除了云計算、大數據等概念，最近幾年最火的話題就是5G了，其實，通信行業涉及到的設備形態很多，就算僅僅是5G一個概念涉及到的領域也是非常寬泛的，比如GPON、RAN、ONT等等，無法面面俱到（主要也是不懂^.^）。所以這篇文章僅僅淺嘗輒止的介紹一下我最近接觸到的5G基站的相關知識，主要包括5G基站的系統組成及其電源架構，希望以后有機會深入研究。
說5G就不得不提4G系統。下圖是一個無線接入網（RAN）的示意圖，左邊的4G網絡主要由2級架構組成（紅色框中）：
- 基帶單元（BBU）也就是傳說中的通信機房，完成基帶處理功能（編碼、復用、調制和擴頻等）、信令處理、本地和遠程操作維護功能，以及 NodeB系統的工作狀態監控和告警信息上報功能
- 射頻遠拉單元（RRU）模塊完成中頻信號到射頻信號的變換，再經過功放和濾波模塊，將射頻信號通過天線口發射出去
比如，我們手機天線發出的射頻信號被就近基站的RRU接收、下變頻，然后將基帶信號通過光纖前傳送至運營商機房BBU，在機房中將對信號進行解調，信息處理，最后回傳至城域/省干核心機房，匯集成大數據供數據中心處理。
圖1.4G到5G的RAN演變框圖
相比4G, 5G 基站架構將發生改變：接入網不再是由BBU、RRU、天線組成。而是被重構為以下 3 個功能實體：
- 原 BBU 的非實時部分將分割出來重新定義為CU（Central Unit）， 負責處理非實時協議和服務， 功能也將遷移到服務器來實現 CU 的虛擬化 /云化， 以方便進行集中控制。
- BBU的剩余功能重新定義為 DU(Distributed Unit)， 負責處理物理層協議和實時服務，這需要新的專用及定制化硬件。
- 而BBU的部分物理層處理功能與原 RRU 及無源天線合并為 AAU。
DU和CU這樣的新架構，支撐了5G承載網的回傳、中傳、前傳功能。另外，還加入了切片和邊緣計算的概念用于處理實時性業務（如自動駕駛回傳信息）。
以上就是5G基站系統的一個基本介紹，下面又開始言歸正傳講我們的電源架構了。圖2所示是從某供應商資料copy的基站承載網結構圖，可以看到基站系統的核心機房內放置了服務器（一般會配備硬件加速卡）和BBU，AAU接收到的數據信號通過光模塊回傳到核心機房進行數據處理、轉發。CPE則可以放置在室內，對WIFI信號等做二次中繼。
圖2. 基站承載網結構圖
下面分別對BBU和AAU的電源組成架構做個介紹：
圖3. BBU電源系統架構圖
圖3所示即為BBU的系統架構，和計算機不同，通信設備的系統輸入電壓是-48V直流，這個-48V一般由機房的整流器對市電整流變壓得到。系統級電源入口需要設計Hot Swap和efuse等電路來防止熱插拔過程中產生的浪涌電流，尖峰電壓，達到保護后級負載的目的（功能類似計算機設備，但參數指標不同）。 然后通過隔離DCDC變壓模塊，將48V降壓為28V、12V、5V等中間電壓，之后再通過POL電源為后級CPU/Memory、以及FPGA、ASIC等芯片提供穩定精準的電壓。
其實這里會發現，BBU的電源架構和之前提到的計算機電源架構十分類似，都有大功率CPU、DDR這些負載，不同之處是BBU多了FPGA/ASIC專門來做數據處理，還會多一些光模塊用來收發高速數據。另外，FPGA的供電和CPU供電有一個小差別，就是它的Power rail特別多，而且因為需要處理高速數據，因此對電源的噪聲要求也很高。所以目前市面上有很多集成電感的多路輸出電源模塊（module）為FPGA供電，這樣就可以節省布板面積，又可以簡化設計，算是一種不錯的選擇。
圖4所示是RRU的系統架構，RRU主要處理射頻數據，然后將電信號轉化成光信號回傳給BBU。從圖中看到，因為包括了射頻（模擬）前端和功率放大模塊，RRU除了需要BUCK變換器實現降壓外，還需要一定數量的LDO實現低噪聲高精度的電壓供應。但是RRU控制部分功率相比BBU會小不少（主要功率集中在功率放大模塊），因此，也不需要低壓大電流的多相電源模塊，一般中小電流、集成的多電源軌輸出的BUCK和LDO就可以勝任了。
圖4. RRU電源系統架構圖
最后，再說下小基站（small cell）。因為5G應用中，小基站作為傳統宏站的補充，將大量建設投放，而小基站顧名思義，麻雀雖小五臟俱全，他可以完整的實現普通基站的功能，只不過功率要小很多。根據3GPP組織的規則，無線基站分為4類，分別是宏基站、微基站、皮基站和飛基站。4種基站的區別如下表格所示：
圖5.5G無線基站分類
圖6.5G小基站產品
下面圖7是小基站的電源架構，可以看到小基站涉及到的供電方式又多了一種POE供電。POE供電是近年來興起的以太網直接供電方式，能夠為用電器節省專用的電源線。當然，更重要的是它讓無處不在的PD通信設備（如電話、傳真機、路由器）能夠快速部署而不需要再考慮供電的距離等問題。POE供電的核心是協議芯片（控制器）用以識別和協調POE供電端和受電端的動作。與此同時，由于采用POE供電，因此，小基站這種受電設備功率是有一定限制的，目前最大只能到70W左右。
圖7.5G小基站電源架構
這就是本次分享的一個話題，主要就5G基站的電源架構做了簡單介紹，沒有什么特別精深的理論，但作為個科普文為將來深入研究打個基礎還是可以的。祝各位周末快樂！