什么是基站?一看你就明白了

5G通信射频有源无源 2022-07-01 00:07

基站和手机发出的电磁波就像空气一样,充满在我们四周。

基站几乎是随处可见的,但是所有人都只知道手机,基站这个幕后英雄,却不为多数人所理解。

究竟基站是什么,基站是怎样工作的,看完本文,你将会了解:

① 基站到底是怎样工作的?

② 基站辐射到底有没有害处?

③ 怎样向朋友解释什么是基站?


▼请想象一下这个场景▼

当你和女(男)票手挽手走在路上(前提是你有)

远处出现一个基站

你温柔地告诉她(他)

“看!那是一个中国X动4G TD-LTE三扇区基站的定向极化智能天线”

我勒个去!

格满满啊有木有!!


深藏不露啊有木有!!!


想象一下对方的崇拜眼神!

还有路人的惊愕和赞许!

你简直就是神一般的存在!

事不宜迟,赶紧开始!

1
你好,请叫我基站。


大家好,我叫基站,不管是否承认,我的存在跟水和电一样重要,我发出去的电磁波和空气一样缠绕在你的四周。


我存在的全部意义,就是又快又稳地把信号撒播到每一个角落,连接你的手机和整个世界。

多年来,我一直默默工作,深藏功与名,把舞台和镁光灯留给我的亲密搭档:手机。但陌生总是带来恐惧,“辐射”成为了悬在我头上永不散去的阴霾。

一边是对于良好手机信号的强烈需求,另一边是对我们基站辐射发自肺腑的恐惧。我们一直夹在这矛盾里进退维谷。信号不好,被骂;信号好但看见了基站,又让人怕。

基站就是我,我就是Base Station,一般特指“公用移动通信基站”,简称BS,基站就是给手机提供信号的。

2
基站初识


大部分人看到高耸的铁塔,以为这就是我的全部,臆想着塔顶那汹涌而来的辐射就像滔滔洪水倾泻而出一样,让人压抑地胆战心惊,夺路而逃。

上面这个东东只是铁塔天线而已,只是基站的一个组成部分,基站除了这些看得见的部分,还包括很多看不见的部分

通常是由下面几个主要部分组成的:
天馈系统:负责信号的发送和接收,包含天线和馈线;
射频单元:负责信号的生成和提取,我最重要的部分;
基带单元:负责信息的加工和处理,核心的中的核心;
配套系统:为上述各个系统提供支撑,包含铁塔,机房,电源空调等设备。

在2G、3G时代,基站分为两层结构。

如下图

到了4G LTE时代,两层精简成了一层,变成了单独的eNodeB以eNodeB为例,一般包括以下组成部分

名字很顺口,也很好记

BBU = 哔哔哟

RRU = 啊啊哟

天馈 = 天线 + 馈线


3
天馈系统:信号是怎么发出的?


大多数基站还是不需要专门造塔的,直接造在现有房顶上即可。

一般你看到房顶上有一排竖起来略微向下倾斜的板状物体,就是天线了。如果在房屋稀少的地方,就会专门建挂基站用的通信塔,在铁塔的顶部,有一圈长方形板状的东西在熠熠闪光,就是天线。

