5G基站为什么需要AAU？

基站，其实早已像水和电一样融入了我们的生活，无时无刻不在为我们服务。但是，这个幕后英雄，却不为多数人所理解。看完本期的内容，你将会了解基站最重要的组成部分，RRU 的进阶设备版本——AAU：① 为什么需要 AAU？② 有哪些类型的 AAU？③ AAU 能给 5G 网络带来哪些好处？

 一  为什么需要 AAU？

RRU，也就是远端射频单元，是现代基站的两大核心（BBU 和 RRU）之一，又被称作辐射的万恶之源。随着无线网络的发展，一个基站要支持 2G，3G，4G 等多种制式，还要兼顾 900M，1800M，2100M 多个频段。甚至，还有 700M，2600M 等 4G 专用频段。考虑到一个基站通常有 3 个扇区，铁塔上就要挂上就有 15 个各频段的 RRU，再连接到 3 个多端口天线上，共计 18 个设备，导致铁塔上拥挤不堪。在国际上，很多运营商租赁铁塔是按照上面挂的设备数量来收费的，因此怎样在频段和容量不变的前提下减少塔上挂的设备数量，成为了一个强需求。并且，在 4G 网络发展的后期，为了支持更强的 MIMO 和分集接收能力，RRU 需要支持的天线端口越来越多，从两端口，发展到 4 端口甚至 8 端口，对天线的要求越来越高，连接也日趋复杂。这时自然而然地可以想到，既然 RRU 需要和天线近距离安装，还必须用射频线连在一起，那何不把这对搭档合二为一，搞成一个模块呢？这样一来，不但塔上的设备少了，连接 RRU 和天线之间的跳线也不再需要，也就没有任何馈线损耗了！在这样的背景下，把 RRU 和天线融合在一起的设备，AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）应运而生。

所谓有源，就因为这种带天线的设备需要供电才能把信号发出去，毕竟 RRU 在里面装着呢。而传统的天线是不需要供电的，也叫做无源天线。随着 5G 时代的来临，为了支持超高下载速度，4G 时代的普通 MIMO 升级为大规模 MIMO（Massive MIMO），RRU 需要支持 64 路发射，并连接到含 192 个天线单元的天线阵列。这样 RRU 和天线都要支持 64 个端口，并用 64 根跳线连起来才行，这哪里放得下？真是有些丧心病狂，还是两者合体来得干净利落。就这样，AAU 从 4G 时代开始萌芽，到了 5G，则上位成为了标配。RRU 在 5G 时代已日趋边缘化。

二  有哪些类型的 AAU？

1. RRU 和天线松耦合式 AAUAAU 虽然优点多多，但也有不灵活之处，那就是天线和射频完全耦合，产品架构上需要重新进行产品设计。在 4G 时代，各种 RRU 和天线已经很成熟了，AAU 的使用范围有限，设备商不太愿意花大力气重新设计全新的一体化产品，于是，出现了天线和射频松耦合式的 AAU 这样一种折衷设计。

这种 AAU 采用定制的天线，直接把现成的高频段 RRU 安装在天线背面，RRU 坏了也好更换，还可以跟普通天线一样用射频线外接低频段的 RRU，扩展性也很好。因其天线能和 RRU 无缝对接，相当于天线需要供电，这就是其名称中“有源”的来源；同时它用来外接 RRU 的端口叫做“无源”端口，这是一种有源跟无源结合的方案。在 4G 时代这种 AAU 还能勉强用用，到了 5G 时代就完全招架不住了。2. 用作深度覆盖的美化 AAU 这是一种用于闹市区等人口密集区域深度覆盖的 AAU，对发射功率要求低一些，但对产品的美化程度要求很高，上面所说的松耦合式 AAU 体积大，功率大，外观吓人，不满足需求。

因此，出现了此场景专用的 AAU，一般仅支持一到两个频段 2T2R，没有外接其他 RRU 的无源端口，因此结构简洁，小巧美观。3. 5G 时代的主流：支持 Massive MIMO 技术的 AAU 为了提供超高下载速率，Massive MIMO（大规模多入多出）成为了 5G 等核心技术。在 4G 时代，主流等 RRU 支持 4T4R，也就是下行最多支持发射 4 路数据信号，跟手机做 4x4 MIMO，上行则支持 4 根天线同时接收一路相同的信号，用以增强上行覆盖。而 5G Massive MIMO AAU 一般采用 192 个天线单元，支持 64 路发射和接收信号，下行可稳定支持 24 路数据信号同时发送，上行也能同时接收 12 流号同时接收。

这样一来，即使 5G 采用跟 4G 一样的载波带宽和子载波间隔，在 Massive MIMO 的加持下也能实现小区下行吞吐量 5 倍的提升！可以看出，Massive MIMO 的射频通道多，天线阵列规模大，复杂度提升，两个模块间的耦合更加紧密，必须把它们硬件上合二为一，再辅以合适的软件算法才能实现良好性能。因此，在 5G 主流的 Sub6G 频段上，支持 Massive MIMO 的 AAU 成为了绝对的主流。

并且这种 AAU 内的天线一般只能支持单个频段，无法提供无源端口来外接其他低频段的 RRU，或者说技术难度太大。比如，3.5GHz 的产品就只能工作在这个特定频段上的一小段带宽（100M），想要天线再支持 700MHz 低频，外接 700MHz 的 RRU 来扩展覆盖，是做不到的。4. A+P，AAU 和天线的再一次融合前面说过，5G 的主流频段是 2.6GHz，3.5GHz 这些频率比较高的频段，能提供 100M 的超大载波带宽，并通过 AAU 来提供 Massive MIMO 技术来支撑 5G 的高速率。

与此同时，像 700MHz 这样的低频段，由于频率低带宽窄，虽无法支撑 5G 高速率，却能提供良好的覆盖，因此也得到了运营商的青睐。然而较高频段 Massive MIMO 的 AAU 没法支持 700MHz 频段，需要独立的天线才行。这样一来铁塔上的设备就又要增加了，租金增加不说，很有可能压根就没空间放。于是，业界有人想到了把高频 AAU 和低频天线拼接起来的办法，管它内部结构如何，反正从外面看是一个大盒子，节省了天面空间，铁塔租金也可以省了。这种方案就叫做 A+P。A 代表有源模块，就是其内部需要供电的高频 AAU；P 代表无源模块，就是包在里面的低频天线。

从上图可以看出，A+P 这种产品中间有一个明显的接缝，昭示着它拼凑和痕迹，对自己的出身倒是毫不掩饰。

三  AAU 扛起 5G 的大旗

5G 首先部署在城区热点，这些地方一般高楼密布，不但需要覆盖地面，高楼的垂直覆盖也十分重要。

Massive MIMO AAU 的大规模天线阵列不但支持水平面的多流发射，还能把波束在垂直面上灵活分布，对高楼的覆盖能力极大增强。

由于发射通道多，可以形成很窄的波束，空分复用的能力更强，把同一份频率和时间资源共享给多个用户。业界最多可以支持下行 24 路数据流同时发送，相比 4G 的 4x4 MIMO（4 流），小区能力提升了 5 倍。

速率的大幅提升，正是 5G 部署初期的 eMBB 业务的全部奥义，让用户直观地感受到了 5G 带来的畅快淋漓。正是 AAU，扛起了这面 5G 的大旗。

好了，本期的内容就到这里，希望对大家有所帮助。

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。