移动端与端基础 1

第5章5G核心网课件移动通信-端到端5G系统基础第5章5G核心网§5.1从4GEPC到5G核心网§5.25G核心网框架§5.35G核心网的关键技术§5.45G核心网的发展5.15G接入需求移动通信-端到端5G系统基础5.1

从4GEPC到5G核心网应用场景4G核心5G核心eMBBYesYesURLLCNoYesmMTCNoYes网络切片YesYes4G与5G核心网的应用场景能力对比为了满足5G的许多接入要求，如果与现有的4GEPC叠加，核心可能会变得越来越复杂。4G的接入依赖程序加上多个核心网络的重叠和并发特性，使其变得繁琐，给接入带来了问题。而5G核心将通过统一标准和非标准技术的接入来解决这一问题，提供多址和有线-无线融合的功能。为了满足用户对更多服务创新的需求，4GEPC中使用的专有API（应用程序编程接口）难以满足这一要求。而5G核心的网络暴露功能允许使用开放API，为第三方提供了安全开发更多服务和差异化的机会。5.2

5G核心网框架概述用户注册、连接与会话控制面的功能及协议公共数据层的功能移动通信-端到端5G系统基础5.2.1

5G核心网的概述用户平面向数据网络传输数据信息，如语音或Internet数据。控制平面则负责管理整个系统，它传递信号数据，并利用公共数据层（CommondataLayer）。该公共数据层托管访问订阅数据和数据仓库中的其他重要信息。通过可编程的公共用户平面，新的5G核心能够灵活地分布和独立伸缩核心云和边缘云中的功能。根据不同的应用和需求，可以量身定制NetworkFunctions提供的服务，从而实现更高的灵活性。5.2.2

用户注册、连接与会话1.注册管理

当用户需要接收网络服务时，首先需要进行初始注册。在初始注册过程中，接入管理功能（AMF）会利用存储在统一数据管理（UDM）中的签约信息来完成用户认证和接入授权。同时，UDM中会保存服务AMF的标识。一旦注册流程完成，用户设备（UE）的状态将变为5GMM-REGISTERED（UE和AMF）。在5GMM-REGISTERED状态下，UE需要执行周期性注册更新，以通知AMF其处于激活状态。此外，UE还需要执行移动性注册更新，以通知AMF其服务小区不在注册时AMF提供的跟踪区标识（TAI）列表中，或者UE自身的状态和能力发生了变化。当周期定时器超时（且UE没有进行周期性注册）或UE/网络显式注销时，UE/AMF状态机会迁移到5GMM-DEREGISTERED状态。5.2.2

用户注册、连接与会话2.连接管理当接入网络的信令连接处于非活动状态并被释放时（即RRC-IDLE状态），UE将从5GMM-CONNECTED状态转变为5GMM-IDLE状态。一旦NGAP信令连接（N2上下文）和N3用户面连接被释放，AMF将认为UE已进入5GMM-IDLE状态。当UE处于RRCInactive状态和5GMM-CONNECTED状态时，其可达性和寻呼由RAN管理。在此状态下，AMF通过配置UE特定的非连续接收（DRX）值、注册区域、周期注册更新定时器值和MICO模式指示来协助RAN。5.2.2

用户注册、连接与会话3.注册管理流程5.2.2

用户注册、连接与会话4.

PDU会话建立流程5.2.2

用户注册、连接与会话5.服务请求流程6.其他流程7.

5GC下的会话与业务连续性服务请求流程允许用户设备（UE）从5GMM-IDLE状态转移到5GMM-CONNECTED状态。

一旦服务请求流程被执行，UE和网络将转移到该UE的5GMM-CONNECTED状态，控制面和用户面路径将建立。在此情况下，先前缓存在UPF中的下行数据可以发送给UE。服务请求可以是UE触发的，也可以是网络触发的。5GS提供了多种流程以支持各种会话管理功能。除了之前提到的PDU会话建立之外，会话管理还包括PDU会话修改和会话释放。5G技术可以支持多种业务，包括物联网和关键通信，以满足不同需求，如移动性和会话连续性。为了适应不同时延、带宽和可靠性要求，5G的连接服务（PDU会话）模式提供了多种选择。除了传统的会话连续性，PDU会话还可以在不同的数据网络之间保留或释放。。5.2.3

