前言

引用

5G是什么？

5G的发展

5GS网络架构

5G网络功能

无线接口协议栈

控制平面协议栈

用户平面协议栈

物理层协议功能

数据链路层协议功能

RRC层协议功能

NR协议规范

总结

前言

正在学习5G知识，阅读《5G移动通信系统设计和标准详解》，本文主要是笔记摘抄。

引用

1. 5G移动通信系统设计和标准详解

2. 51CTO 5G网络架构与关键技术指南

5G是什么？

5G: ITU的IMT-2020

5G的发展

ITU的IMT-2020（5G）标准化整体分为3个阶段：

第一阶段是前期需求分析阶段，主要开展5G的技术发展趋势、愿景、需求等方面的研究工作；

第二阶段是准备阶段，2016—2017年完成需求、技术评估方案，以及提交模板和流程等的制定工作，并发出技术征集通函；

第三阶段是提交和评估阶段，2018—2020年完成技术方案的提交、性能评估，及可能提交的多个方案融合等工作，并最终完成详细标准协议的制定和发布工作。

5GS网络架构

5G系统架构分为两部分，即5G核心网（5GC，AMF/UPF）和5G接入网（NG-RAN）

5G核心网包括控制平面和用户平面网元，控制平面网元除了接入与移动管理功能（Access and Mobility Management Function，AMF）外，还包括会话管理功能（Session Management Function，SMF），但是SMF和接入网之间没有接口；用户平面网元包括用户平面功能（User Plane Function，UPF）。NG-RAN包括ng-eNB和gNB。

gNB： NR系统基站

ng-eNB：可接入5G核心网的LTE演进基站

基站之间用Xn接口连接

gNB节点可以进一步分成CU和DU两种逻辑节点。

CU：集中单元，Centralized Unit

DU：分布单元，Centralized Unit

CU主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同时也支持部分核心网功能（UPF）下沉和移动边缘计算（Mobile Edge Computing，MEC）业务的部署，而DU主要负责处理物理层功能和实时性需求高的空口协议层二功能

