5G网络技术_5g接口

5G网络组网架构
UE（终端）
ng-ran（接入网）
5gc（核心网）

1.5G通信系统

核心网，接入网，承载网（用于前传，中传，回传）

（19’04”开始）3G和4G属于互联网阶段

 

重点是对4G和5G的比较 

5G网络功能之间的信息交互可以基于两种方式表示

其—为基于服务表示;其二为基于点对点表示。从图可以看出，控制面内的网络功能（例如AMF）使其他授权的网络功能能够访问其服务。
但是，对于接口N1和接口N2，这种表示还包括必要时的点对点表示方式。

 RAN接入网，DN数据中心，上面一块和UPF是核心网，UPF分出来实现控制与用户面分离

两种接口结构：下面的N1，N2，N3，N4，N6，N9是基于点对点的接口；上面的是基于服务化的接口

5G网络组网-接入网组网部署

1.分类：独立组网（SA）和非独立组网（NSA）两种模式，非独立就是5G的运行需要4G来辅助

2.5G移动通信系统的接入网有两种表示方式: ng-eNB和gNB。都可以独立地承担与核心网之间控制面和用户面的连接，不需要其它接入网网元辅助。

接入网被重构为CU（Centralized unit，集中单元）、DU（Distribute Unit，分布单元）和AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）这3个功能实体。

3.SA options如下图，其中左侧对应接入网使用gNB（5G基站）表示，称之为option2（终极目标）;右侧对应接入网使用ng-eNB（增强型4G基站）表示,称之为option5。

 4.NSA option 3系列如下图

2017年12月制定:4G基站（eNB)和5G基站(gNB)共用4G核心网（EPC)，LTE eNB和5G gNB用户面可以直接连接到EPC，控制面则仅经由LTE eNB连接到EPC。用户面可以分别经由LTE eNB、EPC或者gNB进行分流。

优势在于不必新增5G核心网，利用运营商现有4G网络基础设施快速部署5G。该阶段主要解决初期的5G覆盖。
4G技术叫LTE（长期演进），基站叫eNodeB（演进的NodeB，简称eNB）

5.NSA option7系列如下。

 2018年12月确定:增强型4G基站(ng-eNB)与5G基站(gNB)共用5G核心网(5GC)，该阶段5G核心网替代了4G核心网，控制面则仅经由ng-eNB连接到5GC，用户面可以分别经由ng-eNB、5GC或者gNB进行分流
数据锚点:5G NR接入网做数据锚点支持X架构

6.NSA option4

2019年12月确定:增强型4G基站(ng-eNB)与5G基站（gNB)共用5G核心网(5GC)，该阶段5G核心网替代了4G核心网，控制面则仅经由5G gNB连接到5GC，用户面可以分别经由ng-eNB、5GC或者gNB进行分流。该阶段不仅面向5G的增强型移动带宽场景（eMBB),还面向大规模网联网(mMTC)和低时延高可靠物联网(uRLLC)。

 7.网元类型功能

gNB拆分为CU(Centralized Unit，集中单元)和DU(Distributed Unit，分布单元)。

对这些基站的定义
eNB:面向终端（UE）提供E-UTRAN用户面和控制面协议，通过S1接口连接到EPC的网络节点;
ng-eNB:面向终端(UE)提供E-UTRAN用户面和控制面协议，通过NG接口连接到5GC的网络节点;

gNB:面向终端（UE）提供NR用户面和控制面协议，并且通过NG接口连接到5GC的网络节点;
en-gNB:面向终端（UE)提供NR用户面和控制面协议，并且通过S1-U接口连接到EPC的网络节点。
8.接入网部署方式

独立部署和集中部署

对时延要求高，采用CU和DU集中部署的方式；

注意三个专有名词前传、中传、回传

前传、中传、回传是不同实体之间的连接：

前传（fronthaul）指AAU连接DU部分

中传（middlethaul）指DU连接CU部分

回传（backhaul）:CU和核心网之间的通信承载

5G网络组网-核心网组网部署

1.由4G的EPC过渡到5G的5GC 

2.AMF，SMF，UPF的功能（控制面和用户面实现分离）

 

