5G+接口与协议栈

大唐移动通信设备有限公司客服中心培训中心5G接口与协议栈CONTENTS5GNR接口与协议栈1.5G发展背景2.NR总体架构与功能划分3.NR物理层4.层2功能介绍1.5G发展背景3移动通信与计算技术的代际演进与融合:ICT移动通信跨代演进计算技术跨代演进场景连接的时代过去，移动通信技术从单一服务发展到多种服务未来，基于特定环境的复杂信息交换的场景连接，如工业烟囱化的系统导致数据孤岛，须有效流动与交互。1.5G发展背景4大视频大视频4K-8K视频、VR/AR、家庭云万物互联智能交通、智慧城市、智慧农业、智能家居、智能制造、智能穿戴数字化运营能力开发、产品创新、业务快速上线、个性化业务定制、智能运维全球已经掀起行业数字化转型的浪潮，数字化是基础，网络化是支撑，智能化是目标。1.5G发展背景55G演进特点-由应用到技术是先确定需要的应用场景和需求，然后才去找相应的技术。这也决定了5G技术确定的复杂性。2G，3G和4G时代都是先有技术：合适的应用场景，里如3G时代是先有码分复用技术，4G时代是先确定OFDM技术，然后才是推广应用。5G的演进模式：由应用到技术前几代技术主要是满足人与人的移动通信的单一需求，而5G想制定一个万能的标准来满足所有的通信场景。所以5G的场景决定了很难有一项单一的技术能够满足所有需求，也决定了技术的复杂性。5G多种多样应用场景1.5G发展背景65G演进特点-由应用到技术5G的研究最早牵头的欧盟的一个项目METIS，其中定义了N多应用场景；关键性能指标无非就是更快，更宽以及更省电。于是关键性能指标分类为3个；其分别应用场景为：eMBB:热点地区，高清视频，娱乐；mMTC:IoT,可穿戴设备，以及各种传感器；URLLC：无人驾驶、机器人、远程医疗和远程控制。几个关键目标：Thetargetforcontrolplanelatencyshouldbe10ms.ForURLLC,thetargetforuserplanelatencyshouldbe0.5msforUL,and0.5msforDLForeMBB,thetargetforuserplanelatencyshouldbe4msforUL,and4msforDL用户面：组包要快，如RLC的处理:只有了分段和重分段；（串接）控制面：R13引入了一种RRC状态，即RRC-inactive状态；R14引入了LightConnection(轻连接)。GB/秒通信3D、超高清视频云办公及游戏增强现实工业自动化自动驾驶高可靠应用，如移动医疗智能家居语音智能城市mMTC高密度链接uRLLC低时延eMBB增强移动宽带1.5G发展背景75G-网络架构的重构-硬件和软件解耦IT架构发展的经验:其基本思路是软硬件解耦,而促进了产业链的开放和技术业务创新。从“以Centraloffices为中心”到“以数据中心为中心”,软硬件解耦,软件功能云化,带来灵活性。开放网络标准组件通过网络API进行网络编程，生成和执行业务增强网络价值敏捷、弹性和动态的生命周期管理使能新兴业务和App安全、性能和可靠性、创造新商业模式和开发者机会简化和扩展网络公共的NFV基础设施新的运营范式支撑重要的新兴业务架构和技术方向NFV：软硬件解耦；SDN：控制面和转发面分离;云和SDN是架构变革的关键NFV和SDN协同，使能实时网络以数据中心化为中心的网络网控制与承载分离1.5G发展背景85G-传输变革背景以太端口速率增长每7年增长10倍、SONET/OTN速率自2009年增长4倍NPU处理能力增长大大超过了每载波长传输容量增长以太网端口速率和OTN速率不匹配；以太网交换机容量大大超过光传输容量发展。改革如FlexE、FlexO等Google公司报告1.5G发展背景9ITU定义的5G八大关键能力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0.1Tbps/Km210万/km2空口10ms350Km/h1倍10Mbps(urban/suburban)1倍1Gbps5G取值10Tbps/Km2100万/Km2空口1ms500Km/h100倍提升（网络侧）0.1-1Gbps3倍提升（某些场景5倍）20Gbps1.5G发展背景103GPP发展路线IMT.TechnologyTrendIMT.VisionIMT.Above6GHzWRC-155GIC，METIS/5GPPPIMT-20205GForumAH-2020ITU-RM.2012IMT.TrafficWRC15AI1.15G定义和关键技术业界开始广泛研究5GITU通过4G标准4G开始商用5G白皮书5G愿景和需求2010-20122012-20132013-20142014-20152019？….5G来临!CONTENTS5GNR接口与协议栈1.5G通信发展历程2.NR总体架构与功能划分3.NR物理层4.层2功能介绍CONTENTS5GNR总体架构与功能划分2.1总体架构2.2功能划分2.3网络接口2.4.无线协议栈2.1总体架构5G总体架构5G核心网：NGC三个主要功能模块：AMF，UPF和SMF（SessionManagementFunction）。NG-RAN无线接入网包括：gNB或ng-eNB节点接口Xn:gNB和ng-eNB通过Xn接口相互连接NG:gNB和ng-eNB通过NG接口连接到5GCNG-C:gNB和ng-eNB通过NG-C接口连接到AMFNG-U：gNB和ng-eNB通过NG-U接口连接到UPFF1-C:gNB-DU和gNB-CU之间的信令F1-U:gNB-DU和gNB-CU之间数据流网元和接口gNBng-eNBNG-RAN5GCAMF/UPF/SMFgNBng-eNBAMF/UPF/SMFDistributedEntityCentralEntityNG-CXn-CNG-UXn-UF1-CF1-ULogicalgNB/en-gNBNG-CNG-UXn-UXn-CCU-CCU-UDU2.1总体架构145G总体架构-分离gNB-CU-CP和gNB-CU-UP的总体架构在同一gNB-CU-CP的控制下，一个gNB-DU可以连接到多个gNB-CU-UP;在同一gNB-CU-CP的控制下，一个gNB-CU-UP可以连接到多个DU;gNB-CU-UP与gNB-DU之间的连接由gNB-CU-CP使用承载上下文管理功能建立。