AAU设备的优势与应用

赖杲锐



AAU设备的优势与应用

赖杲锐

广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510000

随着移动网络的不断升级演进，AAU设备（即一体化有源天线）得到广泛应用和推广。介绍了AAU的结构，总结了AAU的优势，介绍了相关产品及应用案例，并探讨了AAU未来的发展。

AAU；一体化有源天线；射频单元；天线单元

随着移动网络的不断升级演进，基站主设备与天线的结构也不断演变。

2G时代以宏基站为主，基站主设备布置于机房，通过馈线与天面或杆塔的天线相连，即BTS加天线的形式。3G时代开始，由于系统频段较高，以及机房选址越来越困难，分布式基站逐渐占据主流，即BBU加RRU加天线的形式，RRU布置于天线附近。4G时代到来，天面系统越来越多，天面或杆塔空间资源有限，同时伴随着多频段以及MIMO的要求，射频单元和天线单元集成的一体化有源天线即AAU设备，开始得到广泛应用和推广。

1 AAU设备的结构

射频单元和天线单元集成的一体化有源天线，即Active Antenna Unit，简称AAU。AAU采用多通道的射频和天线阵子配合，每个有源单元除了作为辐射及接收单元，实现辐射及接收电磁信号之外，还作为电路的一部分，具有谐振、滤波、功率放大等作用。AAU主要包括天线单元AU、射频单元RU以及电源模块。AU主要提供天线功能及内置RCU实现电调功能。RU负责实现与BBU的通信，以及射频信号的转换、放大、滤波，并通过天馈单元AU实现射频信号的接收与发射。电源模块的作用则是向AU和RU供电。

2 AAU设备的优势

（1）减少馈损，提升射频系统性能。射频单元与天线单元的一体化集成，最直接的好处便是减少了馈线损耗。以2 GHz附近频段为例，每百米馈线损耗约10 dB，普通RRU到天线的跳线长度为3～5 m，射频模块与天线模块集成安装后，可以减少0.3 dB以上馈损。馈损的减少，提升了天线输出功率和接收能力，对网络覆盖性能的改善大有益处。

（2）有利于新技术的应用。大规模多入多出（Massive MIMO）、三维波束赋形（3D Beamforming）、软件定义频谱（SDB）等技术可显著提升网络性能，但这些技术在传统的基站与天线的结构方案下实现复杂，而射频单元和天线单元集成的AAU设备则具备实现的优势。

（2）节能减排，节约投资。在保证相同输出功率的情况下，AAU设备可以使系统功耗更小，有效降低了移动网络的能耗，达到节能减排的目的。同时节省了运营商馈线的投资，以3小区TD-LTE 8T8R为例，每站点就减少了24条跳线的投资以及相应的施工工日。

（3）节约杆塔资源。随着各大运营商铺开4G建设，3大运营商现网都存在2G/3G/4G多个系统，涉及900 M、1800 /1900 M、2.1 G、2.3 G、2.6 G等多个频段。采用单频独立天线的话，一个典型的3小区站点一个运营商可能需要挂9副天线。为了减少杆塔重复建设，运营商一般采取多频天线，但是多套系统的RRU上塔同样需要占用杆塔资源，载波聚合则带来更多RRU，例如电信1800 M和2.1 G的载波聚合，虽然使用同一频段天线，却需要翻倍的射频单元。另外随着各大运营商覆盖深度的增加，以及4G高频段系统对站间距的更高要求，我国在网基站数量已经非常庞大。据工信部数显示，截至2016年底，我国移动通信基站总数已达559万。大中城市更加密集，如二线城市佛山，各大运营商现网基站超过8000个。城乡站址资源以及杆塔资源的利用已经趋于饱和，而居民普遍对于基站辐射缺乏科学认识，又增加了选址难度，杆塔资源非常宝贵。种种因素对于现有的RRU加天线的结构产生了挑战，而AAU设备则很好地适用了这种挑战。目前，主流的AAU产品的迎风面积与相应的天线产品的迎风面积相当，而一般RRU（约400 mm高×120 mm宽）的迎风面积约0.12 m2，集成双频射频单元的AAU设备，可以减少约0.24 m2的迎风面积，以一般双频天线（约1400 mm高×300 mm宽）约0.42 m2的迎风面积计算，集成的双频AAU产品比双频天线加2个RRU的产品能减少迎风面积约18.6%。AAU设备能显著减少迎风面积，节约杆塔资源，提高杆塔资源利用率。另根据铁塔公司商务规定，基本产品单元原则上每幅天线及1个RRU的迎风面积合计不超过0.8 m2，超过需另外定价。多频天线与多RRU的组合很容易超过0.8 m2的标准，使用AAU产品节约铁塔公司杆塔资源的同时，也能有效减少运营商的铁塔租赁成本。