 5G接口协议栈

1.接口类型

Uu：连接终端和基站
NG:N1/N2/N3

NG接口是NG-RAN（接入网）和5G核心网之间的接口，支持控制面和用户面分离，。NG接口协议栈如图1-14所示，其中左侧表示控制面协议栈(NG-C接口)，连接AMF和NG-RAN节点，右图表示用户面协议栈(NG-U接口)，连接UPF和NG-RAN节点。

F1/F2：

CU\DU分离场景下，F1接口是指CU与DU之间的接口，区分为用户面接口(F1-U接口）和控制面接口（F1-C接口)。F1接口支持eNB-point之间的信令交互，包括支持不同eNB-point的数据发送。

Xn、X2：

Xn接口是NG-RAN之间的接口,包括控制面协议栈（Xn-C接口)和用户面协议栈（Xn-U接口)。在CU\DU分离的情况下，Xn-C是CU-C之间的接口，Xn-U是CU-U之间的接口。

2.接口分层结构

三层两面：；控制面和用户面

PHY（物理层）层一，MAC，RLC，PDCP是层二，RRC和NAS是层三 

3.协议与信令

5G随机接入
根据业务场景不同，随机接入可以分为基于竞争的随机接入(Contention based random access procedure)和基于非竞争的随机接入(Non-Contention based random access procedure).
基于竞争的随机接入：UEin RRC IDLE/RRC_INACTIVE:总是使用基于竞争的方式进行初始接入，因为此时网络侧和UE还没有RRC信令连接，UE只能基于SIB1广播的RACH配置选择Preamble，所以只能是竞争方式;UE in RRC_CQNNECTED: gNB无法通过RRC信令或者PDCCH ORDER方式给UE分配专用Preamble时，采用竞争方式接入。
基于非竞争的随机接入：特定的RACH/PRACH资源被保留起来，在某一个时刻分配给某个UE专用.一定是UE和gNB已经有了RRC连接了，gNB可以通过RRC信令或者PDCCHORDER方式给UE分配专用Preamble时，才可以采用非竞争方式接入。

 

 4.协议栈的分类和功能

NR无线资源控制层(RRC)

 SDAP

PDCP

 RLC

 MAC

 5.不同场景的组网部署特点

eMBB(增强移动宽带)集中表现为超高的传输数据速率，广覆盖下的移动性保证等

为了支持eMBB业务的覆盖和容量需求，CU和DU需要进行分离部署，分为两种形式:Macro (宏
方式和Micro(微）方式。

容量：当业务容量需求变高，在密集部署情况下，基于理想前传条件，多个DU可以联合部署。
时延：对时延要求高，CU和DU合设。

mMTC(大型机器通信)

数据速率较低且时延不敏感，终端成本更低，电池寿命更长且可靠性更高

对于面向垂直行业的机器通信业务，大规模机器通信普遍对时延要求较低,其特点有2个:数据量少而且站点稀疏;站点数量多，且分布密集。CU/DU分离针对mMTC的部署方式如图1-30所示。

URLLC  (超可靠低延迟通信)

连接时延要达到 1ms 级别，而且要支持高速移动（500KM/H）情况下的高可靠性（99.999%）连接

6.SDN和NFV

5G频谱是如何定义的？

在R15版本中，定义了两大频率范围FR1和FR2，频率范围的英文叫FR（Frequency range），频率范围FR1从450MHz到6000MHz，通常指的是Sub-6Ghz；频率范围FR2从24250MHz到52600MHz，我们通常叫毫米波。

3GPP在FR1中引入了SUL和SDL

 决定基站覆盖范围大小的，主要是上行（也就是手机的发射功率)。
如果手机不能把功率变得像基站那么大，那怎么才能让手机发射信号的传播距离更远呢?
让手机在更低的频段发射信号。频率越低，穿透性越强，传输距离越远。
以下图为例，下行使用3.5GHz，不变。上行在3.5GHz的基础上，使用1.8GHz的辅助频段(SUL)，通过载波聚合或双连接的方式进行配合，从而补偿3.5GHz上行覆盖不足的缺陷。