你好,我是杨四昌。
我们这节课来讲基站。说到基站你肯定也知道一些,又似是非是,不能确定。
之前我每次出去讲课,讲到5G基站的时候,我都会按惯例先问一个问题:你知道5G基站长什么样吗?我每次都能收到很多回答:
其实,这些说法都没错,但不全面,为什么这么说呢?
这些说法说的都是5G基站的一部分,更确切的说,这些是5G基站各种安装场景下的不同形态。说到这,你是不是觉得,5G基站咋像瑞士军刀一样,什么样的地方都可以安装,形状还千变万化?
别急,这节课我们就看看5G基站到底是咋回事。不过,在我开讲之前,你肯定有这样的困惑:为什么我要关注基站?所以,我先带你解决这个问题。
说到基站,我们在03讲讲过,简单来说它是用来发射和传递信号的,移动通信手机或者终端发射的信号首先要被基站接收,才能继续这个通话或者通讯业务,如果没有基站,也就没有移动通信业务和移动通信行业了。
5G基站是运营商投资的大头,占到运营商5G总投资约60%左右。据工信部的公开信息,截至2020年底,中国三大运营商在5G上的投资已经超过2600亿。
5G基站是各种尖端芯片、电子元件、新型材料、复杂工程结构设计,以及大型软件协议栈的集合体,是极其专业的设备,价格自然不低。据业界估计,一个基站设备本身的价格,加上新建基站需要的配套设备和工程服务,总成本可能高达20~30万。
而且根据工信部公开数据,截至2021年3月底,我国共建成81.9万个5G基站,占全世界5G总基站数的70%。据业界估计,未来几年还要新建几百万个5G基站,初步估计一下这个投资有几千个亿。
对我们这些围观者来说,可能就是发一句感叹“哇,好多钱啊”,但对局中人运营商来说,可以说是焦头烂额,毕竟是真金白银,资金“压力山大”!因此,如何降低建设5G基站的总投资额(CAPEX)成为了运营商的头等大事。
既然大家都在想方设法降低建设5G基站的总投资额,你可能会想:3G、4G时代不是已经建了很多基站吗?直接改一改不就好了?
这样的想法其实有不少人提出过,但实际情况是,5G基站必须得重新建设才行,改装的基站无法建设出真正的5G。
其实,4G基站和5G基站的结构是完全不一样的,接下来我们会从基站的构成角度慢慢拆解。
首先我们来看下面这张常见的4G和5G无线接入网的构成图,了解无线接入网的构成是继续是学习5G基站的必备基础知识。
从图中我们可以看到,4G的无线接入网包括BBU、RRU、前传光纤、馈线和基站天线。到了5G,BBU和天线、馈线已经集成在一起,变成了AAU,这是4G基站到5G基站的主要变化。所以说,5G的无线接入网也变简单了,只有BBU、前传光纤和AAU。
BBU+AAU是我们常说的基站,技术难度大,接口协议私有,必须从同一家供应商处采购。BBU安装在机房里,AAU安装在铁塔或灯杆上。
前传光纤是连接BBU和AAU的部分,是一个成熟产品,技术难度低,需要25Gbps的前传接口。
到这里你可能会有个疑惑,为什么5G要把4G的RRU、馈线和天线集成AAU呢?有什么用呢?
