《5G移动通信》课件-项目五 5G网络系统架构

项目五5G网络系统架构任务一5G网络架构设计思路任务二5G物理层任务三5G网络架构任务一5G网络架构设计思路5.1.15G架构设计5G网络架构设计包括系统设计和组网设计两个方面。重点考虑逻辑功能的实现以及不同逻辑功能之间的信息交互过程，通过构建功能平面设计更合理的统一的端到端网络逻辑架构。聚焦设备平台和网络部署的实现方案，以充分发挥基于SDN/NFV技术的新型基础设施环境在组网灵活性和安全性方面的功能和潜力。组网设计系统设计任务一5G网络架构设计思路5.1.15G架构设计逻辑视图5G网络逻辑视图由3个功能平面构成：接入平面，控制平面和转发平面。引入多站点协作、多连接机制和多制式融合技术，构建更灵活的接入网拓扑提供按需的接入、移动性和会话管理，支持精细化资源管控和全面能力开放具备分布式的数据转发和处理功能，提供更动态的锚点设置，以及更丰富的业务链处理能力任务一5G网络架构设计思路5.1.15G架构设计功能视图模块化功能设计模式，并通过“功能组件”的组合，构建满足不同应用场景需求的专用逻辑网络。能力开放功能提供对网络信息的统一收集和封装，并通过API开放给第三方。用户数据功能存储用户签约、业务策略和网络状态等信息。管理编排功能基于网络功能虚拟化技术，实现网络功能的按需编排和网络切片的按需创建。管理编排层任务一5G网络架构设计思路5.1.15G架构设计功能视图模块化功能设计模式，并通过“功能组件”的组合，构建满足不同应用场景需求的专用逻辑网络。无线资源集中分配、多接入统一管控（Multi-RAT）、移动性管理、会话管理、安全管理、控制面组合和流量疏导等，其主要功能为实现网络控制功能重构及模块化。网络控制层的功能组件按管理编排层的指示，在网络控制层中进行组合，实现对资源层的灵活调度。网络控制层任务一5G网络架构设计思路5.1.15G架构设计功能视图模块化功能设计模式，并通过“功能组件”的组合，构建满足不同应用场景需求的专用逻辑网络。接入侧实现分布接入功能和业务汇聚功能。网络侧重点实现数据转发、数据处理等功能。基于分布式锚点和灵活的转发路径设置，数据包被引导至相应的处理节点，实现高效转发和丰富的数据处理，如深度包检测，内容计费和流量压缩等。网络资源层任务一5G网络架构设计思路5.1.15G架构设计网络架构设计1高度的智能性。实现承载和控制相分离，支持用户面和控制面独立扩展和演进，基于集中控制功能，实现多种无线网络覆盖场景下的无线网络智能优化和高效管理。2网元和架构配置的灵活性。物理节点和网络功能解耦，重点关注网络功能的设计，物理网元配置则可灵活采取多种手段，根据网络应用场景进行灵活配置。3建设和运维成本的高效性。成本目标是5G无线网络架构设计首要考虑目标，在进行网络架构设计时需要考虑选择成本使用更加高效的设计方案。任务一5G网络架构设计思路5.1.15G架构设计网络架构设计以控制、管理和调度职能为核心，例如虚拟化功能编排、广域数据中心互连和BOSS系统等，可按需部署于全国节点，实现网络总体的监控和维护。中心级汇聚级区域级接入级包含无线接入网的CU和DU功能，CU可部署在回传网络的接入层或者汇聚层；DU部署在用户近端。CU和DU间通过增强的低时延传输网络实现多点协作化功能，支持分离或一体化站点的灵活组网。主要功能包括数据面网关功能，重点承载业务数据流，可部署于地市一级。移动边缘计算功能、业务链功能和部分控制面网络功能也可以下沉到这一级。主要包括控制面网络功能，例如移动性管理、会话管理、用户数据和策略等。可按需部署于省分一级网络。任务一5G网络架构设计思路5.1.2SDN与NFVSDN软件定义网络（SoftwareDefinedNetwork,SDN）通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。软件控制硬件数据通道管理(CLI,SNMP)以及路由协议(OSPF,ISIS,BGP)等针对每个包的查询、交换和缓存。任务一5G网络架构设计思路5.1.2SDN与NFV最顶层为应用层，包括各种不同的网络业务和应用；中间的控制层主要负责处理数据平面资源的编排、维护网络拓扑、转发信息等；最底层的基础设施层负责数据处理、转发和状态收集。SDN三层架构任务一5G网络架构设计思路5.1.2SDN与NFVNFV网络功能虚拟化（NFV，NetworkFunctionsVirtualization）一种对于网络架构（networkarchitecture）的概念，利用虚拟化技术，将网络节点阶层的功能，分割成几个功能区块，分别以软件方式实现，不再拘限于硬件架构。

