5G知识了解:
这些都讲的很容易理解,很明白。
一次说清楚!5G到底是什么?原来我们知道的都太简单了 (sohu.com)
一文看懂5G网络(接入网+承载网+核心网) _通信 (sohu.com)
5G的NSA和SA,到底啥意思? (baidu.com)
本文主要是将自己以前学的部分5G基础知识大致的归纳了一下。
指标 | 流量密度 | 连接数密度 | 时延 | 移动性 | 能效 | 用户体验速率 | 频谱效率 | 峰值速率 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
4G参考值 | 0.1 Tbps/Km2 | 10万/km2 | 空口10ms | 350Km/h | 1倍 | 10 Mbps | 1倍 | 1Gbp |
5G取值 | 10 Tbps/Km2 | 100万/Km2 | 空口1ms | 500Km/h | 100倍(网络侧) | 0.1-1Gbps | 3~5倍 | 20Gbp |
4G移动通信系统包括
4G移动通信系统整体架构如下图4-1所示:
MME:Mobility Management Entity,移动性管理实体。
4G网络中会话管理功能由MME、S-GW/P-GW共同完成。
4G核心网与4G接入网通过 S1 接口连接,4G无线接入网之间通过 X2接口 连接。
TS 36.300
5G移动通信系统包括
5G移动通信系统整体架构如图4.1-1所示。
AMF:Access and Mobility Management Function,接入和移动管理功能
SMF:Session Management Function,会话管理功能
UPF:User Plane Function,用户面管理功能
5G核心网与5G接入网通过 NG 接口连接,实现控制面和用户面功能
5G无线接入网之间通过 Xn 接口连接,实现控制面和用户面功能。
TS 38.300
5G移动通信系统整体架构与4G整体架构类似。4G与5G移动通信系统整体架构对比如下图1-3所示
RAN网络引入CU、DU,组网更灵活,利于多小区的集中控制,利于多功能的实现。
MEC(Multi-acess Edge Connection,多接入边缘计算)是支撑5G系统运行的关键技术。
BBU:基带处理单元;RRU:射频拉远单元
CU:集中单元;DU:分布单元;AAU:有源天线单元
详细可参考:5G的NSA和SA,到底啥意思? (baidu.com)
其中option 3 中 4G基站为增强型基站,3a和3x为原4G基站。
从左到右,方案依次增大。
补充其它三个系列:
选项1早已在4G结构中实现,选项6和选项8仅是理论存在的部署场景,不具有实际部署价值,标准中不予考虑。
5G核心网基于SBA实现 (Service Based Architecture,基于服务架构)。
TS 38.501 R17
UE(终端)与RAN(接入网)之间接口为 Uu接口。
TS 23.501
AMF: Access and Mobility Management Function ,接入和移动性管理功能
SMF: Session Management Function ,会话管理功能
UPF: User Plane Function,用户面功能
AUSF:Authentication Server Function,认证服务器功能 (鉴权服务功能)
PCF:Policy Control Function,策略控制功能
NRF:Network Repository Function,网络存储功能
NEF:Network Exposure Function,网络开放功能
UDM:Unified Data Management,统一数据管理
UDR:Unified Data Repository,统一数据存储
UDSF:Unstructured Data Storage Network Function ,非结构化数据存储功能
NSSF:Network Slice Selection Function,网络切片选择功能
TS38.401
TS 38.300 R17
Uu:UE 与 RAN间的接口。
NR用户平面相比LTE协议栈多了一层SDAP层。
用户平面协议栈可分两层 物理层(L1),数据链路层(L2)。
NR控制面协议与LTE协议栈类似。
控制平面协议栈可分三层 物理层(L1),数据链路层(L2),网络层(L3)。还有一个NAS层(非接入层)。
L1、L2、L3都是AS层(接入层);