天线是用来收发信号的。它可以把从射频单元送来的信号聚焦在正确的方向上发送给手机,甚至还能像手电筒的光束一样,用信号形成的电磁波束来随着手机移动,精准发射。

另外,它还可以感知并接收手机发来的微弱信号,并把这些信号收集起来发给射频单元来从中提取信息。

通常来说,我们一般一个基站包含三幅天线,每个向周边120度的方向发射信号,加起来就可以提供360度的无缝覆盖了。

如果我们仔细观察天线的底部的话,就会发现有一股股的黑色细线向下延伸,这些线缆就是馈线,是用来连接射频单元并传播电磁波到天线上的,和天线一起组成了天馈系统。

有些会美化成空调,如下图

这种我们叫美化树,一般在公园啊,树林等场景经常用这种。


农村,高速公路,高铁,景区等场景基本都是铁塔,这个是大众所熟知的基站。铁塔一般都建得比较高,目的是为了覆盖更远。


城市里面用的最多的是美化罩,就是在楼顶看起来像空调外机一样的东西。




当然,还有其他各种形状的美化罩,我就不一一列举了


住宅小区用的最多的是射灯天线,主要安装在住宅楼顶,看起来像灯罩,实际是天线,主要覆盖小区住户。



还有一种主要是运用到车库,过道等室内环境的。我们叫室内分布。天线是下面这种。。。


基站除了天线塔,还可以是下水道盖。



为什么会用美化树,美化罩,射灯等天线??一是为了城市美观,看起来和周围建筑协调一点。二是为了减少投诉,纠纷。有信号的地方就有辐射,有辐射的地方就有纠纷。如果没有信号,他们又会投诉说信号差,哎,深深地为各位优化工程师鞠躬。


4
射频单元:辐射的“万恶之源”


如果沿着天线连接的馈线一直往下捋的话,很快我们就能看到藏在天线背后的银色盒子,这就是射频单元。

那帮通信工程师一般不太爱说人话,喜欢把射频单元叫做:RRU,其英文为Remote Radio Unit,直译过来就是“远端射频单元”的意思,也可以叫“射频拉远单元”。国内很多人喜欢叫RRU,但是也有很多公司喜欢叫RRH, RFU, 其实都是说的相同或者近似的东西。

为啥要用“远端”这个词?因为射频单元和后面要讲到的基带单元是一起配合工作的,但基带单元在铁塔底下的机房里,而射频单元却高高地挂在塔上,两者离得比较远。

射频单元(后面我也偷懒叫RRU)主要负责无线信号的生成和提取。


信号的生成,就是把要发送的信息转化成电磁波,然后通过馈线传给天线,就可以发射到空气中了。

信号的提取,就是把天线接收到的几路微弱的手机信号合并起来,在通过各种办法去除干扰的影响,并从中提取出有用的信息再发个基带单元去处理。

RRU内部可以分成很多模块,分别负责2G,3G,4G甚至5G信号的发送,很多人觉得,那从那么高那么大的铁塔上发这么多信号,那功率应该很大吧?

实际上,一个RRU的最大发射功率也就是80瓦,120瓦,160瓦这些值。注意,这是峰值,一般情况下都不会配满,而且空闲时间发射的信号强度就更小了。是不是听着没有那么恐怖了?毕竟家里的微波炉都能轻松达到1000瓦的功率了。


有些业主抵制基站,不外乎所谓的辐射,那好,我们今天就来谈谈这个辐射的问题。

虽然从2G到5G,我们的技术越来越进步,能使用的频率越来越高,但是基站的辐射,却是在不断下降的。

为啥呢,因为基站变小了。

在2G时代,我们的基站是庞然大物,大概长这样。

为啥要修这么大,因为这一个基站,要覆盖10公里内所有的信号,信号发射器的功率必须很大。

但是到了5G时代就不一样了,因为频率太高,波长太短,绕射能力不足,一个基站控制的范围仅有100~300m,基站修大了也没用

因为功率大和功率小,都不影响覆盖范围的面积,所以每一个基站,都修的非常迷你。

任正非接受媒体采访时说:

“5G基站只有一点点大,20公斤,就像装文件的手提箱那么大,不需要铁塔了,可以随意装在杆子上、挂在墙上;
我们还有耐腐蚀材料,几十年不会腐蚀,可以把5G装在下水道里。”

