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三个5G关键技术及应用趋势探讨

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摘要：由于5G重要标准还未冻结，5G技术目前还不成熟，仍在试验网阶段摸索前进，包括AAU安装问题、高功耗等问题都困扰着网络建设者和设备厂商，这些试验网的问题将会很大程度上影响设备研发和网络建设的走向，本文摘取了三个5G关键技术：MassiveMIMO，NSA与SA，CU与DU分合，结合技术原理和实际应用进行研究探讨，并对其发展应用趋势进行了预测。

关键字：5G，SA,,NSA，eMBB，URLLC，mMTC，MassiveMIMO，D2D

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5G：5th-Generation，即第五代移动通信技术

eMBB：增强移动宽带，

URLLC：超高可靠超低时延通信

mMTC：海量物联网

MassiveMIMO：大规模阵列天线多输入多输出

D2D：是指两个对等的用户节点之间直接进行通信的一种通信方式

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概述

5G是第五代移动通信系统的简称，是必威体育精装版一代移动通信系统，是新的无线接入技术和现有无线接入技术的高度融合，由标志性能力指标和一组关键技术来定义，特点是超高速率，超低时延，超大连接，满足车联网，智能交通，高清视频，虚拟现实的需求。

为了实现这些超高的性能，5G应用了很多新的关键技术以及对网络结构进行了大的调整，如：CU与DU分离，MassiveMIMO，D2D，同时同频全双工，新型的多址技术，LDPC/Polar编码等，随着各项标准的逐渐冻结，各项技术都将逐渐投入使用，限于篇幅，本文摘取了其中三点进行研究与探讨；

二、CU、DU之分与合

4G时代，基站主要分天线、射频处理单元RRU和部署在机房内的基带处理单元BBU三个部分。5G时代，为了降低CPRI接口的传输带宽和5G控制面集中，使得RAN能够业务切分,DU更靠近用户，满足uRLLC业务需求，将天线和RRU将合二为一，成为全新的单元AAU（有源天线单元），同时无线接入网架构倾向于采用AAU+CU+DU的全新模式。CU（用以实现PDCP层及以上的无线协议功能）是中央单元，既可以和多个DU（用以实现PDCP以下的无线协议功能）分离相连，实现对DU的统一和集中化管理，降低总成本，也可以和DU整合实现协议栈全部功能，用以降低时延，满足特殊场景需求。

图14G与5G基站架构对比

5GNR基站重构为CU和DU两个逻辑网元，根据场景和需求可以合一部署、也可以分开部署，部分核心网功能下沉至CU，BBU部分功能上移至RRU/AAU，CU与DU功能的切分以处理内容的实时性进行区分。

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CU：(CentralizedUnit)：主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同时也支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署。

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DU：(DistributedUnit)：主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能。考虑节省RRU与DU之间的传输资源，部分物理层功能也可上移至RRU实现。

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AAU：原BBU基带功能部分上移，以降低DU-RRU之间的传输带宽。

CU-DU分离架构优势显著，但也面临诸多挑战：如单个机房的功率容量有限；网络规划及管理更复杂，CU至DU间的时延增加问题，CU集中后的可用性要求提高问题（类似于节点机房），而在技术成熟度上，对于设备厂商来说，目前两种架构都已可以实现，且现阶段CU-DU合设方案在技术上更为成熟，建设成本低，建设周期也比较短。基于显著的优劣势对比，本文认为在5G建设初期会以CU-DU合设的部署方案为主，未来将视业务的需要选择是否向分离架构演进，特别是uRLLC场景的业务应用。

三、MassiveMIMO通道数

MassiveMIMO（大规模天线技术）是5G中提高系统容量和频谱利用率的关键技术。它最早由美国贝尔实验室研究人员提出，研究发现，当小区的基站天线数目趋于无穷大时，加性高斯白噪声和瑞利衰落等负面影响全都可以忽略不计，数据传输速率能得到极大提高。

在LTE网络中天线基本是2天线、4天线或8天线，而MassiveMIMO指的是通道数达到64/128/256个。传统的MIMO我们称之为2D-MIMO，以8天线为例，实际信号在做覆盖时，只能在水平方向移动，垂直方向是不动的，信号类似一个平面发射出去，而MassiveMIMO，是信号水平维度空间基础上引入垂直维度的空域进行利用，信号的辐射状是个电磁波束。所以MassiveMIMO也称为3D-MIMO。

图2普通MIMO与MassiveMIMO对比

MassiveMIMO/3D-MIMO的优势：

（1）能大幅度提高复用增益和分集增益：大规模MIMO系统的空间分辨率与现有MIMO系统相比显著提高，它能深度挖掘空间维度资源，使得基站覆盖范围内的多个用户在同