核心：虚拟网络功能。目标：在标准服务器上提供网络功能，而不是在定制设备上。任务一5G网络架构设计思路5.1.2SDN与NFVNFV基础架构1NFV基础设施建设(NFVI)。NFV基础设施包括物理资源、虚拟化层及其上的虚拟资源，其中物理资源又包含计算、存储、网络3部分硬件资源,是承担着计算、存储和内外部互连互通任务的设备。任务一5G网络架构设计思路5.1.2SDN与NFVNFV基础架构2虚拟网元与网管。虚拟网元与网管包括虚拟网络功能(VNF)与网元管理系统(EMS)。VNF：软件化后的网元,部署在虚拟机上,其功能与接口和非虚拟化时保持一致。EMS：EMS主要可以完成传统的网元管理功能及虚拟化环境下的新增功能。任务一5G网络架构设计思路5.1.2SDN与NFV3NFV管理和编排（MANO）。MANO包括编排器(Orchestrator)、虚拟网络功能管理器(VNFM)与虚拟基础设施管理器(VIM)。编排器(Orchestrator)：负责网络业务、VNF与资源的总体管理,是整个NFV架构的控制核心。虚拟网络功能管理器(VNFM)：负责VNF的资源及生命周期等相关管理，如网元的实例化、扩容与缩容等功能。虚拟基础设施管理器(VIM)：可以实现对整个基础设施层资源(包含硬件资源和虚拟资源)的管理和监控。NFV基础架构任务一5G网络架构设计思路5.1.2SDN与NFV4开放存储服务(OSS)/基站子系统(BSS)网元.该网元除支持传统网络管理功能外，还支持在虚拟化环境下与编排器Orchestrator交互,完成维护与管理功能。NFV基础架构5硬件层的最底层为资源层，如计算硬件资源、存储硬件资源等。其上为虚拟化层，虚拟化层主要采用一些主流的虚拟化软件实现。任务二5G物理层5.2.1物理层功能物理层(或称物理层，PhysicalLayer)是计算机网络OSI模型中最低的一层。物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，而提供具有机械的，电子的，功能的和规范的特性。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。物理层主要功能:为数据端设备提供传送数据通路、传输数据。物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。任务二5G物理层5.2.1物理层功能5G无线接口包括用户设备和网络之间的接口。无线接口由第一层、第二层和第三层组成。物理层与层2的媒体接入控制(MediaAccessControl,MAC)子层和层3的无线资源控制(RadioResourseControl,RRC)层接口和整体结构如图5.2-1。MAC:逻辑信道向传输信道的映射物理层实现传输信道向物理信道的映射任务二5G物理层5.2.1物理层功能物理层可以提供以下功能：传输信道上的错误检测和到更高层的指示；传输信道的FEC编码/解码；HARQ软合并；编码传输信道与物理信道的速率匹配；将编码传输信道映射到物理信道；物理信道的功率加权；物理信道的调制和解调；频率与时间同步；无线特性测量和指示到更高的层；多输入多输出（MIMO）天线处理；射频处理。任务二5G物理层5.2.1物理层功能物理层的下行链路采用带循环前缀的正交频分复用方式（CP-OFDM）；对于上行链路，支持带有循环前缀的正交频分复用，其离散傅里叶变换扩频预编码功能可以选择执行或者禁用。为了支持成对和非成对频谱的传输，支持频分双工（FDD）和时分双工（TDD）两种方式。任务二5G物理层5.2.2帧结构

任务二5G物理层5.2.2帧结构

任务二5G物理层5.2.2帧结构可扩展参数集Numerology是指SCS（SubCarrierSpacing，子载波间隔），以及与之对应的符号长度，CP长度等参数。基于可扩展参数集的OFDM，子载波间隔能够随着信道带宽进行灵活扩展，从而使得离散傅立叶变换的尺寸也可以灵活扩展，降低了大带宽下的处理复杂度。可扩展参数集循环前缀Cyclicprefix是否可以用于数据是否可用于同步015正常是是130正常是是260正常,扩展是否3120正常是是4240正常否是表5.2-1:5G可扩展参数集.µ={0,1,3,4}可以用于主同步信号（PSS）,辅同步信号（SSS）和物理广播信道（PBCH）；µ={0,1,2,3}可以用于其他信道.正常CP可以支持所有的子载波间隔，扩展CP可以用于µ=2的子载波间隔。任务二5G物理层5.2.2帧结构可扩展参数集