一个5G基站,大概只有这么一点大,看起来非常像路由器,实际上,他也就是一个略大一号的路由器。

这个5G基站的功率,非常小,小的可怜,只有10瓦,还不如一个灯泡耗能大,更比不上那些家用电器。

连功率都没有,自然没有什么辐射可言。

我们国家对通讯基站的功率设定的标准非常严格,远远高于美国和欧盟标准,仅40微瓦/平方厘米,而美国的标准,则是600微瓦,足足高出了15倍。

我们平时使用的电吹风,对着你脑袋的辐射大概是100微瓦/平方厘米。家里的无线路由器,在距离你1m左右的时候,辐射量大概是60微瓦/平方厘米。

电磁炉就更吓人了,当你距离电磁炉0.5m左右的时候,产生的辐射量是惊人的580微瓦/平方厘米。

为啥美国人把辐射标准定为600微瓦,我认为可能是因为美国人特别喜欢用电磁炉做饭。

而实际上,当你距离电器的距离拉长的时候,其辐射量是急速降低的,拉开个30厘米,辐射就出现了百倍的下跌。

所以,贴着你脑门的手机,对你的辐射量会远远大于基站,手机的功率的确很低,但是他离你的距离实在是太近了。

顺便说一下,当基站信号微弱的时候,手机会自动提升天线发射功率来捕捉信号,对你的辐射可能会达到50微瓦/平方厘米的级别。

这个数据略超国家标准,但是远低于欧美标准,所以你不用担心手机会对你造成伤害。

不过那些试图通过摧毁基站来降低辐射的人,就需要好好的补补脑子了,除非你不用电话,否则基站越弱,你受到的信号辐射越强,这是常识。

对了,在5G时代,同一个基站下,如果互相通信,基站将不再传输他们之间的数据,仅发送一个匹配控制信号,让这两部手机,自己互相传输信号。知道为啥这么做么?

因为你的手机,功率比5G基站的要大,信号传输更强更稳定,还省了基站的资源,多划算。

5
机房:无微不至的呵护


我们离开射频单元,沿着这个家伙的电源线一路向下,就到了一个机房最关键的部位——机房了。

机房的作用就是为内部核心的设备:我的大脑,也就是基带单元来遮蔽风雨,提供电源,空调降温的。就像人的脑袋一样,用坚硬的头骨把柔弱但至关重要的大脑保护起来。

因此,机房可不是随便就能进去的,不但外面有围栏保护,还有严格的管理和门禁制度。我也怕自己的大脑被人偷走了呀。

基站通常都有一个机房,有的在大楼里某个不起眼的角落,也有的在室外,像下面这样,野外基站机房。

大家在铁塔下面通常会看到这样的小房子▼

有点像千年古墓啊。。。

以前的基站是运营商一砖一瓦砌起来的,不是很费事嘛。。。

所以,现在改成一体化站房了

就是这样▼

自带底座,吊机找个地方一放,就完事了(有的甚至自带轮子,可以拉着走)

机房的正常运转需要很多配套资源的支持,就像人必须要呼吸,吃饭,喝水才能生存一样。

首先,没有电,一切都得罢工,电源系统是必须的。要供电就要先引入市政的交流电,然后通过电源电源转换成直流电才行。

不仅如此,还要考虑到异常情况:万一停电了可咋办?因此,还必须配备蓄电池随时待命。

另外,由于我和我的其他基站兄弟是要彼此相连组成一张大网的,因此连接彼此的传输设备也是必不可少的。

最后,机房空间狭小密闭,通风往往不好,BBU,电源,传输设备工作起来都要源源不断地散发热量,这些热量聚集起来导致温度升高,就像人发烧了一样,会使我的大脑——BBU工作异常。因此,空调也是必须的。
总之,机房的内部的配套设备,就是酱紫的啦。

6
基带单元:我的大脑


在机房内部的某个不起眼的机柜里,你可能会看到一个约十厘米高,不到半米宽的盒子,上面插满线缆,面板上有些绿色的LED灯在快速地闪烁着,伴随着风扇转动的嘶鸣声。
这就是我的大脑——传说中的基带单元,江湖人称BBU,英文是Base Band Unit。这真的不是这些人在装X,因为每个行业本就是由一些专用术语写就的,大家也都习以为常了。

