1、5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與組網(wǎng)部署5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)趨勢(shì)4G移動(dòng)通信系統(tǒng)包括EPC（Evolved Packet Core network，演進(jìn)分組核心網(wǎng)）和E-UTRAN (Evolved UniversalTerrestrial Radio Access Network，演進(jìn)通用陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò))。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)整體架構(gòu)如下圖1-2所示:5G移動(dòng)通信系統(tǒng)包括5GC(5G Core Network，5G核心網(wǎng))和NG-RAN(Next Generation Radio Access Network，5G無線接入網(wǎng))。5G核心網(wǎng)與5G接入網(wǎng)通過NG接口連接，實(shí)現(xiàn)控制面和用戶面功能;5G無線接入網(wǎng)之間通過X

2、n接口連接,實(shí)現(xiàn)控制面和用戶面功能。5G移動(dòng)通信系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1-1所示。5G移動(dòng)通信系統(tǒng)整體架構(gòu)與4G整體架構(gòu)類似。4G與5G移動(dòng)通信系統(tǒng)整體架構(gòu)對(duì)比如下圖1-3所示RAN網(wǎng)絡(luò)引入CU、DU，組網(wǎng)更靈活，利于多小區(qū)的集中控制，利于多功能的實(shí)現(xiàn)。MEC(Multi-access Edge Connection，多接入邊緣計(jì)算)是支撐5G系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的核心目標(biāo):實(shí)現(xiàn)從“互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用被動(dòng)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)”向“網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)、快速、靈活適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)和資源的部署將打破行政管理體制和傳統(tǒng)組網(wǎng)思路的制約，轉(zhuǎn)向以IDC為核心的新格局。不同階段核心網(wǎng)技術(shù)特征與代表技術(shù)如下圖1-4所示:移動(dòng)通信系統(tǒng)

3、核心網(wǎng)從3G到4G的演進(jìn)特點(diǎn)是取消了CS域(Circuit Switch，電路交換域）只保留PS域(Packet Switch,分組交換域)。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制和承載相分離。4G核心網(wǎng)架構(gòu)如下圖1-5所示:5G核心網(wǎng)顛覆了4G核心網(wǎng)的設(shè)計(jì)思路。5G核心網(wǎng)基于SBA實(shí)現(xiàn)(Service Based Architecture，基于服務(wù)架構(gòu))，使用NFV技術(shù)靈活重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)功能，使用SDN技術(shù)靈活構(gòu)建數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通道，使用切片技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)保障與資源利用率最大化，完全實(shí)現(xiàn)CUPS(Control and User Plane Separation，控制與用戶面分離)，結(jié)合云技術(shù)全面支撐5G應(yīng)用場(chǎng)景需求

4、。為了應(yīng)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求，基于服務(wù)的5G核心網(wǎng)架構(gòu)如下圖所示:網(wǎng)元功能與接口5G移動(dòng)通信整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：5G網(wǎng)絡(luò)功能之間的信息交互可以基于兩種方式表示:其一為基于服務(wù)表示;其二為基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)表示。實(shí)際部署時(shí)，也可以采用兩種方式相結(jié)合的表示方式。因?yàn)椴⒉皇撬械慕涌诙歼m合基于服務(wù)表示，對(duì)于有些接口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)表示方式更加適合。從圖1-8可以看出，控制面內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)功能（例如AMF）使其他授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)功能能夠訪問其服務(wù)。但是，對(duì)于接口N1和接口N2，這種表示還包括必要時(shí)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)表示方式。5G無線接入網(wǎng)的基站網(wǎng)元功能拆分為CU(Centralized Unit，集中單元)和DU(Distributed Unit

5、，分布單元)。5G移動(dòng)通信系統(tǒng)NG-RAN CU與DU分離邏輯圖，如下圖1-10所示。底層功能劃分方案:-便于控制面集中，利于無線資源干擾協(xié)調(diào);可以采用虛擬化平臺(tái);高層功能劃分方案: 3GPP標(biāo)準(zhǔn)確定了option2:PDCP上移便于形成數(shù)據(jù)錨點(diǎn)，便于支持用戶面的雙連接/多連接5G主要網(wǎng)元功能5G系統(tǒng)由接入網(wǎng)(AN)和核心網(wǎng)(5GC)組成。AN與5GC的主要功能如下圖1-12所示:UPF(用戶面功能)gNodeB間切換的本地移動(dòng)錨點(diǎn)(適用時(shí))連接到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的外部PDU會(huì)話點(diǎn)基于N接口切換過程中，數(shù)踞包路由與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包檢查和用戶面部分的策略計(jì)費(fèi)合法的監(jiān)聽攔截(集合)。流量使用情況報(bào)告。Upl