gNB-CU-CP为UE请求的服务选择适当的gNB-CU-UP。Xn-U可以支持gNB内的gNB-CU-CP切换期间gNB-CU-UP之间的数据转发。E1gNB-DUgNB-CU-CPF1-CF1-UgNBgNB-CU-UPgNB-DU为了弹性，可以通过适当的实现将gNB-DU和/或gNB-CU-UP连接到多个gNB-CU-CP2.2.功能划分15gNB/ng-Enb功能介绍小区间无限资源管理（RRM）InterCellRadioResourceManagement无线承载控制RadioBear（RB）Control连接移动性控制ConnectionMobilityControl测量配置与规定MeasurementConfigurationandProvision动态资源分配DynamicResourceAllocationgNBng-eNBNG-RAN5GCAMF/UPF/SMFgNBng-eNBAMF/UPF/SMFgNB/ng-Enb主要功能:2.2.功能划分16AMF/UPF功能介绍AMF(MobilityManagementFunction)NAS安全Non-AccessStratum（NAS）Security空闲模式下移动性管理IdleStateMobilityHandlingUPF(UserplaneFunction)移动性锚点管理MobilityAnchoringPDU处理（与Internet连接）PDUHandlinggNBng-eNBNG-RAN5GCAMF/UPF/SMFgNBng-eNBAMF/UPF/SMF2.2.功能划分17SMF功能介绍SMF(SessionManagementFunction)UEIP地址分配和管理；UP功能的选择和控制；控制策略执行和QoS的一部分；下行链路数据通知。internetgNBorng-eNBRBControlConnectionMobilityCont.MeasurementConfiguration&ProvisionDynamicResourceAllocation(Scheduler)AMFUPFInterCellRRMRadioAdmissionControlNG-RAN5GCMobilityAnchoringIdleStateMobilityHandlingNASSecuritySMFUEIPaddressallocationPDUSessionControlPDUHandling其中黄色框表示逻辑节点，白色框表示主要功能2.3.网络接口18NG接口NG接口能力：建立，维护和发布PDU会话NG-RAN部分的功能;执行RAT内切换和RAT间切换的过程;在协议层上UE的分离以用于用户特定的信令管理;UE与AMF之间的NAS信令消息的传输;分组数据流的资源预留机制。NG-U接口用于NG-RAN与UPF之间并为之提供非保证的用户平面PDU传送。gNBng-eNBNG-RAN5GCAMF/UPF/SMFgNBng-eNBAMF/UPF/SMFNGRAN分为RadioNetworkLayer(RNL)和TransportNetworkLayer(TNL)，NG-RAN的架构（例如NG-RAN节点和节点间接口）属于RNL部分。2.3.网络接口19NG接口NG-RAN分为无线网络层（RNL）和传输网络层（TNL）。NG-RAN架构，即NG-RAN逻辑节点和它们之间的接口，被定义为RNL的一部分。NG-RAN架构由一组gNB和ng-eNB组成，它们通过NG接口连接到5GCNG接口功能具体描述寻呼功能支持在寻呼区域内向NG-RAN节点发送寻呼请求。UE上下文管理功能支持在AMF和NG-RAN中建立修改释放UE上下文。移动管理功能ECM-CONNECTED状态下UE的移动功能包括支持NG-RAN内移动性的系统内切换和支持来/去EPS系统的系统间切换功能；涉及经由NG接口的切换准备、执行和完成三部分。PDU会话管理功能负责NG-RAN节点内需要UE上下文时PDU会话NG-RAN资源（用于用户数据传输）的建立、修改和释放。NGAP通过AMF支持PDU会话相关信息的透传。NAS转发功能通过NG接口针对指定UE传输/路由NAS消息。NAS节点选择功能5GS架构中支持NG-RAN节点连接多个AMF；根据AMF分配给UE的临时标识在NG-RAN节点侧确定与UE相关的AMF；若UE没有分配临时标识或者失效，NG-RAN节点则会根据切片信息确定AMF。NG接口管理功能保证NG接口操作的启动/重置；处理应用部分执行的不同版本和协议错误。告警消息发送功能经由NG接口转发告警信息或者取消告警信息的持续广播。配置转发功能经由核心网允许两个RANnode间RAN配置信息的请求和转发。Trace功能控制NG-RAN节点内的trace会话。AMF管理功能支持AMF的计划取消。多个TNL关联支持功能当NG-RAN节点和AMF之间存在多个TNL关联时，NG-RAN节点根据从AMF接收到的每个TNL关联的使用情况和权重因子选择用于NGAP信令的TNL关联。NG接口功能2.3.网络接口20NG接口-NG-C(ControlPlane)NG-C协议栈NG-APSCTPIPDataLinkLayerPhysicalLayerNG-C接口用于连接NG-RAN与AMF。NG接口信号过程具体描述PDU会话管理过程完成PDU会话的NG-RAN资源建立，释放或修改过程：-PDU会话资源