5G网络架构与组网部署

了解5G网络整体架构、熟悉5G核心网与接入网的网络部署。

一、5G网络架构及演进概述

Rel:工作规划
冻结时间：工作规划结束时间

5G网络概述

4G/5G的核心网：EPC/5GC
4G/5G的接入网：E-UTRAN/NG-RAN
5G核心网三大主要功能:AMF、UPF、SMF
5G接入网：gNB(5G基站)、 ng-eNB(接入5G核心网的4G基站)、 en-gNB(接入4G核心网的5G基站)、eNB(4G基站)
接口：NG接口（5G核心网与基站之间）、S1链路（4G核心网与基站之间）、 Xn接口(5G的基站之间) 、X2接口（4G基站之间）

NG-C/NG-U：基站通过该接口连接到AMF/UPF
E1：连接CU-C和CU-U
F1-C/F1-U：连接DU和CU-C/CU-U

5G网路架构整体部署

趋势:

中心处理虚拟化（上层）（SDN软件定义网络/NFV网络功能虚拟化）：把网元功能软件化，使其实现在通用服务器上。用户可以在边缘云获得服务，而不用跑到核心云。
多种接入架构并存（下层）：前向兼容，还需要在不同场景采用不同的接入架构。

不同接入架构其实是对协议的不同划分：
传统BBU+RRU 、picoRRU=RRU+天线、 Smallcell=BBU+RRU+天线（室内）
CU+DU+AAU：对BBU、RRU的功能进行了重构
一体化DU=DU+AAU

RAN网络架构变迁

3层->2层->3层，为了场景化需求和集中控制（集中调度、超密集组网、CRAN、MEC），牺牲时延最大限度利用好资源，因为可以把集中单元CU放在一个地方，让一个CU连很多个DU。

4G到5G的演进

MEC：从5GC剥离出来，小核心网，放在集中的部分（靠近和远离核心网，降低时延，提升用户访问内容效率体验，减少上层网络的流量压力，资源池化实现负载均衡，使5G网络部署灵活更好去面对时延和带宽的不确定性）
CU：BBU中非实时的部分
DU:BBU中实时部分+BBU剩下的物理层
AAU：BBU物理层+RRU+天线

5G接入网架构

控制面（虚线）锚点：负责控制
数据面（实线）分流点：负责数据分流
由于option3x的核心网是4G的，因此对5G新业务支持困难。option4已经具备了5G的基站和核心网，还存在4G的基站增加网络复杂度。option7的4G基站需要升级才能接入5G的核心网，4G迟早会退网，因此升级是没有必要的，升级后可能也无法跟随5G发展。

5G接入网演进路线

二、5G核心网架构与部署

5G核心网发展演进

4G~5G核心网架构的演进

基于服务的5G网络架构，网络功能服务既能提供也能使用服务，与其他服务无需使用固定通道，优化通信路径。

互联网化、开放的设计理念

核心网关键技术

CUPS（控制与用户面分离）

当控制面与用户面未分离且业务量增大时，对用户面进行扩容时，控制面也会跟着扩容。当增加新功能要对网元进行升级时也会遇到这种情况，无法单独部署，造成资源的浪费。

计算与存储分离

SBA(基于服务的网络架构)

“云原生”：设计软件时就考虑如何在云上运行。

由服务提供者或者是NRF去确定服务使用者是否有调用权限。

网络切片

每个切片部署和需要的的网络功能服务是不一样的，我们是按需求去进行网络切片的。

除此之外还有切片的安全性和保密性。

5G核心网功能演进

5G网元功能

三、5G接入网架构与部署

5G接入网架构

选项3的数据分流点和控制面锚点均在增强LTEeNB。选项3a的数据分流点在EPC，增加了核心网的压力的同时减缓了增强LTEeNB的压力。选项3x的数据分流点在gNB，能最大限度地利用5G基站资源。

MCG：主承载
Split：辅承载/SCG(选项3a)

选项3a在核心网处进行分流，不能基于无线环境分流，无法根据无线环境进行及时调整。选项3x能基于无线环境进行调整，性能最好。

CU/DU分离及部署

左边的部分给CU，右边的部分给DU。


不同场景的部署

AAU=RRU+天线（对于MIMO技术提出的，节省馈线等资源）
如果DU和RRU连起来，对于fronthaul的时延要求小于5ms,不连接要求则低一些。

将所有的基带资源放在基带池中，各个小区之间能够协同管理、资源共享、集中调度，将大量的基带资源给最繁忙的RRU。

多一层架构时延会增加，要减少中间流程。

CU放在很远的地方实现大覆盖面下的多连接，将CU和核心网进行共平台的部署，减少信令交互、减少机房数量。

将一部分核心网的功能部署在更靠近车辆和核心网的地方，满足时延和可靠性需求。多个DU共享一个由一个CU集中控制的罗逻辑小区，使得CU在DU间无需做切换，降低时延。

CRAN基本概念

馈线的造价成本过低，且会对信号产生干扰。

节省资源，减少维护成本。


光纤资源不丰富采用WDM方案，利用彩光模块将不同波长的光信号合成一路传输，大大减少链路成本。但是也存在运维困难，不易管理，故障定位难的问题。

传输距离不宜太长，初期建设难度较高，后期维护成本较高。

四、仿真模块

NSA和SA概念介绍

从基站来说，谁是辅节点（其他基站作为控制面锚点），就是站在谁的角度的非独立组网，因此有4G非独立组网和5G非独立组网。

en-gNB与核心网和其他en-gNB（资源的集中调度，小区的互操作进行切换）的连接都只有用户面的连接，因为他是数据面的分流点。

NSA组网方式

为了控制5G的基站，eNB还是需要升级的。这三种组网方式的数据分流点不同，因此接口的种类也有变化。

4G基站处理能力弱于5G的，不太适合做控制面锚点和4G分流点。

SA组网方式

选项2覆盖的连续性很难保证，因为高频对应的波长小，基站数需要很多，成本很大。而且5G与4G之间的切换会影响用户的体验。

DU与AAU：F2
CU与CU：E1
BBU与RRU：IR
RRU与天线：Cable(馈线)

考虑前传资源是否丰富，丰富时可以考虑基带池方式。