了解5G通信一、5G時代——新空口(NR)二、5G通信的網絡架構一、5G時代——新空口(NR)與3G相比，4G傳輸速率更快，網絡頻譜更寬，通信靈活度更高并且兼容性更好。但是隨著科技的不斷發展，消費者對于網絡的傳輸速率也有了更高的要求。無論是無人駕駛汽車，還是更高清的影視資源的下載，4G網絡的傳輸速率在飛速發展的需求面前還是顯得有些捉襟見肘。這個時候，具有更高傳輸速率的5G網絡應運而生。從傳輸速率來看，5G可以達到10Gbit/s,是4G傳輸速率的100倍，能夠在頃刻之間完成一部高清電影的下載，流暢地觀看8K視頻；從傳輸容量來看，5G的容量可以達到4G的1000倍。這些特征使得5G很貼合物聯網和智慧家庭的應用，能讓更多物聯網設備同時實現在線連接。一、5G時代——新空口(NR)5G通信的模式是NR(NewRadio,新空口），這是3GPP組織大會通過的正式名稱。NR是基于OFDM的全新空口設計的全球性5G標準，也是下一代非常重要的蜂窩移動技術基礎。5G核心指的是核心編碼，5G的核心編碼標準有4個：長碼編碼－控制信道、長碼編碼－數據信道、短碼編碼－控制信道、短碼編碼－數據信道。NSA（非獨立組網）和SA（獨立組網）是5G的兩種組網方式。根據目前發展的清況，NSA技術成熟，已實現商用，SA還處于實驗階段，但是未來必然是以SA為發展趨勢。一、5G時代——新空口(NR)與原有的通信手段相比，5G通信最為突出的優勢體現在數據通信的高傳輸帶寬以及低時延上。5G具體的應用優勢有以下幾個方面：①更低的延遲：5G網絡的延遲比4G低1/10，因此可以實現更短的數據響應時間。②更高的傳輸速度：5G網絡的傳輸速度比4G快10~100倍，最高速率可達10Gbit/s。③更大的網絡容量：5G網絡可以連接更多的設備，并且可以同時處理大量的數據，從而提高網絡容量和效率。④更好的網絡覆蓋：5G網絡使用了更多的頻段，使得網絡信號更容易傳播，從而實現更廣泛的覆蓋范圍。⑤更穩定的網絡連接：5G網絡采用了更高級的信號處理技術，從而可以降低信號噪聲，提高網絡連接穩定性和可靠性。二、5G通信的網絡架構5G又稱為第五代移動通信技術，5G網絡定位于速率高、時延低、容量大的無線網絡。5G網絡支持100Mbit/s的用戶體驗速率，106個／km2的連接密度，毫秒級的端到端時延，面向行業客戶提供物與物之間的連接，加快智能化進程。三大應用場景：eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（萬物互聯）、uRLLC（高可靠低時延通信）。具體應用場景：超高清視頻、AR、VR、智慧城市、工業智能化、自動駕駛等。5G的網絡架構與4G類似，都分為核心網和接入網兩部分。5G核心網被稱為5GC,5G接入網被稱為NG-RAN。二、5G通信的網絡架構1.5G網絡層級5G接入網(gNB基站）將BBU分割成CU（集中單元）和DU（分布單元），通過光纖與AAU（有源天線單元，RRU＋天線）連接。CU主要負責統—控制，—個CU可以控制多個DU。5G核心網由AMF控制面、UPF用戶面和SMF會話面組成。2.5G網絡架構5G系統由5G核心網(5GC)和5G無線接入網(RAN)構成，如圖1所示。3GPP制定了NR無線網的接入關鍵技術，同時也重新考慮了無線接入網和核心網之間的系統架構，對兩者之間的功能進行了重新定義和劃分。無線接入網由用于NR的gNB和E-UTRAN使用的ng-eNB兩種無線接入節點組成。當網絡采用雙鏈接架構時，終端將同時連接兩種節點。二、5G通信的網絡架構gNB和ng-eNB直接通過Xn接口互相連接。Xn接口是由一系列協議結構組成的邏輯接口。運營商和制造商根據現場的實際運營條件將邏輯Xn接口映射到光纖、銅纜、微波等物理接口，實現物理層的連通。gNB和ng-eNB主要負責終端與5G網絡的空口交互及連接，從協議高層視角看，主要實現了以下功能：①無線連接移動性管理：支持終端在空閑模式下的重選和連接模式下的切換。②測星控制：針對網絡配置情況對終端下發測量控制指令，通過終端提供的測量報酶行無線資源管理，通過終端的測量反饋提供切換控制和干擾協調規避。③資源動態分配和調度：通過無線承載的QoS配置規則在上行和下行無線鏈路中調度分配無線資源。二、5G通信的網絡架構④無線接入控制和系統消息廣播：進行小區接入控制管理，如小區廣播接入禁止、系統消息、隨機接入配置等功能。⑤無線連接控制：對終端的連接建立、釋放及連接狀態（連接態、空閑態、非激活態）進行管理。⑥無線承載控制：處理終端的無線連接安全性，不同服務質量的上行鏈路和下行鏈路的建立，對終端的無線承載通道進行管理。圖15G系統構成示意圖二、5G通信的網絡架構3.核心網功能組件核心網主要包含三大功能組件：用于認證和移動性功能的AMF、用于用戶面功能的UPF,以及用千服務會話管理功能的SMF。(1)AMF核心網中的控制面數據管理功能主要由AMF實現，AMF負責實現以下功能：①網絡信令：網絡控制面信令的處理，用千終端的接入和尋呼。保證控制面數據流的安全，是5G網絡信令的終結點。②安全管理：終端接入網絡的鑒權、授權、加密的處理。