AS层为NAS层提供服务。通信网络中的设备只负责信息的转发,不负责处理信息,因此只需具备接入层(AS)的功能就行了,可以没有非接入层(NAS)的功能。而网络两端的设备需要处理信息,因此必须具备非接入层(NAS)的功能。
NG接口:核心网(5GC)与接入网(NG-RAN)之间的接口。
接口功能:
NG接口管理;UE上下文管理;UE移动性管理;NAS 消息的传输;寻呼;PDU会话管理;配置转移;警告信息传输
建立、维护和发布NG-RAN部分会话;提供同RAT系统之间的移动性过程;为用户特定的信号管理提供协议级别上的每一项的分离;传输UE和AMF之间的NAS消息;提供数据包及数据流的资源保留机制。
Xn接口:5G接入网之间的接口,gNB 与 gNB 或 ng-eNB间的接口。
功能:
F1接口定义为NG-RAN内部的 gNB的 CU和DU功能实体之间互联的接口,或者与 E-UTRAN内的en-gNB之间的CU和DU部分的互联接口。
F1接口规范有助于实现以下目标:由不同制造商提供的gNB-CU和gNB-DU的互连。
功能:系统消息管理;上下文管理;F1接口管理;RRC消息传递。
E1接口定义为NG-RAN内部的 gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之间的点对点接口,它是逻辑接口
TS38.211
上行信道 | 下行信道 |
---|---|
Physical Uplink Shared Channel, PUSCH(物理上行共享信道) | Physical Downlink Shared Channel, PDSCH (物理下行共享信道) |
Physical Uplink Control Channel, PUCCH (物理上行控制信道) | Physical Broadcast Channel, PBCH(物理广播信道) |
Physical Random Access Channel, PRACH(物理随机接入信道) | Physical Downlink Control Channel, PDCCH(物理下行控制信道) |
上行信号 | 下行信号 |
Demodulation reference signals, DM-RS(解调参考信号) | Demodulation reference signals, DM-RS(解调参考信号) |
Phase-tracking reference signals, PT-RS(相位跟踪参考信号) | Phase-tracking reference signals, PT-RS(相位跟踪参考信号) |
Sounding reference signal, SRS(探测参考信号) | Positioning reference signal, PRS(定位参考信号) |
Channel-state information reference signal, CSI-RS(信道状态信息参考信号) | |
Primary synchronization signal, PSS(主同步信号) | |
Secondary synchronization signal, SSS( 辅同步信号) |
功能
物理信号详细介绍:5G NR Reference Signals (DMRS, PTRS,SRS and CSI-RS) - Techplayon
Sidelink:侧行链路或者直通链路(参考华为)
R16引入了一种名为Sidelink的新技术。5G联网的车辆之间能够通过Sidelink直接通信,无需经过蜂窝塔中间设备。
Sidelink:在3GPP规范中,Sidelink是指通过PC5接口进行直接通信的术语。是D2D(设备与设备之间直接通信)的增强扩充版,不同于我们熟知的Uplink和Downlink链路,Sidelink是为了支持设备与设备之间直接通信而引入的新链路。
信道 | 信号 |
---|---|
PSSCH:Physical Sidelink Shared Channel | DM-RS:Demodulation reference signals |
PSBCH:Physical Sidelink Broadcast Channel | CSI-RS:Channel-state information reference signal |
PSCCH:Physical Sidelink Control Channel | PT-RS:Phase-tracking reference signals |
PSFCH:Physical Sidelink Feedback Channel | S-PSS:Sidelink primary synchronization signal |