BBU的作用是完成原始信息的加工处理的,然后就可以发送给RRU来生成无线电信号,然后通过天线发送给手机了。反过来,手机发出的信号也是要通过天线接受进来,经过RRU的初步处理,最终到达BBU来提取信息。

下图就是BBU正面图

一看就是不能淋雨的娇贵货色,所以,通常BBU都是放在室内(也就是机房里)。

BBU,就塞在机房的机柜里

机柜里可能还有机柜电源设备传输设备

很容易辨认:

有很多红色黑色蓝色线(电源线)的,带很多开关拨扭的一般是电源设备

有很多光纤口、网口的,插了很多黄色光纤线之类的一般是传输设备


BBU,RRU和天线就是我身体里最核心的器官,它们协同工作,就能让我身体正常运转,完成打电话,发短信,上网等通信功能了。

我从不单打独斗,更擅长和众多的兄弟们联合起来协同工作,因为个体的力量过于渺小,只能覆盖很小的一块地方。如果一个基站是一盏灯的话,照亮一个城市需要多少盏,照亮一个国家又需要多少呢?

事实上,早在2018年全国就已经有648万基站了,我和我的兄弟们,就像一个个细胞一样,彼此紧密相连成网络,为所有人提供无缝覆盖的通信服务。
这就是我的使命,再苦再累,遭受再多的误解也无怨无悔。

7
直放站


下面这个就是一种直放站

看上去和RRU比较像

还有这样的

直放站其实就是一个信号中继器(Repeater)

放大上下行射频信号的

用来解决信号盲区弱区的覆盖问题

直放站主要是便宜,成本比一个基站要低很多

现在,直放站不是很多见


8
室内分布系统

室内的信号覆盖一直是一个很头大的问题,基站一般都建在楼顶啊之类的高处,人一旦进了楼里,手机就容易没有信号,尤其是地下室、停车场、还有电梯(标准的铁箱子,屏蔽效果妥妥的)

所以

针对室内环境,会专门布设室内分布系统

也就是业内常说的“室分”

“室分”其实也就是信号的二次中继和增强覆盖

从信源(例如微蜂窝基站或直放站)接出馈线

然后到各个房间或通道

再利用天线发出信号


和大家经常用的WiFi很像


大家经常在办公室头顶上看到的这个

像奶嘴一样的东东


就是“室分”的全向吸顶天线

▼有很多种款型▼


室分还会用到板状定向天线,挂墙安装


9
小型化基站


现如今

基站都在向小型化发展

一方面是因为不占空间(省租金=省钱)

另一方面也节能环保(省电=省钱)

最后部署更加方便快捷(省人工=省钱)

如果小型化的话

就是BBU和RRU合体

或者RRU和天馈合体,干脆,BBU、RRU、天馈一起合体


▼诺基亚的“背包基站”▼

以前打仗背电台,以后打仗背“基站”

啧啧啧~

总而言之,能有多小,就有多小

还有这个

是不是很像家里的WiFi路由器?它叫 Femto,英文意思是“千万亿分之一,毫微微”,它是一种低功率小范围覆盖的家庭基站。

10
曾经的小灵通


电信曾经有过小灵通,算是“半个移动业务”(大家应该还记得吧?)

小灵通的天线非常好认

就是这样的


不用数了,一共八根

对应小灵通的八个信道

不过现在小灵通已经退网了

一部分这样的基站被电信改造成LTE基站

正因为各大运营商如果自建基站,容易造成高昂的成本和资源浪费

所以我国成立了“中国铁塔”

专门负责基站站址方面的基础设施建设

三大运营商向它租借站址

避免了重复建设和恶意竞争

省了不少钱和事

基站共址(就是好多基站堆在一起)

现在就比较常见了


好啦,基站的内容就先介绍到这里。

基站,是个受误解最多,但所有人都离不开的设备


它一点都不神秘,也不可怕。


在它的背后,更有一群通信人的坚守。


☆ END ☆

精彩回顾

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