任务二5G物理层5.2.2帧结构OFDM符号数正常循环前缀下每时隙的OFDM符号数为14个，扩展循环前缀下每时隙的OFDM符号数为12个。同一帧内的子帧时隙起始位置与OFDM符号的起始位置对齐。01410111420221440431480841416016正常循环前缀下的每时隙OFDM符号数,每帧时隙数以及每子帧时隙数任务二5G物理层5.2.2帧结构OFDM符号数正常循环前缀下每时隙的OFDM符号数为14个，扩展循环前缀下每时隙的OFDM符号数为12个。同一帧内的子帧时隙起始位置与OFDM符号的起始位置对齐。扩展循环前缀下的每时隙OFDM符号数,每帧时隙数以及每子帧时隙数212404任务二5G物理层5.2.2帧结构SCS=30kHz的帧结构SCS=120kHz的帧结构1任务二5G物理层5.2.2帧结构课堂练习：画出SCS=15KHz和SCS=60KHz的帧结构01410111420221440431480841416016SCS=15KHzSCS=60KHz区别：每个子帧里面的时隙数不同任务二5G物理层5.2.2帧结构课堂练习：画出SCS=15KHz和SCS=60KHz的帧结构SCS=15KHzSCS=60KHz区别：每个子帧里面的时隙数不同1radioframe=10ms=10subframe=10slots1subframe=1ms=1slots1slots=1ms=14symbols1radioframe=10ms=10subframe=40slots1subframe=1ms=4slots1slots=0.25ms=14symbols任务二5G物理层5.2.3信道带宽5G中支持不同的Numerology，并且基于终端能力的考虑，3GPP限制了单个小区有效子载波数不超过3300（FFT点数不超过4096），因此不同子载波间隔情况下支持的小区最大带宽不一样；基于每个频段能够获得的带宽，不同频段能够支持的最大小区带宽也不同。SCS[kHz]51015202530405060708090100MHzNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRBNRB15255279106133[160]216270301124385165[78]106133162[189]217[245]27360N.A11182431[38]516579[93]107[121]135Sub6G支持的小区带宽配置：最大100M任务二5G物理层5.2.3信道带宽5G中支持不同的Numerology，并且基于终端能力的考虑，3GPP限制了单个小区有效子载波数不超过3300（FFT点数不超过4096），因此不同子载波间隔情况下支持的小区最大带宽不一样；基于每个频段能够获得的带宽，不同频段能够支持的最大小区带宽也不同。SCS[kHz]50MHz100MHz200MHz400MHzNRBNRBNRBNRB6066132264-1203266132264mmWave支持的小区带宽配置：最大支持400M任务二5G物理层5.2.3信道带宽部分带宽BWP即“部分带宽”，指网络侧配置给UE的一段连续的带宽资源，可实现网络侧和UE侧灵活传输带宽配置。BWP是系统工作带宽的一些子集，每个BWP对应一个特定的Numerology。不同UE可配置不同BWP，每个UE最多可以配置4个BWP，但是某个时刻只有一个处于激活态。UE不需要知道5G基站侧传输带宽，只需要支持配置给UE的BWP带宽信息。因此，5G中UE带宽可以小于小区带宽，并且UE带宽位置可以出现在小区带宽内的任一位置任务二5G物理层5.2.3信道带宽2018年12月，工业和信息化部批准了三大运营商的全国范围5G中低频段试验频率使用许可，中国联通和中国电信获得3.5GHz的国际主流频段；中国移动获得2.6+4.9GHz组合频谱。中国电信获得3400MHz-3500MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源；中国移动获得2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz频段的共260MHz带宽5G试验频率资源，其中2515-2575MHz、2635-2675MHz和4800-4900MHz频段为新增频段，2575-2635MHz频段为重耕中国移动现有的TD-LTE（4G）频段；中国联通获得3500MHz-3600MHz共100MHz带宽的5G试验频率资源。任务二5G物理层5.2.3信道带宽2019年6月，工业和信息化部向三大运营商和中国广播电视网络有限公司颁发了5G网络运营牌照，其中中国广播电视网络有限公司（简称中国广电，或者国网）获得了700MHz的5G牌照：698MHz-790MHz。中国广电5G试验网将利用700MHz，4.9GHz及3.3-3.4GHz频率资源开展混合组网建设。任务二5G物理层5.2.4物理层资源