S-SSS:Sidelink secondary synchronization signal |
关于Sidelink的信道间功能以及映射参考:车联网通信协议—NRSidelink(一) - 百度文库 (baidu.com)
先区分一下各信道:(转载)5G NR 逻辑信道、传输信道和物理信道 - 简书 (jianshu.com)
TS 38.300 第6.2节 。
- 逻辑信道与传输信道的映射
传输信道概念在 5.5节。
TS 38.212 第4节 。
- 传输信道到其相应物理信道的映射
- 控制信道信息到其对应的物理信道的映射
TS 38.321 (MAC协议)
物理信道、传输信道、逻辑信道映射
来源:5G NR Logical ,Transport and Physical Channels Mapping (techplayon.com)
TS 38.211 V17.1.0
天线端口指的是能进行信道估计和分辨的端口数,每一个天线端口对应一个物理资源单元,天线端口属逻辑端口。
天线端口与物理信道/信号之间存在着严格的对应关系,即每个天线端口都有自己的物理资源单元和对应的特定参考信号集;因此,在同一天线端口上传输的不同的信号所经历的信道环境变化一样。
TS38.211
Sidelink 中, u支持0、1、2、3
RE(Resource Element)资源元素,或资源粒子。是NR物理资源中最小的资源单位;在时域上占用1个OFDM Symbol,频域上为1个子载波。平常所说的符号,即调制后的数据符号,是映射到RE上的,与OFDM 符号是两个不同的概念。
RB(Resource Block),资源块。在频域上为12个子载波。RB有两个概念PRB(物理资源块)和VRB(虚拟资源块)。(注意NR中RB并没有强调时域的概念,只是说明了在频域占用12个子载波)
RBG(Resource Block Group)业务信道资源分配的单元
REG(Resource Element Group),控制信道资源分配的资源(1 ofdm符号×12subcarrier)即一个REG包含12个RE
CCE(Channel Control Element),PDCCH信道资源分配的单元。PDCCH中CCE的个数称为聚合度,{1,2,4,8,16}
1CCE = 6REG = 6PRB = 72RE
RBG 频域上 {2,4,8,16}个RB,时域上 1 个OFDM符号
RB 为频域上连续上的12个子载波,时域上没有定义
RE 时域上一个OFDM符号,频域上一个子载波。
BWP(bandwidth Part) :BWP是整个带宽上的一个子集,每个BWP的大小,以及使用的SCS和CP都可以灵活配置:
1个无线帧10ms,1个无线帧 = 2个半帧 = 10个子帧。
1个子帧为 2u 个时隙。
常规CP,1个时隙14个符号;扩展CP,1个时隙12个符号。
举例:以下以SCS为30kHz为例,即 u=1,一个无线帧20个时隙,1个时隙14个符号。
SIB1消息中的四元组为 (nrofDownlinkSlots、nrofDownlinkSymbols、nrofUplinkSlots、nrofUplinkSymbols) ;
举例:帧结构配置5ms单周期,四元组配置 {7,6,2,4)。
即:每5ms包含7个全下行时隙,2个全上行时隙和 1个特殊时隙。特殊时隙中下行与上行符号之比为 6:4,且保护间隔GP为4个符号。
TS 38.104 V17.4.0 第5节
注意:FR1不再只是6Ghz以下
具体频段信息查看 Table 5.2-1和2
中信科移动
移动:2.6G频段(2515——2675Mhz),4.9G频段(4800——4900Mhz)
电信:3.5G频段(3400——3500Mhz)
联通:3.5G频段(3500——3600Mhz)
5G 取消了5M 以下的带宽,大带宽是5G的典型特征,20M以下带宽定义主要是满足既有频谱演进需求。
FR1最大带宽为100MHz,FR2最大带宽为400MHz。
举例:在SCS为30kHz,信道带宽为100MHz 的情况下,传输带宽为 273个RB
举例:在SCS为30kHz,信道带宽为100MHz 的情况下,最小保护带宽为 845 kHz
最小保护带宽计算公式:
( C H B W ( 带 宽 M ) × 1000 ( k H z ) − S C S × R B 数 × 12 ) / 2 − S C S / 2 (CHBW(带宽M)\times 1000(kHz)- SCS \times RB数 \times 12)/2 - SCS/2 (CHBW(带宽M)×1000(kHz)−SCS×RB数×12)/2−SCS/2
