当你拿着手机观看头条新闻、聊微信、刷抖音的时候，你是否想过，这一切是如何实现的？有的稍微了解过的朋友可能知道通信基站在其中的功劳很大。今天，咱们就唠一唠世界上最复杂的基站。
基站室外结构
首先来了解一下什么是基站。
基站是移动设备接入互联网的接口设备，也是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动终端之间进行信息传递的无线电收发的电台。
基站在通信中的位置
简单来说基站就是为我们的手机提供信号的设备，它通过天线进行信息的收发。
基站天线
那基站主要包括哪些部分呢？
基站的功能主要包括基带处理和射频，其物理结构由基带模块、射频模块、天线模块三部分组成。
基站物理结构
它的安装方式比较统一，一般都有室内+室外两部分，由电网及蓄电池供电，所以即使停电了我们的手机也依然能够通话和上网。
4G基站设备安装简图
下面简单介绍一下基站的三大模块。
1.基带模块。简单说就是主机，主要完成基带的调制与解调、无线资源的分配、呼叫处理、功率控制与软件切换等功能。
基带模块
什么 是基带？基带Baseband，指信源（信息源，也称发射端）发出的没有经过调制（频谱搬移和变换）的原始电信号所固有的频带（频率带宽），称为基本频带，简称基带。
各种形式的电信号
2.射频模块。主要完成空中射频信道和基带数字信道之间的转换，以及射频信道的放大、收发等功能。
射频模块
射频原理：电流流过导体时，导体周围会形成磁场。交流电通过导体时，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。
电磁波激发原理
电磁波频率高于100kHz时，可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力。这种具有远距离传输能力的高频电磁波就称为射频。
电离层反射电磁波示意图
3.天线模块。即信号的发射与接收设备，有全向和定向之分，一般有三种配置方式：发全向、收全向；发全向、收定向；发定向、收定向。发全向即全方位的信号发送，收全向即全方位的信号接收，定向就是只朝一个固定的角度进行发送和接收。
天线模块
一般情况下，频道数、用户较少的基站，如位于乡村、郊区等，常采用发全向、收全向方式。
发全向、收全向天线
而频道数、用户较多的基站多采用发全向、收定向的方式，且数量也较为密集。
发全向、收定向天线
那发定向、收定向的天线用在什么地方呢？这个一般用于地球同步卫星的信号接收，例如我们生活中最常见的电视卫星信号接收天线，调好了角度就不能再动了。
发定向、收定向天线
基站的常识情况咱们就介绍到这里，下面说一说5G。5G即第五代通信技术，采用的依然是与4G相同的数字蜂窝网络，终端设备通过无线电波与所处蜂窝中的基站进行通信。但速度最高可达10Gbit/s，比4G快100倍，而且延迟低于1ms，4G为30~70ms。
5G
那5G为什么能够这么快呢？它是怎样在一秒钟的时间里传输10Gbit也就是1.25亿byte的数据的呢？
想象一下以前的电报机，按下去代表通电，也就是1，松开代表不通电，也就是0，电报机的原理就是用0和1组成的摩斯密码传递信息。
电报机发报
那么如果我想传递的信息很多，又很着急，该怎么办呢？那当然是催发报员按快一点啦，也就是提高频率。现在网络通信的最基本原理依然是1和0，只不过不是通过电信号的有或无表示，而是通过电磁波的振幅、相位等的变化来表示。
正弦波波形图
为了提高信息传输的速度，那就要提高电磁波的频率，在单位时间内发送更多波形，包含更多的振幅、相位信息来表示0和1。
各种电磁波的波长
还有一个名词叫做带宽。带宽在模拟信号系统又叫频宽，指单位时间内可传输的信息量，即在传输管道中传递数据的能力，通常以bps来表示。我们常说的家里装了多少M的宽带，实际上就是带宽。而且商家欺负我们是小白，宣传的时并不说明，100M的带宽，并不是网速能达到100MB/s，而是100Mbps，等于12.5MB/s。所以家里装了个20M宽带网线的你，可别再打电话给维修人员说网速太慢了，毕竟理论最高速度也只有2.5MB/s。
100M宽带速度最高12.5MB/s哦
提高电磁波频率解决了数据的高速无线传输问题，提高带宽就是解决数据的高速有线传输问题。大家都知道现在有线传输都靠光纤，提高带宽的方式也就很明了了——增加光纤数量和提高光信号处理器的性能。
光纤
光信号处理器
说到现在，世界上最复杂的5G全频段+Massive MIMO基站终于可以浮出水面了。它的品牌想必大家都知道，我就不说了，以免说我和特朗普抢生意。
5G全频段+Massive MIMO基站
它采用了极简BBU（基带处理模块），支持5G全频段调制解码，RRU（远端射频模块)可直接安装至楼层，BBU与RRU之间采用光纤传输，RRU再通过同轴电缆及功分器等连接至天线模块。
极简基带处理模块
远端射频模块
BBU与RRU采用光纤连接
基带处理模块可以说是基站的核心，尤其是5G基站的BBU，面对的是超大流量的数据处理任务，其科技含量甚至不亚于手机。
BBU主板
该品牌的5G基站采用了自研的天罡芯片。愧对大家，找遍全网也没有找到一张天罡芯片的特写照片，这张已经是能最大程度显示它的了。
天罡芯片
5G基站还面临着一个大问题，那就是发射的电磁波波长太短。根据电磁波频率与波长公式，频率越大，波长越短。而短波信号在无线传输过程中衰减的很厉害，传播距离也不够远。
电磁波频率与波长公式
衰减的原理是：自由空间中，信号强度与距离的平方成反比。增加天线数量可以增强信号强度，叫做天线增益G，算进去即可得到信号强度的公式。
信号强度的公式
为了让大家的手机都有良好的5G信号，有四个办法。一是提高发射功率Ptx，但是耗电；二是缩短手机与基站间的距离R，让大家去基站下玩手机那不合适;三是增加波长λ，可是速度就慢了；四是增加天线数量，可取。
增加天线数量
但是天线数量多了也有问题，信号会互相干扰。为了解决这个问题，厂家又发明了波束赋形。即天线系统可以控制每一个天线单元发射（或接收）信号的相位和角度，产生具有指向性的波束，消除来自四面八方的干扰，增强波束方向的信号。简单来说就是一对一精准服务。
波束赋形技术
下面两个动图可以简单展示传统电磁波传输和波束赋形传输的区别。
传统电磁波传输
波束赋形传输
这项技术就叫做Massive MIMO， 大规模天线技术的缩写。其原理是：收集信道状态信息，即各天线与各用户终端之间的空间传递函数的集合，用一个矩阵(H)来表示，通过线性预编码，计算出最大比率(MR)、迫零(ZF)和最小均方误差(MMSE)，最终得出天线应有的相位和角度。
矩阵(H
线性预编码
线性预编码
到这里，大家应该知道那家公司为什么会白白养一个只会做数学的俄罗斯小伙子十几年了吧？真是学好数理化，走遍天下都不怕。使用Massive MIMO技术的天线就长这样。
5G Massive MIMO天线
一台这么复杂5G基站，到底要多少钱呢？答案是60万元人民币。而且随着5G的全面铺开，未来价格还会进一步降低，真想买一台回家当路由器啊。
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