（4）美观。集成了射频单元的AAU产品，去掉了馈线的布放，使杆塔或天面更加简洁美观。特别是一些美化效果的AAU产品，例如华为的Easy Macro，中兴的iMacro等，与周边环境协调，在如今站址获取日益困难的情况下，有利于站点的建设和保持，同时在城市基站日益增多的情况下，保持城市景观的和谐。

（5）施工便捷，部署快速。相比传统方案，AAU方案由安装RRU、安装天线、布放跳线，缩减为只需安装AAU设备。以30 m普通地面塔安装一个载波聚合的3扇区电信LTE系统为例，3副多频天线、6个RRU和12条跳线，需要71.4个定额安装工日，采取AAU设备的话，仅需要安装3个AAU，合计为29个定额安装工日，减少44.4个工日，缩减超过60%工程量，同时减少的还有仓储和物流成本。便捷的施工可以使基站快速部署，满足各种紧急覆盖需求，同时避免施工缓慢带来的各种阻工风险。

3 AAU主流产品

如上所述，在LTE建设中，针对杆塔资源有限的站点、有美化要求的站点、有阻工风险的站点、要求快速建设的站点，均可以考虑采用AAU设备。基于AAU在4G建设中的各种优势，各大设备厂商均推出了不少AAU产品。

华为AAU3215支持频段2.6 G/2.1 G/1.8 G，天线增益16 dBi，其中2.6 G是有源频段，支持TDD 8T8R，射频功率8×30 W，功耗560 W，F及A频段是无源频段，支持外接8T8R射频单元。AAU3215尺寸为1400 mm×320 mm×230 mm，重量35 kg。AAU3215适用于FA或D频段新建TD-LTE网络的同时预留了后续的频段扩容能力，或在TD-SCDMA现网基础上替换原天线新增D频段的TD-LTE需求场景。

华为AAU3910支持频段1.8 G/2.1 G/2.6 G 3个频段，其中2.6 G和1.8 G是有源频段，2.1 G是无源频段，可以外接射频单元。2.6 G为TDD有源模块，4T4R收发模式，射频输出功率4×20 W，天线增益18 dBi。1.8 G为FDD有源模块，2T4R收发模式，射频输出功率2×60 W，天线增益17.5 dBi。有源模块合计最大功耗为760 W。2.1 G频段支持2T4R外接射频模块，增益17.5 dBi。AAU3910尺寸为1450 mm×320 mm×230 mm，重量54.5 kg。AAU3910适用于TDD与FDD共存的需求场景。

华为AAU3940是圆筒状的AAU产品，造型小巧，高750 mm，直径150 mm，重15 kg，外形与环境比较协调，无需再额外美化。支持1.8 G/2.1 G频段，射频功率2×40 W，支持2T4R，天线增益14.5 dBi。AAU3940带美化效果，可以快速部署，适用灯杆站、街道站，可对道路及附近楼房进行补盲覆盖。

中兴A8602是中兴推出一体化集成天线，体积仅15 L，重量15 kg，射频功率2×40 W，天线增益15 dBi，功耗490 W，分为S1800和M1821两种型号，其中S1800支持1.8 G频段， M1821支持1.8 G及2.1G。A8602适用于快速部署解决FDD覆盖需求。

上述常用的各种AAU产品，其天线增益、迎风面积、射频功率、产品功耗等关键指标，与主流的天线和RRU产品相比，性能相当，个别产品在拥有接近的射频指标的情况下甚至比一些天线有更小的物理尺寸。