任务二5G物理层5.2.4物理层资源5G系统数据信道频域上基本调度单位是PRB或RBG PRB（PhysicalRB）– 物理资源块；– 频域：12个子载波。

RBG（ResourceBlockGroup）– 物理资源块的集合– 频域：其大小和UE工作带宽BWP(BandWidthPart)内RB数有关。5G系统控制信道基本调度单位是CCE。

REG（REGroup）– 控制信道资源分配基本组成单位；– 频域上：1REG=1PRB（12个子载波）；– 时域上：1个OFDM符号。

CCE（ControlChannelElement）– 控制信道资源分配基本调度单位；– 频域上：1CCE=6REG=6PRB；– 支持CCE聚合等级：1,2,4,8,16。任务二5G物理层5.2.5信道映射在无线接口协议层次中，包括物理信道，传输信道和逻辑信道。物理信道物理信道是将属于不同用户、不同功用的传输信道数据流分别按照相应的规则确定其载频、扰码、扩频码、开始结束时间等进行相关的操作，并在最终调制为模拟射频信号发射出去。物理信道按照上下行链路区分。任务二5G物理层5.2.5信道映射物理信道物理下行共享信道(PhysicalDownlinkSharedChannel，PDSCH)用于承载下行用户数据。物理下行控制信道(PhysicalDownlinkControlChannel，PDCCH)用于上下行调度、功控等控制信令的传输。物理下行链路控制信道由一个或多个控制信道单元（CCE）组成。物理广播信道(PhysicalBroadcastChannel，PBCH)用于承载系统广播消息。聚合级别CCE数量112244881616下行任务二5G物理层5.2.5信道映射物理信道上行链路中定义的物理信道为:物理随机接入信道(PhysicalRandomAccessChannel，PRACH)。用于承载用户随机接入请求信息。物理上行共享信道(PhysicalUplinkSharedChannel，PUSCH)用于承载上行用户数据。物理上行控制信道(PhysicalUplinkControlChannel，PUCCH)用于HARQ反馈、CQI反馈、调度请求指示灯L1/L2控制信息。上行任务二5G物理层5.2.5信道映射传输信道传输信道是在对逻辑信道信息进行特定处理后再加上传输格式等指示信息后的数据流。传输信道是通过描述物理层特性使物理层能够为MAC和更高的层提供信息传输服务。广播信道(BroadcastChannel，BCH)用于承载5GMAC层的系统控制信息。下行共享信道(DownlinkSharedChannel，DL-SCH)用于承载来自5G基站的下行链路方向上的所有UE的数据寻呼信道(PagingChannel，PCH)用于承载传呼信息、系统信息更改通知.下行传输信道上行传输信道上行共享信道(UplinkSharedChannel，UL-SCH)用于承载来自UE的的数据，从UE传送到5G基站。随机接入信道(RandomAccessChannel，RACH)用于在RRC连接建立过程中建立UE和5G-RAN之间的5G-RRC连接任务二5G物理层5.2.5信道映射逻辑信道MAC提供了传输信道和逻辑信道之间的映射。每个逻辑通道类型由传输的信息类型定义。逻辑信道分为两组：控制信道和业务信道广播控制信道(BroadcastControlChannel，BCCH)：广播系统控制信息的下行信道。寻呼控制通道(PagingControlChannel，PCCH)：传输传呼信息、系统信息更改通知和正在进行的PWS广播指示的下行通道。公共控制信道(CommonControlChannel，CCCH)用于在UE与网络之间传输控制信息的信道。此通道用于与网络没有RRC连接的UEs。专用控制信道(DedicatedControlChannel，DCCH)在UE和网络之间传输专用控制信息的点对点双向信道。用于具有RRC连接的UE。业务信道控制信道专用业务通道(DedicatedTrafficChannel，DTCH)点对点通道，专用于一个UE，用于用户信息的传输。DTCH可以存在于上行链路和下行链路中。任务二5G物理层5.2.5信道映射5G下行信道映射关系5G上行信道映射关系任务二5G物理层5.2.6物理信号5G定义了以下上行链路物理信号：解调参考信号：DM-RS（DemodulationReferenceSignals）用于上行数据解调、时频同步等。相位跟踪参考信号：PT-RS（Phase-trakingReferenceSignals）用于上行相位噪声跟踪和补偿。探测参考信号：SRS（SoundingReferenceSignals）用于上行信道测量、时频同步、波束管理。任务二5G物理层5.2.6物理信号解调参考信号：DM-RS（DemodulationReferenceSignals）用于下行数据解调、时频同步等。相位跟踪参考信号：PT-RS（Phase-trakingReferenceSignals）用于上行相位噪声跟踪和补偿。信道状态信息参考信号：CSI-RS（Channel-stateinformationReferenceSignals）用于下行信道测量、波束管理、RRM/RLM测量和精细化时频跟踪等。主同步信号：PSS(PrimarySynchronizationSignal)用于时域同步，获得小区ID（N_ID^2）N_ID^2：取值范围为[0-2]。辅同步信号：SSS(SecondarySynchronizationSignal)用于频域同步，并获得小区组ID（N_ID^1）N_ID^1：取值范围为[0-335]。其中，根据主同步信号和辅同步信号可以得到物理层小区标识N_ID^cell：N_ID^cell：N_ID^cell=3*N_ID^1+N_ID^2N_ID^cell共有1008个，取值范围为[0,1007]。任务二5G物理层5.2.7调制和编码

