开关电源的基础上，增加直流远供设备，用于为5G设备供电。

优点：供电距离远，5G应用场景基本没限制，适合远距离、大功率的供电场景，如果两站之间需要新建光缆，可采用光电复合缆，降低光缆电缆的施工费用，减少成本。

缺点：需增加的设备较多，短距离内电能因转换次数多，损耗大，相比传统开关电源投资大。

分布式电源

分布式电源为5G供电常用于存量基站和新建基站。

分布式电源+刀片电池

分布式电源+刀片电池为5G供电常用于存量基站和新建基站。

基站能耗

问题

基站能耗以电为主，相比4G网络，5G不仅功耗提升了三倍以上，并且由于覆盖范围的衰减，5G基站的需求数量又是成倍增加，因此，对于运营商而言5G基站的高功耗甚至成为了主要制约5G建网的首要原因。

目前，5G基站主要能耗集中在基站、传输、电源和机房空调四部分，而其中基站的电费支出占整体网络能耗的80%以上。基站能耗中，负责处理信号编解码的基带单元(BBU)的功耗相对较小，而射频单元(RRU/AAU)是功耗的主要来源。

经测算，以当前平均1.3元/度的转供电价计算，一个4G基站每年的电费是20280元，一个5G基站每年的电费将高达54600元。

当前，移动通信基站机房均为全封闭机房，机房内的电源设备、发射设备、传输设备等都是较大的发热体。要保持机房一定的工作环境温度(基站环境标准GB50174-93规定长年基站温度18°C-28°C)，主要靠空调来实现，为保障设备在恒温下运行，不因为温度过高而宕机，制冷系统就要不间断地为基站降温，也是导致运营成本居高不下的重要原因之一。