1.1.5G网络架构演进趋势
4G移动通信系统包括EPC（Evolved Packet Core network，演进分组核心网）和E-UTRAN (Evolved UniversalTerrestrial Radio Access Network，演进通用陆地无线接入网络)。4G移动通信系统整体架构如下图1-2所示: 5G移动通信系统包括5GC(5G Core Network，5G核心网)和NG-RAN(Next Generation Radio Access Network，5G无线接入网)。5G核心网与5G接入网通过NG接口连接，实现控制面和用户面功能;5G无线接入网之间通过Xn接口连接,实现控制面和用户面功能。5G移动通信系统整体架构如图1-1所示。 5G移动通信系统整体架构与4G整体架构类似。4G与5G移动通信系统整体架构对比如下图1-3所示RAN网络引入CU、DU，组网更灵活，利于多小区的集中控制，利于多功能的实现。MEC(Multi-access Edge Connection，多接入边缘计算)是支撑5G系统运行的关键技术。
网络架构演进的核心目标:
√实现从“互联网应用被动适应网络”向“网络主动、快速、灵活适应互联网应用"
√网络和资源的部署将打破行政管理体制和传统组网思路的制约，转向以IDC为核心的新格局。
√不同阶段核心网技术特征与代表技术如下图1-4所示:
耳垫移动通信系统核心网从3G到4G的演进特点是取消了CS域(Circuit Switch，电路交换域）只保留PS域(Packet Switch,分组交换域)。4G移动通信系统实现了控制和承载相分离。4G核心网架构如下图1-5所示:
5G核心网颠覆了4G核心网的设计思路。5G核心网基于SBA实现(Service Based Architecture，基于服务架构)，使用NFV技术灵活重构网络功能，使用SDN技术灵活构建数据转发通道，使用切片技术实现业务保障与资源利用率最大化，完全实现CUPS(Control and User Plane Separation，控制与用户面分离)，结合云技术全面支撑5G应用场景需求。为了应对5G网络的发展要求，基于服务的5G核心网架构如下图所示:
1.2.网元功能与接口
1.2.1. 5G移动通信整体网络架构：
5G网络功能之间的信息交互可以基于两种方式表示:其一为基于服务表示;其二为基于点对点表示。实际部署时，也可以采用两种方式相结合的表示方式。因为并不是所有的接口都适合基于服务表示，对于有些接口点对点表示方式更加适合。从图1-8可以看出，控制面内的网络功能（例如AMF）使其他授权的网络功能能够访问其服务。但是，对于接口N1和接口N2，这种表示还包括必要时的点对点表示方式。
5G无线接入网的网元功能拆分为CU(Centralized Unit，集中单元)和DU(Distributed Unit，分布单元)。5G移动通信系统NG-RAN CU与DU分离逻辑图，如下图1-10所示。
底层功能划分方案:
-便于控制面集中，利于无线资源干扰协调;可以采用虚拟化平台;高层功能划分方案: 3GPP标准确定了option2:
—PDCP上移便于形成数据锚点，便于支持用户面的双连接/多连接
1.2.2. 熔断器式隔离开关5G主要网元功能
磁卡门禁机5G系统由接入网(AN)和核心网(5GC)组成。AN与5GC的主要功能如下图1-12所示:
UPF(用户面功能)
AMF(访问和移动性管理功能)
SMF(会话管理功能)
gNB/en-gNB
1.2.3. 5G系统接口功能与协议
NG接口是NG-RAN和5G核心网之间的接口，支持控制面和用户面分离，支持模式化设计。NG接口协议栈如图1-14所示，其中左侧表示控制面协议栈(NG-C接口)，右图表示用户面协议栈(NG-U接口)。
Xn接口是NG-RAN之间的接口,Xn接口协议栈如下图1-15所示，其中左侧表示控制面协议栈(Xn-C接口)，右侧表示用户面协议栈（Xn-U接口)。在CU\DU分离的情况下，Xn-C是CU-C之间的接口，Xn-U是CU-U之间的接口。
5G系统接口功能与协议:
Xn-U接口的主要功能:
Xn-U接口提供用户平面PDU的非保证传送，并支持分离Xn接口为无线网络功能和传输网络功能，以促进未来技术的引入;
数据转发功能，允许NG-RAN节点间数据转发从而支持双连接和移动性操作;
流控制功能，允许NG-RAN节点接收第二个节点的用户面数据从而提供数据流相关的反馈信息。
CU\DU分离场景下，E1接口是指CU-C与CU-U之间的接口，E1接口只有控制面接口（E1-C接口)。E1接口是开放接口，支持端点之间信令信息的交换，支持5G系统新服务和新功能。E1-C接口不能用于用户数据转发。E1接口协议栈如下图1-16所示:
CU\DU分离场景下，F1接口是指CU与DU之间的接口，区分为用户面接口(F1-U接口）和
控制面接口（F1-C接口)。F1接口支持eNB-point之间的信令交互，包括支持不同eNB-point的数据发送。F1接口协议栈如下图1-16所示，其中左侧表示控制面协议栈(F1-C接口)，右侧表示用户面协议栈(F1-U接口)。
F1-U接口主要功能：