4 AAU应用案例

基于AAU的各种优势，AAU产品受到运营商的欢迎和使用。

例如下述位于两片丘陵之间的位置为弱覆盖区域，周边浅蓝色图钉为现有基站，由于山体和建筑的阻挡，现有基站未能对弱覆盖区域进行有效覆盖。

根据网优需求，现场选址勘察，发现附近绿色图钉位置有一视频监控杆，可以利用现有监控杆杆体及配套资源建设路边站进行补盲覆盖。

考虑到选址位置正好位于寺庙门口，附近环境清幽，存在美化要求及基站逼迁风险，决定采用华为AAU3940设备进行建设，新增2付AAU3940，以1.8G频段2T4R进行覆盖，方向角分别为90°和230°。该站点从进场施工到站点开通不到半日，快速部署解决了周报道路、寺庙景区的弱覆盖问题，一体化天线与周边环境协调，截至目前没有收到逼迁报告。站点建设效果如下：

5 AAU的发展展望

如前所述，随着各运营商网络的不断升级演进，现在的基站基本都是多制式多频段共存，例如电信的1.8 G LTE、2.1 G LTE与CDMA 800 M共存的基站已经相当普遍，同一运营商同一频段也会有多个制式，例如电信的LTE 800 M和CDMA 800 M，联通的DCS 1800 M和LTE 1800 M，而不同运营商的不同网络合路共天馈的情况也不少见。主流AAU产品虽然不少，但是面对灵活多样的网络系统组合，产品类型还是显得相对有限，AAU的应用缺乏灵活性[1]。

展望AAU的发展，应是保持AAU集成优势的同时，还能如普通多频天线一样灵活匹配多制式多频段的网络需求。这就要求射频单元的硬件标准化，并最好具备跨厂家的兼容性。目前各大设备厂商均推出了SDR基站，即软件定义的基站设备，利用软件实现使标准化的基带单元和射频单元适合不同的网络制式。设备厂商相应也推出了SDR的AAU，例如华为的AAU3920，1.8 G和2.1 G的有源模块，可以通过软件定义支持GSM 1800 M、LTE 1800 M、LTE 2100 M、UMTS 2100 M等不同制式。SDR的RU与多频AU的集成，使得同一厂家的AAU产品尽量做到了适用多样的网络系统组合要求，提高了AAU产品的灵活性。如果SDR的标准化的射频单元能同时做到兼容不同厂家的BBU，则相应的AAU就完全成为独立的天线端产品，进一步提高了AAU产品对于复杂网络组合的适应能力。运营商无需受限于原主设备厂家，可以选用不同厂家的AAU，对于有实力的设备厂商更愿意规模量产相应型号的AAU，天线厂家也能避免AAU产品流行之后的边缘化。

此外，多频段的组合，要求AAU集成多个频段的RRU产品，这样又造成AAU产品体积过大，限制了应用优势。例如移动的LTE基站就会同时存在FED系统，目前主流的窄带RRU产品一般只支持对应的频段，FED基站需要集成3个频段的RRU，对应的AAU产品必然体积较大。跨频段的宽带RRU能节省RRU的配置数量，多频AU与宽带RU的集成，软件定义频段与软件定义网络制式的结合，可使AAU设备应用的灵活性提高到一个新的高度。

AAU设备的应用和发展，不仅是目前的部署要求，还承载着5G时代所需要的新技术和新特性。大规模天线阵列是5G的关键技术。通过大规模的多入多出，即Massive MIMO，支持更多独立的空间数据流，数倍提升多用户系统的频谱效率，对满足5G系统容量与速率需求起到重要的支撑作用。大规模天线阵列达到128T 128R、256T 256R甚至更大规模，必然是射频单元跟天线单元一体化集成的设备。随着移动网络的演进发展，AAU设备将成为主流的射频及天线设备。

[1]本刊讯.IMT-2020（5G）推进组发布5G技术白皮书[J].中国无线电，2015（5）：15.

Advantages and Applications of AAU Equipment

Lai Gaorui

Guangdong Telecom Planning and Design Institute Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510000

With the continuous evolution of mobile network, AAU equipment（ie, integrated active antenna）has been widely used and promoted.This paper introduces the structure of AAU, summarizes the advantages of AAU, introduces the related products and application cases, and discusses the future development of AAU.

AAU; integrated active antenna; radio frequency unit; antenna unit

X321；F752.0；F205

A

1009-6434（2017）02-0049-03

赖杲锐，工程师，通信项目经理，任职于广东省电信规划设计院有限公司，从事通信规划设计工作。