對用戶進行接入鑒權和漫游權限檢查，同時支持網絡安全管理控制，負責注冊區管理，并負責SMF的選擇。③終端移動性管理：通過記錄終端的位置信息和用戶網絡標識實現網絡尋呼，管理終端注冊數據。二、5G通信的網絡架構(2)UPF核心網中的用戶面數據管理主要由UPF實現，UPF負責實現一下功能：①數據包處理：5G網絡系統是一個全部以數據包分組交換的數據網絡，并沒有電路域(CS域），因此所有的用戶數據都封裝為數據包的POU。用戶面的所有數據包均由UPF進行數據包的路由、轉發和QoS處理。UPF支持用戶面數據包檢查和策略規則的實施，如合法的用戶面數據監聽，并提供用戶面數據包的緩沖和下行數據通知的觸發功能。②用戶數據描定功能：終端可能會發生系統內或系統外的切換，UPF可以在終端移動過程中提供用戶面數據描定功能，確保不會出現數據丟失的清況。二、5G通信的網絡架構(3)SMF核心網中的SMF負責對用戶進行會話管理，SMF負責實現以下功能：①數據包會話控制：通過與UPF的配合使用，SMF負責建立、維護和釋放用千用戶數據傳輸的會話。SMF負責用戶面功能的選擇和控制，并承擔部分QoS策略的實施，協助UPF將數據包路由至正確目的地。②終端IP地址分配：通過分配IP地址保證數據包可以在5G網絡內實現路由轉發，同時支持外部網絡數據的接收和轉發。二、5G通信的網絡架構5G時代對基站架構進行了重構，如圖2所示。在4G時代，每個基站都有一套BBU下掛RRU連接天線，并通過BBU連接至核心網。而到了5G時代，每個站點都有一套CU，多個站點使用同—個CU進行集中式管理。5G基站把原先BBU的—部分物理層處理功能歸入RRU,原先的RRU和天線結合成AAU,原來的BBU拆分成CU和DU，并在CU中融合了一部分從核心網下沉的功能，作為集中管理節克使用。圖24G與5G基站構架的比較二、5G通信的網絡架構5G基站的重構是根據不同協議層的實時性要求來進行切分的，BBU中的低層物理底層下沉到AAU中進行處理，對實時性要求比較高的MAC層和RLC層放到DU中進行處理，對于實時性要求不高的PDCP層和RRC層則放到CU中進行處理。注意：NodeB、eNB、gNB和ng-eNB代表—種網絡協議的描點，需要從協議層的角度進行理解，基站是與無線連接相關的RF硬件資源。二、5G通信的網絡架構5G時代通過對基站的重構實現了以下幾大功能：①基帶資源共享。基站在各個時段的業務量都不樣，傳統基站中，每個站都要配置最大容星的基帶資源，而這個最大容量的資源通常是達不到的。例如，城市的商圈區域在白天話務量很高，而到了晚上商鋪閉門停止營業后業務量就會很空閑，居民區的情況則正好相反。傳統基站對于這兩種區域要按最大容量設計，否則高峰期時會出現資源不足的情況，造成了很大的資源浪費。5G時代，處理基帶資淚的DU集中部署于中心機房，并由CU統調度，能夠節省大量基帶資源。二、5G通信的網絡架構②無線接入的切片和云化。網絡切片是5G網絡的新功能特性之，新的基站架構能夠更好適配eMMB、mMTC和uRLLC三大場景對網絡能力的不同要求。網絡切片的實現基礎是虛擬化，在5G的實時處理方面，通用服務器的效率還太低，無法滿足業務需求，因此需要采用專用硬件設計，而專用硬件又難以實現虛擬化。這樣來，就只好把需要專用硬件處理的協議層剝離出來交由AAU和CU處理。非實時部分的協議層組成cu,運行在通用服務器上，經過虛擬化技術處理就可以支持網絡切片和云化了。③實現復雜組網情況下的小區協同。5G網絡將大量使用高頻毫米波，毫米波的頻段高、衰減大、覆蓋范圍小，因此5G小區數量將會是4G網絡的數倍。5G網絡通過強大的中心節點CU統一進行干擾協同管理及業務聚合，從而獲得更大的網絡性能增益。二、5G通信的網絡架構5G時代DU和CU的拆分在帶來好處的同時，也產生了一些不利的影響，具體如下：①數據傳輸時延增加。DU和CU網元架構會帶來相應的處理時延，在CU和DU進行物理分布部署時，通常一個RRC信令的往返時延將增加2ms,一個完整的附著流程將增加7ms，此類時延的增加對uRLLC業務帶來很大的影響。②網絡管理復雜度增加。CU和DU之間對接的參數、配置、版本兼容性等問題都將引入新的管理難度。CU和DU雖然在邏輯上可以分離，但實際運營中在物理上要不要分開部署還要看具體業務需求清況。在5G網絡中，CU和DU合設與分離這兩種架構將長期共存，因此網絡管理的復雜度也會成倍提高。③可用性要求變高。當CU采用云化部署時，單個CU物理機房將會下帶大量小區，對可用性的要求很高，需要考慮CUPool或異地容災方案。二、5G通信的網絡架構5G不同業務對千網絡的時延要求不同，eMBB對時延不是特別敏感，如用戶下載大文件數據或觀看高清視頻時，網絡延遲多幾毫秒是完全感受不到的；mMTC對時延的要求更低，智能電表、燃氣表上報數據，有延遲都可以接受；而uRLLC對時延的要求極高，像工業控制、自動駕駛、遠程醫療等業務中，數據傳輸的延遲通常會造成災難性后果。對千eMBB和eMTC等場景，因為其業務需求對時延不是特別敏感，可以把CU和DU分開在不同的物理機房部署，而要支