6、ink支持路由流量到一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。分支點(diǎn)以支持多類的PDU會(huì)話對(duì)用戶平面的QoS處理，例如包過濾、門控、ul/dl速率執(zhí)行Uplink流量驗(yàn)證(SDF到QoS流映射)上下行鏈路上傳輸級(jí)別的數(shù)據(jù)包標(biāo)記下行數(shù)據(jù)包緩沖和下行數(shù)據(jù)通知觸發(fā)。AMF(訪問和移動(dòng)性管理功能)NAS信令及信令的加密和完整性保護(hù)。終止運(yùn)行RAN網(wǎng)絡(luò)接口(N2)。注冊(cè)管理連接管理NAS移動(dòng)性管理合法的截距(用于AMF事件和對(duì)LI系統(tǒng)的接口)為在UE和SMF之間的SM消息提供傳輸路由SM消息的透明代理。訪問驗(yàn)證在UE和SMSF之間提供SMS消息的傳輸用戶鑒權(quán)及密鑰管理承載管理功能，包括專用承載建立過程SMF(會(huì)話管理功能)會(huì)話的建

7、立修改刪除包括tunnel maintain between UPF and AN nodeUE IP地址的分配和管理DHCPv4(server and client) and DHCPv6(server andclient) functions選擇控制用戶面功能QoS的策略與控制，終止策略控制。合法監(jiān)聽Termination of SM parts of NAS messages下行數(shù)據(jù)的通知漫游功能gNB/en-gNBcu-C(Central Unit Control plane)lnterface Management包括: Xn/NG/F1/E1等接口鏈路管理、接口消息處理(如:NG-

8、AP)和數(shù)據(jù)處理(如:GTP-U) .Connection Management包括:單連接、雙連接、多連接和D2D。Traffic Steering包括:系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間的負(fù)載均衡。Slice Support包括:系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間的切片資源動(dòng)態(tài)管理。cU-U(Central Unit User plane)數(shù)據(jù)包的處理和轉(zhuǎn)換DU(Distributed Unit)資源的調(diào)度傳輸模式的轉(zhuǎn)換信道映射AAU-RF(Radio Frequency)信號(hào)的收發(fā)Massive MIMO天線處理頻率與時(shí)間同步AAS實(shí)現(xiàn)機(jī)制5G系統(tǒng)接口功能與協(xié)議NG接口是NG-RAN和5G核心網(wǎng)之間的接口，支持控制面和用戶面分

9、離，支持模式化設(shè)計(jì)。NG接口協(xié)議棧如圖1-14所示，其中左側(cè)表示控制面協(xié)議棧(NG-C接口)，右圖表示用戶面協(xié)議棧(NG-U接口)。Xn接口是NG-RAN之間的接口,Xn接口協(xié)議棧如下圖1-15所示，其中左側(cè)表示控制面協(xié)議棧(Xn-C接口)，右側(cè)表示用戶面協(xié)議棧（Xn-U接口)。在CUDU分離的情況下，Xn-C是CU-C之間的接口，Xn-U是CU-U之間的接口。5G系統(tǒng)接口功能與協(xié)議:Xn-U接口的主要功能:Xn-U接口提供用戶平面PDU的非保證傳送，并支持分離Xn接口為無線網(wǎng)絡(luò)功能和傳輸網(wǎng)絡(luò)功能，以促進(jìn)未來技術(shù)的引入;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，允許NG-RAN節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)從而支持雙連接和移動(dòng)性操作;流

10、控制功能，允許NG-RAN節(jié)點(diǎn)接收第二個(gè)節(jié)點(diǎn)的用戶面數(shù)據(jù)從而提供數(shù)據(jù)流相關(guān)的反饋信息。CUDU分離場(chǎng)景下，E1接口是指CU-C與CU-U之間的接口，E1接口只有控制面接口（E1-C接口)。E1接口是開放接口，支持端點(diǎn)之間信令信息的交換，支持5G系統(tǒng)新服務(wù)和新功能。E1-C接口不能用于用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。E1接口協(xié)議棧如下圖1-16所示:CUDU分離場(chǎng)景下，F(xiàn)1接口是指CU與DU之間的接口，區(qū)分為用戶面接口(F1-U接口）和控制面接口（F1-C接口)。F1接口支持eNB-point之間的信令交互，包括支持不同eNB-point的數(shù)據(jù)發(fā)送。F1接口協(xié)議棧如下圖1-16所示，其中左側(cè)表示控制面協(xié)議棧(F1