任务二5G物理层5.2.7调制和编码QPSK16QAM64QAM256QAM任务二5G物理层5.2.7调制和编码准循环（Quasi-Cyclic）LDPC（低密度校验）码又被成为结构化LPDC码QC-LDPC码具有接近香农限的性能；QC-LDPC码的低差错平层（ErrorFloor）的性能。从而使得它适用于高可靠系统；QC-LDPC码的并行译码特性，使得它适合于高并行度和灵活并行度的系统；QC-LDPC译码速度快，适用于高吞吐量和低时延的系统；固定码长和有限多个码率条件下，QC-LDPC码译码硬件可以统一，并且简单有效；QC-LDPC码具有码率越高、复杂度越低的特性，有利于提升峰值速率。任务二5G物理层5.2.8物理过程小区搜索小区搜索是UE获取某小区的时间和频率同步，检测到这个小区的物理层小区标识（CELLID）的过程。UE接收主同步信号（Primarysynchronizationsignal，PSS）和辅同步信号（Secondarysynchronizationsignal，SSS）来进行小区搜索的过程。任务二5G物理层5.2.8物理过程 功率控制gNB确定所需的上行传输功率，并向UE提供上行传输功率控制命令。UE使用所提供的上行传输功率控制命令来调整其传输功率。通过上行功率控制决定了不同上行物理信道或信号的传输功率。对于下行功率控制，则PDSCH采用链路自适应(AdaptiveModulationandCoding，AMC)方法进行。即UE将估计的信道状态反馈给用于链路适应的gNB，gNB根据信道状态信息参考信号（Channelstateinformation，CSI-RS）的测量值估计下行信道状态，采用不同的调制方案和信道编码速率，并以此完成发送功率控制（Transmissionpowercontrol）。。任务二5G物理层5.2.8物理过程 上行同步和上行定时控制当接收到包含主小区（Pcell）或主辅小区（PSCell）定时提前组的定时提前命令时，UE根据接收到的定时提前命令调整用于主小区或主辅小区的PUCCH/PUSCH/SRS信号的上行传输定时。任务二5G物理层5.2.8物理过程随机接入层1从高层接收一组SS/PBCH块索引，并向高层提供一组相应的RSRP测量值。然后开始随机接入过程。在启动随机接入过程前，物理层需要从高层得到以下信息：-物理随机接入信道的传输参数的配置(PRACH前导码格式、时间资源和用于PRACH传输的频率资源)。-确定PRACH前导码序列集的根序列及其循环移位的参数(逻辑根序列表的索引、循环移位和集合类型(不受限制、受限制的集合A或受限制的集合B))。从物理层的角度来看，物理层的随机接入过程包括在PRACH中传输随机接入前导码(Msg1)的发送、使用PDCCH/PDSCH(Msg2)的随机接入响应(RAR)消息的接收，以及在可用的情况下，传输Msg3PUSCH和用于争用解决的PDSCH。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口整体架构整个系统结构沿用LTE扁平化网络架构由下一代核心网（NGC，NextGenerationCore）和下一代无线接入网（NG-RAN，NextGeneration-RadioAccessNetwork）和用户设备（UE，UserEquipment）3部分组成。如图5.3-1所示。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口节点gNB：5G基站，该节点为5G网络的用户面协议和控制面协议的终点；gNB可以支持FDD模式,TDD模式或者同时支持双模。ng-eNB：下一代eNodeB，即升级后的4G基站，该节点为E-UTRAN用户面协议和控制面协议的终点。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口接口NR中的接口包括Xn接口和NG接口。gNB和ng-eNB节点通过Xn接口相互连接。gNB和ng-eNB节点通过NG接口连接到5GC，其中通过NG-C接口连接到接入和移动性管理实体(AccessandMobilityManagementFunction，AMF)，通过NG-U接口连接到用户平面功能实体(UserPlaneFunction，UPF)。