CHBW(信道带宽),SCS(子载波间隔),RB数为传输带宽,一个RB等于12个子载波
举例:在SCS为30kHz,信道带宽为100MHz 的情况下
( 100 × 1000 ( k H z ) − 30 × 273 × 12 ) / 2 − 30 / 2 = 845 (100\times 1000(kHz)- 30 \times 273 \times 12)/2 - 30/2= 845 (100×1000(kHz)−30×273×12)/2−30/2=845
TS 38.104 V17.4.0 5.4节
全局频率栅格定义为 一组 **RF 参考频率 FREF**的集合。 RF 参考频率在信令中用于识别 RF 信道、SSB和其他元素的频域位置。
全局频率栅格的频率范围为为 0 到 100 GHz 。
RF 参考频率由全局频率栅格上 [0…3279165] 范围内的 NR-ARFCN(NR 绝对射频信道号) 指定。
NREF 为 NR-ARFCN。全局频率栅格的粒度为 ΔFGlobal。 NR-ARFCN 与以 MHz 为单位的射频参考频率 FREF 之间的关系由下式给出,其中 FREF-Offs和 NREF-Offs 见表 5.4.2.1-1。
作用:一般用来计算 FREF(射频参考频率,NR小区中心频点)或 NREF(NR小区绝对信道号),已知其一求另一个。
举例:以频率为2000Mhz为例,得出NREF=400000。
2000 × 1000 = 0 + 5 × ( N R E F − 0 ) 2000 \times 1000 = 0+5\times(N_{REF}-0) 2000×1000=0+5×(NREF−0)
表 5.4.2.2-1 给出了信道栅格上的 RF 参考频率与相应资源元素之间的映射,可用于识别 RF 信道位置。映射取决于在信道中分配的 RB 总数,并且适用于 UL 和 DL。
信道栅格和RE的映射关系是带宽最中间的RB的0号或6号子载波与NR-ARFCN对齐,如下表。
信道栅格定义为RF参考频率的子集,可用于识别上行链路和下行链路中的RF信道位置。 RF 信道的 RF 参考频率映射到载波上的资源元素。对于每个工作频段,都有全局频率栅格的一个频率子集与其相适用,并形成粒度为 ΔFRaster 的信道栅格,该粒度可能等于或大于 ΔFGlobal 。
不同的频率使用了不同的信道栅格,这里只给出部分内容。详细参考38.104 Table 5.4.2.3-1和2。
NR operating band | ΔFRaster(kHz) | Uplink range of NREF (First – step size – Last) |
Downlink range of NREF (First – step size – Last) |
---|---|---|---|
n1 | 100 | 384000 – <20> – 396000 | 422000 – <20> – 434000 |
n28 | 100 | 140600 – <20> – 149600 | 151600 – <20> – 160600 |
n41 | 15 | 499200 – <3> – 537999 | 499200 – <3> – 537999 |
30 | 499200 – <6> – 537996 | 499200 – <6> – 537996 | |
n78 | 15 | 620000 – <1> – 653333 | 620000 – <1> – 653333 |
30 | 620000 – <2> – 653332 | 620000 – <2> – 653332 | |
n79 | 15 | 693334 – <1> – 733333 | 693334 – <1> – 733333 |
30 | 693334 – <2> – 733332 | 693334 – <2> – 733332 |
同步栅格指示当同步块位置的显式信令不存在时可由UE用于系统获取的同步块的频率位置。
为所有频率定义了一个全局同步栅格。 SSB的频域位置定义为SSREF,对应编号为GSCN。定义所有频率范围的 SSREF 和 GSCN 的参数见表 5.4.3.1-1。
在终端刚开机时进行小区搜索时,它只能根据运营商以及终端支持的频段检测SSB信号,进行下行时频同步。由于全局频率栅格的粒度较小导致NR-ARFCN的取值范围较大,如果直接根据全局频率栅格进行盲检,则同步时延会比较大,为了有效的降低此过程的同步时延,定义了同步栅格的概念,并通过全局同步信道号(GSCN,Global Synchronization Channel Number)来限定搜索范围。