11、-C接口)，右側(cè)表示用戶面協(xié)議棧(F1-U接口)。F1-U接口主要功能：用戶數(shù)據(jù)傳輸(Transfer of user data) ;CU和DU之間傳輸用戶數(shù)據(jù);流量控制功能(Flow control function) ;控制下行用戶數(shù)據(jù)流向DU。E1接口管理功能：錯(cuò)誤指示(gNB-CU-UP或者gNB-CU-CP向gNB-CU-CP或者gNB-CU-CP“發(fā)出錯(cuò)誤指示);復(fù)位功能用于gNB-CU-UP與gNB-CU-CP建立之后和發(fā)生故障事件之后初始化對(duì)等實(shí)體;gNB-CU-UP與gNB-CU-CP之間應(yīng)用層數(shù)據(jù)的互操作;gNB-CU-UP配置更新: gNB-CU-UP將NRCGl、s -

12、 nssai、PLMN-ID和gNB-CU-UP支持的QoS信息通知給gNB-CU-CPE1上下文管理功能：上下文承載建立（ gNB-CU-CP ) ;上下文承載修改與釋放（可以由gNB-CU或gNB-DU發(fā)起);QoS流映射(gNB-CU執(zhí)行);下行數(shù)據(jù)通知（ gNB-CU-UP發(fā)起);承載不活動(dòng)通知;數(shù)據(jù)使用情況報(bào)告（ gNB-CU-UP發(fā)起)TEID分配功能(gNB-CU-UP)：F1-U UL GTP TEID、S1-U DL GTP TEID、NG-U DL GTP TEID X2-U DL/UL GTP TEID、Xn-U DL/UL GTP TEIDF1-C接口主要功能F1接口管

13、理功能：錯(cuò)誤指示;復(fù)位功能用于在節(jié)點(diǎn)建立之后和發(fā)生故障事件之后初始化對(duì)等實(shí)體;系統(tǒng)信息管理功能系統(tǒng)廣播信息的調(diào)度在gNB-DU中執(zhí)行，gNB-DU負(fù)責(zé)NR-MIB、SIB1的編碼，gNB-CU負(fù)責(zé)其他SI消息的編碼。F1 UE上下文管理功能：基于接納控制準(zhǔn)則、由gNB-CU發(fā)起并由gNB-DU接受或拒絕F1 UE上下文的建立;UE上下文的修改（可以由gNB-CU或gNB-DU發(fā)起);QoS流和無線承載之間的映射(gNB-CU執(zhí)行);管理建立、修改和釋放DRB和SRB資源（DRB資源的建立和修改由gNB-CU觸發(fā))。RRC消息傳送功能：RRC消息通過F1-C傳送，gNB-CU負(fù)責(zé)用gNB-DU提

14、供的輔助信息對(duì)專用RRC消息進(jìn)行編碼?？刂泼娴闹饕δ?RLC和MAC層功能與用戶面中的功能一致PDCP層完成加密和完整性保護(hù)RRC層完成廣播，尋呼，RRC連接管理,資源控制，移動(dòng)性管理，UE測(cè)量報(bào)告控制NAS層完成核心網(wǎng)承載管理，鑒權(quán)及安全控制用戶面的主要功能:頭壓縮，加密，調(diào)度，ARQ/HARQ5G用戶面增加新的協(xié)議層SDAP (Service DataAdaptation Protocol)，完成流(5G QoS flow)到無線承載(DRB)的QoS映射，為每個(gè)報(bào)文打上流標(biāo)識(shí)(QFl: QoS flow lD )5G用戶面增加加入新的協(xié)議層SDAP，完成QoS映射功能NAS層是控制面功

15、能，位于核心網(wǎng)的AMF與終端之間，功能包括核心網(wǎng)承載管理、注冊(cè)管理、連接管理、會(huì)話管理.鑒權(quán)、安全性和策略控制。基于服務(wù)的NAS接口如圖1-20所示。 5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)部署 SA組網(wǎng)和NSA組網(wǎng)根據(jù)3GPP定義，5G標(biāo)準(zhǔn)分為非獨(dú)立組網(wǎng)(NSA）和獨(dú)立組網(wǎng)(SA）兩種模式。SA組網(wǎng)是指使能5G網(wǎng)絡(luò)不需要其他移動(dòng)通信系統(tǒng)的輔助，可以獨(dú)立進(jìn)行工作。NSA組網(wǎng)是指使能5G網(wǎng)絡(luò)需要其他移動(dòng)通信系統(tǒng)的輔助，如果輔助缺失，那么5G網(wǎng)絡(luò)不可以獨(dú)立進(jìn)行工作。通常而言，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)階段，NSA組網(wǎng)方式是在表明5G網(wǎng)絡(luò)的使用需要4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輔助。5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的接入網(wǎng)有兩種表示方式: ng-eNB和gNB。ng-eN