控制面的功能及协议控制面协议栈控制面协议栈包括3GPP接入网与5G核心网之间、非可信非3GPP接入网与5G核心网之间、UE与5G核心网之间，以及5G核心网中各网络功能之间的控制面协议栈。

5.2.4

公共数据层的功能UDR统一数据仓库是一个公共数据层数据仓库的子集，专门用于存储3GPP标准化数据。它负责存储和提供订阅和配置文件数据，以及来自网络公开功能的结构化数据。统一数据仓库主要由统一的数据管理访问系统进行管理。

UDSF非结构化数据存储功能模块是公共数据层数据存储库的另一部分，专注于存储非标准化、非结构化数据。与统一数据存储库不同，非结构化数据存储功能模块的数据格式更加灵活，不局限于结构化数据。任何网络功能模块都可以访问非结构化数据存储功能模块。5.35G核心网的关键技术关键特性CUPSSBA网络切片波形与多址技术存储的解耦移动通信-端到端5G系统基础5.3.1

5G核心网关键特性5.3.2

CUPSCUPS还带来了其他多种好处：它支持更出色的网络切片功能，并通过模块化简化网络运营。5G核心网络采用了独立的控制面和用户面设计，这种特性被称为“控制面和用户面分离”（CUPS）。端到端5G网络具备一系列优势，其中最突出的是对带宽密集型和延迟敏感型应用的支持。由于用户面和控制面在5G核心中实现了分离，用户平面功能或资源可以部署在更靠近用户设备连接的接入点。这意味着数据包处理和流量聚合更接近网络边缘，从而减少了端到端延迟和传输网络负载。5.3.3

SBA5.3.4网络切片5G核心在控制平面具备专门的网络切片选择功能，该功能负责为用户分配所需的网络切片实例。控制面和用户面分离的设计使得专用切片更为便捷。例如，一个切片可以同时使用标准共享控制平面和私有专用UPF（用户平面功能）为数据平面提供服务。与4G相比，5G允许设备同时连接到多达8个切片，以满足不同的服务和应用需求。例如，智能手机可以同时连接到用于增强现实(AR)的低延迟切片，同时连接到用于基本网页浏览的相对不严格的切片。此外，每个切片可用的功能更加完善，这使得网络切片更加高效和健壮。你将在端到端网络切片模块中了解更多详细信息。5.3.5

波形与多址技术系统频率和特定用户使用的频率示意图一致认为可以在载波带宽内分配更多数量的资源（例如，20MHz中106个PRB，而不是LTE中的100个PRB），高于LTE的约90％的资源利用率

5.3.5

波形与多址技术基于π/2BPSK和FDSS上行传输和接收5.3.5

波形与多址技术DC对齐

上行栅格偏移7.5kHz示例5.3.6

存储的结耦5G核心网络中的网络功能被设计成无状态的。这意味着不需要服务接收者存储与服务提供者相关的会话信息。这种无状态操作通过解耦计算和存储资源，提高了虚拟网络功能的可扩展性。将状态信息从控制功能中分离出来，或者解耦计算和存储资源，有助于实现5G虚拟网络功能的动态实例化和伸缩。状态信息不再存储在网络功能中，而是存储在一个安全、集中的存储库中。通过从存储库中检索状态信息，新的或替换的网络函数可以很容易地变为可操作的。利用无状态函数可以获得更高的可用性、更大的灵活性和更好的可伸缩性，以及更少的资源约束冗余。

保持外部状态的最新是有资源成本的。这需要精心的设计和优化，只需要存储稳定状态。此外，连接或“读取”状态还会在会话处理中增加一些延迟。5.45G核心网的发展移动通信-端到端5G系统基础5.4

5G核心网的发展初始5G部署选项示意图5G核心网演变过程5.4

5G核心网的发展本章论述题1.5G核心网络相对于4GEPC有哪些优势？2.5G核心网络如何解决4GEPC中存在的问题？3.为什么4GEPC与5G核心网络相比，难以满足