5G基站是怎样把信号发给手机的？
导语：随着5G的到来 ， 5G基站将像像水和电一样融入我们的生活 ， 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 。 本文将带你了解5G基站信号的发射装置：AAU 。
一、5G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（ActiveAntennaUnit ， 有源天线单元）应运而生 。
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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（MassiveMIMO） ， 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 。
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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 。
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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MassiveMIMO技术的AAU
为了提供超高下载速率 ， MassiveMIMO（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4x4MIMO ， 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5GMassiveMIMOAAU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16路数据信号同时发送 ， 上行也能同时接收8路信号同时接收 。
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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MassiveMIMO的加持下也能实现小区下行吞吐量5倍的提升！
可以看出 ， MassiveMIMO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MassiveMIMO的AAU成为了绝对的主流 。
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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MassiveMIMO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MassiveMIMO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 。
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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 。
MassiveMIMOAAU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 。
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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4x4MIMO（4流） ， 小区能力提升了5倍 。
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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 。
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好了 ， 本期的内容就到这里 ， 希望对大家有所帮助 。
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