AAU工作原理

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AAU是什么

AAU，Active Antenna Unit，有源天线单元。AAU是5G基站的主要设备，是大规模天线阵列的实施方案。AAU可以看成是RRU与天线的组合，集成了多个T/R单元。T/R单元就是射频收发单元，最早用于军事上的相控阵雷达。

5G时代，不仅仅是RRU和天线集成到了一起变成了AAU，而且BBU的物理结构也由于5G改变的网络框架而演变成了CU(集中单元）和DU（分布单元）。

其中BBU的实时性比较强的部分，变成了DU(分布单元），而BBU的非实时性功能则演变为了CU(集中单元），此外5G核心网功能下沉到边缘，CU还将承载部分核心网的功能。

BBU的部分物理层功能，被设计到了AAU之中，因此和RRU相比，AAU不仅仅是多集成天线部分的功能，还多了部分BBU物理层的功能。

5G基站为什么需要AAU？

finance.sina.com.cn 2020年05月29日 21:29

原标题：5G基站为什么需要AAU？ 来源：创事记

基站，其实早已像水和电一样融入了大家的生活，无时无刻不在为大家服务。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？

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，一个基站要支撑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，为了支撑更强的MIMO和分集接收能力，RRU需要支撑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，为了支撑超高下载速度，4G时代的普通MIMO升级为大规模MIMO（Massive MIMO），RRU需要支撑64路发射，并连接到含192个天线单元的天线阵列。

这样RRU和天线都要支撑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。

有哪些类型的AAU？

1. RRU和天线松耦合式AAU

AAU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，一般仅支撑一到两个频段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：支撑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支撑4T4R，也就是下行最多支撑发射4路数据信号，跟手机做4x4 MIMO，上行则支撑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，支撑64路发射和接收信号，下行可稳定支撑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App算法才能实现良好性能。

因此，在5G主流的Sub6G频段上，支撑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撑单个频段，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），想要天线再支撑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没法支撑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。

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撑水平面的多流发射，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。业界最多可以支撑下行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。

本文编辑：蜉蝣采采

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