与 N 相乘的部分为该频率范围的粒度。
同步栅格与SSB资源元素(RE)的映射关系:
同步块的同步栅格和子载波间隔为每个频段单独定义。每个频段对应的SCS和GSCN详情参考 Table 5.4.3.3-1和2
比如:
NR operating band | SS Block SCS | SS Block pattern | Range of GSCN (First – Step size – Last) |
---|---|---|---|
n41 | 15kHz | Case A | 6246 – <3> – 6717 |
30kHz | Case C | 6252 – <3> – 6714 | |
n78 | 30kHz | Case C | 7711 – <1> – 8051 |
举例:以n78的起始频率3300MHz,计算其对应的GSCN
3300 ( M ) + 120 × 30 / 1000 ( M ) = 3000 ( M ) + N × 1.44 ( M ) 这 里 如 果 都 进 行 向 上 取 整 的 话 N = 212 G S C N = 7499 + N = 7711 3300(M) + 120\times30/1000(M)=3000(M)+N\times1.44(M) \\ 这里如果都进行向上取整的话 \\ N=212 \\GSCN=7499+N=7711 3300(M)+120×30/1000(M)=3000(M)+N×1.44(M)这里如果都进行向上取整的话N=212GSCN=7499+N=7711
以 3.5G频段为例,全局栅格,信道栅格、同步栅格示例如下图:
全局栅格粒度为15KHz、信道栅格粒度为30KHz、同步棚格粒度为 1.44MKHz:
车联网又称 V2x:Vehicle to Everything,即车与万物互联,实现车内、车与车、车与人、车与外部环境、车与服务平台的全方位网络连接。
V2x信息交互模式包括:
当前自动驾驶主要采用视频摄像头、雷达传感器以及激光测距器等设备进行单车运行,未来基于车联网技术实现高等级的自动驾驶。
国际汽车工程师协会(SAE International)制定的自动驾驶等级划分:
无人驾驶是车联网发展的最高级阶段。
车联网提升交通效率,降低时间和能源成本。
两者对比
目前的车联网网络以 LTE-V2X 为主,未来车联网将是5G-V2x与LTE-eV2x多种技术共存的状态。
LTE-V2X包含两类无线通信接口:
3GPP为NR-V2X定义了频谱资源:频段N47 ( 5855-5925MHz),用于PC5接口。
了解 Sidelink 前,先了解 D2D。
D2D: Device to Device,指的是两个终端之间直接通信的技术。典型的D2D通信方式有蓝牙,WiFi-Direct等。D2D的理想目标是在终端之间直接建立通路,没有任何媒介的参与,然而现实当中D2D是需要至少基站参与的。协议中经常使用 ProSe (Proximity-based Services,临近业务) 指代D2D。
Sidelink:D2D使用的链路,也就是终端和终端之间直接通信使用的链路,缩写为SL,与当前通信系统中的UL、DL相对应。协议中也经常用Sidelink指代D2D。Sidelink不同于Uplink和Downlink,这是为了支持设备间直接通信而引入的新的链路。最早是在D2D应用场景下引入的,后面技术延伸到 V2X 就在原本协议上进行了扩充和增强。
下图是支持Sidelink的框架图,其中Sidelink包含两种类型UE,一种是在基站覆盖范围内的,另一种是在基站覆盖范围外的。Uu口与Xn口分别指的是UE与基站之间的接口、基站与基站之间的接口。Sidelink使用接口为PC5接口。
关于Sidelink的信道、信号、协议栈:车联网通信协议—NRSidelink(一))
这里就暂时将这些比较好记录的部分基础知识列出来了,更新的话随缘吧。
5G内容实在太多了,并且协议也太多并且不易看懂,看书是最好的方式了,也是最推荐的方式。
当初看5G协议,头都看麻了,一个知识点的内容能够涉及很多未见过的名词,从而追溯到了很多的协议,层层递进。
这里推荐一些网站可供学习查看(内容是归纳好的),当然里面不仅仅只有5G。
5G/NR - Techplayon
ShareTechnote
参考资料:3GPP协议 、大唐移动5G 以及 华为5G。