16、B和gNB都可以獨(dú)立地承擔(dān)與核心網(wǎng)之間控制面和用戶面的連接，不需要其它接入網(wǎng)網(wǎng)元輔助。針對(duì)5G移動(dòng)通信系統(tǒng)，3GPP確定的SA options如下圖1-21所示，其中左側(cè)option，對(duì)應(yīng)接入網(wǎng)使用gNB表示，稱之為option2;右側(cè)option，對(duì)應(yīng)接入網(wǎng)使用ng-eNB表示，稱之為option5.2017年12月制定:4G基站（eNB）和5G基站（gNB)共用4G核心網(wǎng)（EPC )，LTE eNB和5G gNB用戶面可以直接連接到EPC，控制面則僅經(jīng)由LTE eNB連接到EPC。用戶面可以分別經(jīng)由LTE eNB、EPC或者gNB進(jìn)行分流。優(yōu)勢(shì)在于不必新增5G核心網(wǎng)，利用運(yùn)營商現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)

17、基礎(chǔ)設(shè)施快速部署5G，搶占覆蓋和熱點(diǎn)。但是5G信令全走4G通道，有4G核心網(wǎng)信令過載風(fēng)險(xiǎn)，因此該階段主要解決初期的5G覆蓋。3GPP確定的NSA option 3系列如下圖1-22所示。2018年12月確定:增強(qiáng)型4G基站(ng-eNB)與5G基站gNB)共用5G核心網(wǎng)(5GC)，該階段5G核心網(wǎng)替代了4G核心網(wǎng)，控制面則僅經(jīng)由ng-eNB連接到5GC，用戶面可以分別經(jīng)由ng-eNB、5GC或者gNB進(jìn)行分流，解決了4G核心網(wǎng)信令過載風(fēng)險(xiǎn)，主要面向5G容量需求。數(shù)據(jù)錨點(diǎn):5G NR接入網(wǎng)做數(shù)據(jù)錨點(diǎn)支持X架構(gòu)（LTE設(shè)備處理能力弱于NR，不適合做錨點(diǎn))3GPP確定的NSA option7系列如下

18、圖1-23所示。3GPP確定的NSA option4系列如下圖1-24所示，2019年12月確定:增強(qiáng)型4G基站(ng-eNB)與5G基站(gNB)共用5G核心網(wǎng)(5GC)，該階段5G核心網(wǎng)替代了4G核心網(wǎng)，控制面則僅經(jīng)由5G gNB連接到5GC，用戶面可以分別經(jīng)由gNB、5GC或者ng-eNB進(jìn)行分流。該階段不僅面向5G的增強(qiáng)型移動(dòng)帶寬場(chǎng)景(eMBB),還面向大規(guī)模網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)(mMTC）和低時(shí)延高可靠物聯(lián)網(wǎng)(uRLLC)。是面向萬物連接時(shí)代5G的多樣化業(yè)務(wù)。為了避免學(xué)習(xí)過程中對(duì)各種基站名稱的理解出現(xiàn)問題，將3GPP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)這些基站的定義明確如下:eNB:面向終端（UE）提供E-UTRAN用戶

19、面和控制面協(xié)議，并且通過S1接口連接到EPC的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn);ng-eNB:面向終端(UE)提供E-UTRAN用戶面和控制面協(xié)議，并且通過NG接口連接到5GC的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn);gNB:面向終端（UE）提供NR用戶面和控制面協(xié)議，并且通過NG接口連接到5GC的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn);en-gNB:面向終端（UE）提供NR用戶面和控制面協(xié)議，并且通過S1-U接口連接到EPC的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。SA和NSA組網(wǎng)方案對(duì)比：、MR-DC技術(shù)MR-DC(Multi-RAT Dual Connectivity，多接入網(wǎng)技術(shù)雙連接)是指一部終端可以同時(shí)連接4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò),同時(shí)使用兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)，此時(shí)終端需要具備至少兩個(gè)MAC實(shí)體，支持雙發(fā)雙收。,對(duì)應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，雙連接有不同的名稱。不同場(chǎng)景下DC的名稱如表1-3所示。以option3x組網(wǎng)場(chǎng)景為例，從控制面看:網(wǎng)絡(luò)側(cè)MN (eNB)和終端之間會(huì)建立面向核心網(wǎng)的控制平面連接，維護(hù)唯一的RRC狀態(tài)。MN (eNB）和SN(gNB)具有各自的RRC實(shí)體，可以生成要發(fā)送到終端的RRC PDU(Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元)。NSA option 3x控制面協(xié)