5G网络技术

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5G网络技术_第1张图片

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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

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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。

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 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
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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。5G网络技术_第7张图片

 4.NSA option 3系列如下图

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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。

5G网络技术_第9张图片 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)。

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 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)。

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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;

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注意三个专有名词前传传、回传

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前传传、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 

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2.AMF,SMF,UPF的功能(控制面和用户面实现分离)

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 5G网络技术_第18张图片5G网络技术_第19张图片5G网络技术_第20张图片

 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。
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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

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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。

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 4.协议栈的分类和功能

NR无线资源控制层(RRC)
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 SDAP

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PDCP

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 RLC

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 MAC

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 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。
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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

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 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。
 

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