为了回答这个问题,我需要先给你介绍一下天线通道数这个重要概念。其实在06讲我们在讲大规模天线阵这个关键无线技术时就介绍过,每一对发射和接收天线就是一个通道。
在4G无线接入网中,RRU通过馈线连接天线,它们之间是外部接口。一根馈线连接天线的一个接口,这样的一个连接叫一个通道,4G基站通常的通道数为4个。
而在5G无线接入网中,RRU和天线、馈线集成在一起变成了AAU。这是因为5G频段通常在2.6G和3.5G 频段,波长分别为0.11米和0.08米,而根据电磁波知识,不同天线通道之间的距离为半个波长,也就是0.05米左右的距离。
集合成AAU后,我们不仅可以减少体积,也可以轻松做到多通道,再结合电路设计和新型材料,目前5G基站的通道数可以做到32通道,以及64通道,这也就是5G能做到多天线阵的原因。
到这里,我们已经清楚了:由于4G基站和5G基站的结构完全不一样,因此4G基站不能升级到5G基站,5G基站必须重新建。
既然我们必须重新建设5G基站,有没有什么方法降低总投资额呢?毕竟这是贯穿基站建设的一个非常重要的问题。
答案自然是有的,要想解决这个问题,我们得讲究战略和战术。
战术层面来说,就是根据不同的部署场景,使用不同的基站来保证覆盖和容量的最优解的同时,让5G基站投资尽可能的节省。
而战略层面来说,就是不同运营商一起合作,共建共享5G基站,这样通过少建一张覆盖全国5G无线接入网络,自然可以大幅减低5G基站的投资。
但是,共建共享5G无线接入网需要考虑不同运营商的利益如何平衡、5G无线接入网运营维护界面如何切分等问题,因此共建共享5G无线接入网只是种选择,全球运营商有选择共建共享的,也有独建的。
从上面的分析可以看出,战术层面是所有运营商的共同选择,而共建共享只是一部分运营商的宣传,而共建共享具体到部署5G基站时,也需要战术层面的支持。
本着先讲共性,再讲特殊的原则,下面先介绍战术层面,再介绍战略层面。
实际上,5G基站可以依据发射功率(总发射功率或者每通道发功率)、覆盖面积和部署场景这三个关键指标分成这几种:
你看,这些不同类型的基站彼此之间的差异很大,价格也完全不同。这就有一个很关键的点需要我们注意:避免5G基站大材小用、或是小材大用,造成不必要的浪费。
所以,在战术层面上,我们要针对不同的场景,部署合适的5G基站,以此来达到降低基站总投资的目的。
那具体怎么做呢?
首先,我们要搞清楚使用5G基站的场景有哪些特点,然后“对症下药”。按照人口密度、业务量大小和建筑物这三个维度,我们可以把5G基站的应用场景分为这4类:
可以说,这4个典型场景就可以基本涵盖5G基站全部的应用区域了,而我们的5G基站部署方案,也主要围绕这4个场景的特点来设计。
从运营商的投资来说,城区室外和城区室内这两个场景是运营商5G基站部署的重点区域,占了运营商大部分的5G基站投资。因此,我会给你详细讲解这两个场景的方案,其余两个场景我们简单了解一下就可以了。
下面,我们先来看城区室外场景。
城区室外是5G基站部署的重点场景。在城区室外,由于人们活动的范围很广,并且相对分散,我们首先要考虑的是怎么让5G基站连续覆盖到室外的区域,确保我们在任何位置都能使用5G。
这时候,覆盖面大的宏基站是我们的最佳选择。一般,我们把宏基站安装在铁塔上,来形成连续的覆盖,确保我们的使用。
可是,室外高楼林立,地形也比较复杂,总有一些宏基站覆盖不到位的地方。根据我们的经验,这样的地方通常面积都不大,用一个微基站来覆盖正好合适。而且,微基站的设备比宏基站便宜,安装需要的配套设施的成本和工程成本也低于宏基站(一般我们把微基站安装在街边的灯杆上就可以了)。因此,在城区室外,我们采用宏基站为主,微基站补充的方式来保证覆盖效果。
不过,这种方案还不能完全解决城区室外对5G的使用需求,因为在城区室外,还存在着业务量需求极大的一些地方,比如大城市的步行街、中心广场和中心公园等等,这些地方虽然已经覆盖好了宏基站和微基站,但是由于人流量太大,对业务的需求极高,仅仅宏基站和微基站没法满足业务量需求,因此我们需要采用超密集组网的方案。
关于超密集组网(UDN)我们也在06讲中学过,就是在热点区域叠加小基站来满足业务需求。一方面这能解决业务量极高的问题;另一方面,由于小基站成本较低,也能降低基站的投资。
总体来讲,在城区室外的场景下,我们会用“宏基站+微基站”的方式来保证5G信号的连续覆盖,同时用超密集组网的方式来支持热点区域的极高业务量。