Xn接口也根据传输信息的不同分为Xn用户平面Xn-U接口和Xn控制平面Xn-C接口。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口无线资源管理功能:无线承载控制、无线准入控制、连接移动性控制、上行链路和下行链路资源的动态分配(调度)；IP报头压缩、加密和数据完整性保护；UE接入时，如果无法从UE提供的信息确定到AMF的路由时的AMF选择；用户平面数据到UPF(s)的路由功能；控制平面信息到AMF的路由功能；连接建立和释放；寻呼消息的调度和发送；系统广播信息的调度和发送(源自AMF或O&M)；移动性和调度的测量和测量报告配置；上行链路上的传送级别分组标记；会话管理；网络切片支持；Qos流管理和到数据无线承载的映射；RRC_INACTIVE状态下的UE持；非接入层（Non-accessStratum，NAS）消息的分配；无线接入网共享；双重连接性；NR与E-UTRAN紧密互操作功能。gNB和ng-eNB的功能任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口5G系统功能划分示意图任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口NAS信令终止;NAS信令安全性;接入层(AccessStratum，AS)安全性控制3GPP接入网间之间的CN节点间移动性信令;空闲模式UE可达性(包括对寻呼消息重传的控制和执行);登记区管理;接入和移动性管理AMF功能系统内和系统间的移动性支持;接入认证管理接入授权，包括漫游权限检查的接入认证管理;移动性管理控制(签署和策略);网络切片支持;会话管理功能实体（SessionManagementFunction，SMF）的选择。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口用于无线接入类型（RadioAccessType，RAT）内部和不同无线接入类型之间的锚点(适用时);数据网络互连的外部分组数据单元（PacketDataUnit，PDU）会话点;分组路由和转发;分组巡检和策略规则执行的用户平面部分;业务使用情况报告;用户平面UPF功能支持至数据网络的业务路由功能的标识;支持多宿主PDU会话的上行业务分支点;用户平面的QoS处理，例如分组过滤、门限、UL/DL速率执行;上行业务验证（业务数据流（ServiceDataFlow，SDF）到QoS流的映射）；下行分组缓存和下行数据通知触发。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口会话管理;UE的IP地址分配与管理;UP功能的选择和控制;在UPF配置业务导向，将业务引导到正确的目的地;部分策略执行和QOS控制;下行数据通知。会话管理功能(SMF)任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口NG-U接口NG用户平面NG-U接口在NG-RAN节点和UPF之间定义的。传输网络层建立在IP传输之上，在UDP/IP之上使用用户层面的GPRS隧道协议GTP-U将用户平面分组数据单元PDU在NG-RAN节点和UPF之间进行传输。NG-U在NG-RAN节点和UPF之间提供无保证的用户平面PDU传送NG-U接口的协议栈任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口NG-C接口NG控制平面NG-C接口定在NG-RAN节点和AMF之间。传输网络层建立在IP传输之上。为了可靠地传输信令消息，在IP之上添加了SCTP（StreamControlTransmissionProtocol，流控制传输协议）。应用层信令协议称为NGAP(NGapplicationprotocol)。SCTP层提供了可靠的应用层消息传递。在传输中，采用IP层点对点传输来传输信令PDU。NG-C接口的协议栈任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口Xn-U接口Xn用户平面Xn-U接口定义在两个NG-RAN节点之间。传输网络层建立在IP传输之上，在UDP/IP之上使用GTP-U来承载用户平面PDU。Xn-U提供无保证的用户平面PDU传送，支持以下功能:

数据转发； 流控制。Xn-U接口的协议栈任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口Xn-C接口Xn控制平面Xn-C接口定义在NG或NG-eNB之间。传输网络层建立在IP之上的SCTP之上。应用层信令协议称为Xn应用协议(Xn-AP)。SCTP层提供了可靠的应用层消息传递。在传输IP层中，采用点对点传输来传输信令PDU。Xn-C接口的协议栈Xn-C接口支持以下功能:Xn接口管理；UE移动性管理，包括上下文传输和RAN寻呼.双连接任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口SA与NAS组网架构5G的组网架构分为NSA和SA两种模式。SA（Standalone）为独立组网模式，传统2/3/4G网络均采用SA独立组网的架构。为满足部分运营商快速部署5G需求，5G标准新引入一种新的组网架构：NSA（Non-Standalone）非独立组网模式。3GPPR15版本的第1期面向NSA，使用5G基站复用4G核心网的方式进行组网；第2期面向SA，即不再依赖4G核心网，而独立部署核心网。按照独立部署和非独立部署划分，大约有Option1至Option7等多种架构。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口1SA组网架构5G无线网与核心网之间的NAS信令(如注册，鉴权等)通过4G基站传递，5G可以独立工作。包括Option2和Option5系列。SA独立组网模式15G核心网与5G基站直接相连，5G核心网与5G基站通过Ng接口直接相连，传递NAS信令和数据，5G无线空口的RRC信令、广播信令、数据都通过5G基站通过NR空口直接传递。终端连接方式方面，只接入5G或4G(单连接)，考虑终端产业实现难度，手机终端更容易在NR侧实现上行双发。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口1SA组网架构5G无线网与核心网之间的NAS信令(如注册，鉴权等)通过4G基站传递，5G可以独立工作。包括Option2和Option5系列。SA独立组网模式1业务支持能力方面，可使用5G核心网能力，支持端到端切片能力，为不同的业务提供差异化的服务，可支持增强型宽带业务和低时延业务，便于拓展垂直行业。新增接口配置:NG为5G基站gNB至NGC接口类似4G网络中的S1接口、Xn为gNB间接口类似4G网络中的X2接口、N26用于4/5G间互操作。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口1SA组网架构SA独立组网模式2Option4/4a架构:融合的锚点在NR上，最终融合到5G的NGC中，是5GStandalone的一个变化，和Option2的主要区别在于Option4/4a能够将现有大规模的LTEeNB利用起来。Option4融合的层面在于4G无线网和5G无线网融合，Option4a是在于4G无线网增加1A-LIKE接口与5G的NGC核心网。Option4/4a架构由于采用了支持5GNR和LTE的双连接，带来4GeLTE的流量增益，采用了新的5GNR和NGC，可以支持5G新功能新业务。然而，Option4/4a架构引入了与4G的互操作，需要对现网LTE进行改造，对现有的LTEeNB升级。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口2NSA组网架构非独立部署的网络架构中，5G依附于4G基站工作的网络架构，5G无线网与核心网之间的NAS信令(如注册，鉴权等)通过4G基站传递,5G无法独立工作。其中主要有Option3/3a/3x和Option7/7a/7x等结构Option3/3a/3x架构锚点在4GLTE上，最终融合到4G的EPC中。Option3融合的锚点在4G无线网，5G无线网通过4GLTE网络融合到4G的核心网；Option3a是终端通过4G空口接入4G核心网，数据分流点在LTEEPC，在5G无线网增加1A接口与4G核心网融合；Option3x是终端通过4G空口接入4G核心网，数据分流点在NRgNB和EPC。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口2NSA组网架构Option7/7a/7x架构采用5G核心网，锚点仍在LTE,最终融合到5G的NGC中。Option7融合的锚点在4GLTE网络上，5G无线网络通过4GLTE网络融合到5G的NGC;Option7a是在于5G无线网增加1A-LIKE接口与5G的NGC融合;Option7x是终端通过控制面空口接入5G的NGC，数据分流点在NRgNB和NGC。Option7/7a/7x架构是在原有4G覆盖基础上增加了5GNR新覆盖，控制面依然经过LTE，因此对NR覆盖没有要求，不需要连续覆盖，在网络建设初期网络投资小，建设速度快，由于有原有的4G网络做基础，语音业务连续性有保证，对网络的改动小。任务三5G网络架构5.3.15G系统与接口Option7/7a/7x架构与Option3/3a架构相比，继承了原有的4G覆盖，同时具有Option3/3a/7x架构的优势。Option7/7a/7x架构与Option4/4a架构相比，都引入了新核心网NGC，实现了5G新功能新业务，同时具有Option4/4a架构的优势。任务三5G网络架构5.3.25G协议栈5G协议栈根据用途分为用户平面协议栈和控制平面协议栈。15G接入网（5G-AN）和5G核心网（5GC）之间的控制面协议栈AN-AMF之间的控制平面协议栈AN-SMF之间的控制平面协议栈任务三5G网络架构5.3.25G协议栈5G协议栈根据用途分为用户平面协议栈和控制平面协议栈。15G接入网（5G-AN）和5G核心网（5GC）之间的控制面协议栈5G接入网（5G-AN）与5G核心网（5GC）之间的控制平面接口支持以下功能：通过独特的控制平面协议，将多种不同类型的5G接入网(如3GPP无线接入网、非3GPP互联功能（N3IWF，Non-3GPPInterWorkingFunction）接入对5GC的不可信访问)连接到5G核心网（5GC）:3GPP访问和非3GPP访问均使用单一应用层信令(NGAP)协议；对于某给定的UE，不论UE的PDU会话次数为多少（可能为零），接入和移动性管理功能（AMF）都有一个唯一的N2终止点。接入和移动性管理功能（AMF）与其他功能(如会话管理功能SMF)之间的解耦，可能需要控制5G-AN支持的服务(例如控制一个PDU会话的5G-AN中的UP资源)。为此目的，NGAP可能支持AMF只负责在5G-AN和SMF之间进行中继的信息。任务三5G网络架构5.3.25G协议栈2UE和5G核心网（5GC）之间的控制面协议栈UE-AMF之间的控制平面协议栈非接入层会话管理NAS-SM支持处理UE和SMF之间的会话管理。SM信令消息在UE和SMF的NA-SM层中操作，操作的过程包括创建和处理。SM信令消息的内容对于AMF是透明的。任务三5G网络架构5.3.25G协议栈2UE和5G核心网（5GC）之间的控制面协议栈