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●用户数据传输(Transfer of user data) ;
●CU和DU之间传输用户数据;
●流量控制功能(Flow control function) ;
●控制下行用户数据流向DU。
E1接口管理功能：
✓错误指示(gNB-CU-UP或者gNB-CU-CP向gNB-CU-CP或者gNB-CU-CP“发出错误指示);
✓复位功能用于gNB-CU-UP与gNB-CU-CP建立之后和发生故障事件之后初始化对等实体;
✓gNB-CU-UP与gNB-CU-CP之间应用层数据的互操作;
✓gNB-CU-UP配置更新: gNB-CU-UP将NRCGl、s - nssai、PLMN-ID和gNB-CU-UP支持的QoS信息通知给gNB-CU-CPE1
上下文管理功能：
✓上下文承载建立（ gNB-CU-CP ) ;
✓上下文承载修改与释放（可以由gNB-CU或gNB-DU发起);
✓QoS流映射(gNB-CU执行);
✓水炮泥下行数据通知（ gNB-CU-UP发起);
✓承载不活动通知;
✓数据使用情况报告（ gNB-CU-UP发起)
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 TEID
F1-C接口主要功能
F1接口管理功能：
✓错误指示;
✓复位功能用于在节点建立之后和发生故障事件之后初始化对等实体;
✓系统信息管理功能
✓系统广播信息的调度在gNB-DU中执行，gNB-DU负责NR-MIB、SIB1的编码，gNB-CU负责其他SI消息的编码。
F1 UE上下文管理功能：
✓基于接纳控制准则、由gNB-CU发起并由gNB-DU接受或拒绝F1 UE上下文的建立;
✓UE上下文的修改（可以由gNB-CU或gNB-DU发起);
✓QoS流和无线承载之间的映射(gNB-CU执行);
✓管理建立、修改和释放DRB和SRB资源（DRB资源的建立和修改由gNB-CU触发)。
RRC消息传送功能：
✓RRC消息通过F1-C传送，gNB-CU负责用gNB-DU提供的辅助信息对专用RRC消息进行编码。
控制面的主要功能:
●RLC和MAC层功能与用户面中的功能一致
●PDCP层完成加密和完整性保护
●RRC层完成广播，寻呼，RRC连接管理,资源控制，移动性管理，UE测量报告控制
●NAS层完成核心网承载管理，鉴权及安全控制
用户面的主要功能:
●头压缩，加密，调度，ARQ/HARQ
●5G用户面增加新的协议层SDAP (Service DataAdaptation Protocol)，完成流(5G QoS flow)到无线承载(DRB)的QoS映射，为每个报文打上流标识(QFl: QoS flow lD )
5G用户面增加加入新的协议层SDAP，完成QoS映射功能
NAS层是控制面功能，位于核心网的AMF与终端之间，功能包括核心网承载管理、注册管理、连接管理、会话管理.鉴权、安全性和策略控制。基于服务的NAS接口如图1-20所示。
1.3. 5G网络组网部署
1.3.1. SA组网和NSA组网
根据3GPP定义，5G标准分为非独立组网(NSA）和独立组网(SA）两种模式。
家庭供暖系统SA组网是指使能5G网络不需要其他移动通信系统的辅助，可以独立进行工作。NSA组网是指使能5G网络需要其他移动通信系统的辅助，如果辅助缺失，那么5G网络不可以独立进行工作。通常而言，5G网络建设阶段，NSA组网方式是在表明5G网络的使用需要4G网络进行辅助。
5G移动通信系统的接入网有两种表示方式: ng-eNB和gNB。ng-eNB和gNB都可以独立地承担与核心网之间控制面和用户面的连接，不需要其它接入网网元辅助。针对5G移动通信系统，3GPP确定的SA options如下图1-21所示，其中左侧option，对应接入网使用gNB表示，称之为option2;右侧option，对应接入网使用ng-eNB表示，称之为option5.
2017年12月制定:4G（eNB）和5G（gNB)共用4G核心网（EPC )，LTE eNB和5G gNB用户面可以直接连接到EPC，控制面则仅经由LTE eNB连接到EPC。用户面可以分别经由LTE eNB、EPC或者gNB进行分流。优势在于不必新增5G核心网，利用运营商现有4G网络基础设施快速部署5G，抢占覆盖和热点。但是5G信令全走4G通道，有4G核心网信令过载风险，因此该阶段主要解决初期的5G覆盖。
3GPP确定的NSA option 3系列如下图1-22所示。
2018年12月确定:增强型4G(ng-eNB)与5GgNB)共用5G核心网(5GC)，该阶段5G核心网替代了4G核心网，控制面则仅经由ng-eNB连接到5GC，用户面可以分别经由ng-eN
B、5GC或者gNB进行分流，解决了4G核心网信令过载风险，主要面向5G容量需求。
数据锚点:5G NR接入网做数据锚点支持X架构（LTE设备处理能力弱于NR，不适合做锚点)
豫公网安备41160202000603
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