其实,室外的“宏基站+微基站+超密集组网”的形式已经能让5G信号覆盖我们很大一部分的生活区域。但是城市高楼林立,人口众多,难免会有室外基站的信号覆盖不到的地方,所以我们也要重点考虑城区室内基站的部署问题。总的来说,我们只有在室内接收的5G信号比较差的情况下,才会考虑部署专门的室内覆盖方案。
相比室外,室内的情况要更加复杂,在不同场合下,人流量和业务量有相对明显的差异。室内系统的安装大概遵循这样的流程:
但是,运营商也不是所有室内场景都会自己主动去推动,一般他们会根据经验,最优先建设一些重要的地方,比如机场、地铁等交通枢纽、还有大型酒店、大型购物中心、大型高层写字楼,以及医院等这样一些人流密集或业务量比较大的室内场景。
其他的一些人流没那么密集、业务量没那么大的中小型场景,例如中小型购物中心、商务中心、还有一些居民区等等,一般都要业主先提出需求,或者是征得小区业主同意,运营商再结合具体情况,给出合适的规划方案。
到这里我们已经分析完了基站安装最重点的两个区域——城区室外和城区室内,还有两个典型的安装场景,我们最后来简单看一下。
首先是农村或城市郊外,我们一般采用广覆盖基站,做到网络性能和成本的平衡。我们把基站安装在高高的铁塔上,这样每个基站的覆盖范围就比较大,从而覆盖总面积也能尽可能大一些,需要的基站总数也就少一些了,因此基站的总投资就降低了。
然后是高铁或者高速公路,这个也是采用广覆盖的方式覆盖沿线。这是因为高铁或者高速公路场景有个特点:只有高铁或者高速公路沿线才有业务需求,业务需求是呈现出一个带状的。
但是这个线路又很长,因此我们需要在沿线一直建基站保证全程覆盖。在这个场景下,基站要安装在沿线附近的铁塔上,让每个基站的覆盖线路尽量长一些,这样在保证覆盖效果的情况下能尽量减少基站数量,保证基站的投资尽可能小。你也不用担心高铁跑得太快没信号,现在5G已经可以支持高达500公里/小时的移动速度,完全能满足目前高铁和高速公路的移动性需求。
好了,上面我们是从战术层面给出的降低基站总投资的方法。接下来我要介绍的是从战略层面降低基站总投资的方法——共建共享。战略层面可以说是节省投资最有效的方式,我们就一起来看看吧。
这是什么意思呢?原来,我们每个运营商都要建一张覆盖全国的网络,通过共建共享,我们让两个或者几个运营商合在一起建一张覆盖全国的网络,这样就可以少建很多的5G基站了。
你知道吗?其实国内运营商现在就是这样做的,国内已经形成了中国电信+中国联通合建一张5G网、中国移动+中国广电共建共享的格局。
你可以通过这张表来了解一下目前国内的5G频谱分配情况和现在这个共建格局:
从图中我们可以得知,现在移动和广电是共建共享的是700MHz的频段,广电共享移动独建的2.6GHz的频段,电信和联通共建共享3.4~3.6GHz的频段。
这样的共建共享为运营商节约了大量的5G基站投资。据电信和联通的年报,自共建共享5G网络以来,相比各自独建5G网络,截至2020年底,节约的建设资金就高达600个亿。
移动和广电也共建共享700MHz的频段,据业界估计,大约需40~50万个基站就可以达到4G一样的覆盖效果了,如果用2.6GHz来覆盖,所需基站数量是700MHz的4~5倍左右,结合前面提到的建设一个基站的价格,相比之下你马上就明白了,用700MHz能节约移动多么巨大的5G基站投资。
现在我们可以得出一个结论:共建共享是最高层次的节约5G基站投资的方式,对运营商来说确实很香,它也为国内的5G网络建确立了总体指导方针,通过它可以减少总基站的数量,大大减少总投资额。
好了,这一课到这里就结束了,我们再来回顾总结一下。
这一节课我们重点关注的是5G基站,我们从5G基站的重要性,到5G基站为什么要重建,再到如何降低5G基站总投资额,带你完整地了解了5G基站、它的分类以及建设和部署方法。
首先你知道了,5G基站是运营商5G投资的大头,占到运营商总投资约60%左右,而且5G基站和4G基站的构成还完全不一样,这也就意味着我们无法把4G基站改建为5G,必须重新建设。
这样我们的总投资额就会非常巨大了,所以这节课中我从战术和战略层面分别给出了相应的解决方案。我还给你编了个顺口溜,总结一下这个降低5G基站总投资额的方法:
今天,我依然给你留了个思考题,我想请你从高到低排一下你认为的几大5G基站厂家的市场份额,可以简单说一下理由。
欢迎在留言区留言,和我一起讨论。也感谢你和我一起学习,如果你身边也有朋友对5G基站建设相关的知识感兴趣,欢迎你把这节课分享给他。我是杨四昌,我们下节课见。