UE-SMF之间的控制平面协议栈NAS-MM层对SM的处理包括：SM信令的发送：NAS-MM层创建一个NAS-MM消息，包括安全性报头、SM信令的NAS传输指示、接收NAS-MM以获取将SM信令消息如何转发以及转发到何处的附加信息。SM信令的接收：接收到的NAS-MM处理消息的NAS-MM部分，即执行完整性检查，并解释如何以及在何处导出SM信令消息的附加信息。SM消息部分应包括PDU会话ID。任务三5G网络架构5.3.25G协议栈用户面协议栈

用户面协议栈主要包括PDU会话相关的用户面协议栈和用于与非3GPP接入的协议栈。1PDU会话相关的用户面协议栈PDU子层GTP-U协议子层5G接入网协议子层5G用户面封装子层任务三5G网络架构5.3.25G协议栈用户面协议栈

2非3GPP接口的用户面协议栈N9接口可能是PLMN内部或者PLMN之间的接口，针对不同的PDU会话锚点，可以有多个N9接口分路支持上行链路分级器（UplinkClassifie，ULCL）。UDP协议可能用于IPsec层以下支持网络路由的转换。任务三5G网络架构5.3.35G无线接入网架构CU/DU分离的无线接入网5G基站gNB分为CU和DU两个功能实体:集中单元CU（CentralizedUnit）：承担RRC/PDCP层功能；实时性要求较低，可采用虚拟化技术，采用通用处理平台分布单元DU（DistributedUnit）承担RLC/MAC/PHY层功能；需要较高的实时性，与传统BBU类似，将采用专用硬件平台，支持高密度数学运算能力。任务三5G网络架构5.3.35G无线接入网架构在实际的网络部署中，根据不同的网络应用场景，可以采用不同的部署方案。任务三5G网络架构5.3.35G无线接入网架构5G灵活的架构带来了组网的灵活性，可依据不同业务对时延不同，CU/DU部署位置灵活:对时延要求较高的uRLLC业务，CU/DU可同位置部署；对eMBB和massiveIOT业务，CU、DU可以根据现网光纤资源情况灵活部署。任务三5G网络架构5.3.45G核心网架构

5G与4G核心网的根本区别在于：基于服务的架构/控制面和转发面完全分离。5G网络引入服务化功能设计，实现网络功能的灵活定制和组合；核心网通过控制和转发理念，降低简化用户面，实现高效转发。认证服务器功能（AuthenticationServerFunction，AUSF）接入和移动性管理功能（AccessandMobilityManagementfunction，AMF）任务三5G网络架构5.3.45G核心网架构数据网络（DataNetwork，DN）功能非结构化数据存储功能（UnstructuredDataStorageFunction，UDSF）网络信息公开功能（NEF）网络存储功能(NetworkRepositoryFunction，NRF)网络切片选择功能（NetworkSliceSelectionFunction，NSSF）策略控制功能（PolicyControlFunction，PCF）任务三5G网络架构5.3.45G核心网架构统一数据管理（UnifiedDataManagement，UDM）统一数据存储（UnifiedDataRepository，UDR)用户平面功能（UserPlaneFunction，UPF)应用功能（ApplicationFunction，AF)5G设备标识寄存器（5G-EIR)安全边缘保护代理（SecurityEdgeProtectionProxy，SEPP）任务三5G网络架构5.3.55G传送网架构5G的高带宽和低时延业务要求网关下移到地市核心和边缘，业务流量模型不再像4G集中在省中心，5G核心网与internet的互通节点可能从省中心下移到地市中心甚至地市边缘，这样会造成无线接