5G网络功能

gNB和ng-eNB具有以下功能：

①无线资源管理功能，包括无线承载控制、无线接入控制、连接移动性控制、UE上下行链路动态资源分配（调度）；

②IP头压缩及用户数据流加密和完整性保护；

③UE附着时的AMF选择；

④路由用户平面数据至UPF；

⑤路由控制平面信息至AMF；

⑥连接建立和释放；

⑦寻呼消息的组织和发送；

⑧系统广播信息的组织和发送（由AMF或O&M产生）；

⑨以移动性或调度为目的测量及测量报告配置；

⑩上行传输层分组数据的标记；

*⑪会话管理；

⑫网络切片支持；

⑬QoS流的管理以及和无线数据承载的映射；

⑭UE非激活态（RRC_INACTIVE）的支持；

*⑮非接入层（Non-Access Stratum，NAS）信令的传送；

⑯接入网共享；

⑰双连接支持；

⑱NR和E-UTRA之间的紧耦合。

AMF处理控制平面的移动性管理功能，主要包括：

*①非接入层信令的处理；

*②非接入层信令的安全；

*③接入层安全控制；

④移动性管理涉及核心网节点之间的信令控制；

⑤空闲态UE移动性控制（包括控制并执行寻呼消息的重传）；

⑥注册区域管理；

⑦系统内（Intra-system）和系统间（Inter-system）移动性的支持；

⑧访问认证、授权，包括检查漫游权；

⑨移动性管理控制（签约和策略）；

⑩网络切片的支持；

⑪SMF的选择。

UPF处理用户平面功能，主要包括：

①系统内（Intra-RAT）和系统间（Inter-RAT）的移动性锚点；

②连接外部数据网络的协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）会话节点；

③分组数据的路由与转发；

④分组数据的监测以及用户平面部分的策略决策执行；

⑤业务流量使用报告；

⑥用于路由业务流至数据网络的上行数据分类；

⑦支持多连接PDU会话的分叉点；

⑧用户平面的QoS处理，包括分组数据的过滤、门控，以及上下行数据速率控制；

⑨上行数据校验（业务数据流（Service Data Flow，SDF）到QoS流的映射）；

⑩下行分组数据的缓存以及下行分组数据到达指示的触发。

SMF处理控制平面的会话管理功能，主要包括：

*①会话管理；

*②UE IP地址的分配和管理；

③用户平面功能的选择和控制；

④在UPF上配置业务路由和流量引导；

⑤策略执行以及与QoS相关的控制；

⑥下行数据到达指示。

标记*是当前已经做过项目的内容。

无线接口协议栈

Uu接口，也称为空中接口

无线接口协议栈仍主要分为三层两面，三层是指物理层、数据链路层和网络层，两面是指控制平面和用户平面。

数据链路层被分成4个子层，比LTE系统多了一个子层，包括

媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）层、

无线链路控制（Radio Link Control，RLC）层、

分组数据汇聚协议（Packet Data Convergence Protocol，PDCP）层和

服务数据自适应协议（Service Data Adaptation Protocol，SDAP）层。

SDAP层只位于用户平面，负责完成从QoS流到数据无线承载（Data Radio Bearer，DRB）的映射；

其他数据链路层的3个子层同时位于控制平面和用户平面，在控制平面负责无线承载信令的传输、加密和完整性保护，在用户平面负责用户业务数据的传输和加密。

网络层是指无线资源控制（Radio Resource Control，RRC）层，位于接入网的控制平面，负责完成接入网和终端之间交互的所有信令处理。

控制平面协议栈

NAS控制协议实体位于终端（UE）和核心网的AMF功能实体内，主要执行鉴权、移动性管理、安全控制等功能。

RRC协议实体位于UE和gNB网络实体内，负责对接入网的控制和管理，主要功能包括广播、寻呼、RRC管理、无线承载（Radio Bearer，RB）控制、移动性管理、QoS管理、UE测量报告和测量上报控制、无线链路失败检测与恢复以及NAS消息的传输。

在NR协议栈中，控制平面RRC协议数据的加解密、完整性保护、重排序以及重复检测等功能，交由数据链路层的PDCP子层完成。

数据链路层和物理层提供对RRC协议消息的数据传输功能。

NAS消息可以串接在RRC消息内，也可以单独在RRC消息中携带。在切换等情况下，NAS消息的丢失和重复有可能会发生，AS将提供对NAS信令在小区内的有序传输功能。

用户平面协议栈

协议主要为数据链路层协议（MAC、RLC、PDCP、SDAP）和物理层协议。

物理层为数据链路层提供数据传输功能。物理层通过传输信道为MAC子层提供相应的服务。MAC子层通过逻辑信道为RLC子层提供相应的服务。

物理层协议功能

物理层为MAC层和更高层提供信息传输的服务。

下行传输信道：

①广播信道（Broadcast Channel，BCH）采用固定的预定义传输格式，并且能够在整个小区覆盖区域内广播。

②下行共享信道（Downlink Shared Channel，DL-SCH）使用混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat reQuest，HARQ）传输，能够通过调整传输使用的调制方式、编码速率和发送功率来实现链路自适应，在整个小区内发送或使用波束赋形发送，支持动态或半静态的资源分配方式，并且支持终端非连续接收，以达到节电的目的。

③寻呼信道（Paging Channel，PCH）支持终端非连续接收以达到节电的目的（非连续接收周期由网络配置给终端），并且要求能在整个小区覆盖区域内传输，使用映射到可用于动态使用的业务或者其他的控制信道的物理资源上。

上行传输信道：

①上行共享信道（Uplink Shared CHannel，UL-SCH）可以使用波束赋形和自适应调制方式/编码速率/发送功率的调整，支持HARQ传输，采用动态或半静态的资源分配方式。

②随机接入信道（Random Access CHannel，RACH）承载有限的控制信息，并且具有冲突碰撞特征。

传输信道到物理信道的映射：

数据链路层协议功能

物理层为MAC子层提供传输信道级的服务，

MAC子层为RLC子层提供逻辑信道级的服务，

PDCP子层为SDAP层提供无线承载级的服务，

SDAP层为上层提供5GC QoS流级的服务。

MAC子层负责多个逻辑信道到同一传输信道的复用功能。

无线承载分为两类：用户平面的数据无线承载（DRB）和控制平面的信令无线承载（Signaling Radio Bearer，SRB）。

1．MAC子层

控制信道主要有如下4种类型。

①广播控制信道（Broadcast Control Channel，BCCH）为系统广播信息传输使用的下行信道；

②寻呼控制信道（Paging Control Channel，PCCH）为传输寻呼信息、系统信息改变通知消息，以及指示是否有正在广播的公共告警系统信息的下行信道；

③公共控制信道（Common Control Channel，CCCH）用于当终端和网络之间没有RRC时，传输终端和网络之间的控制信息；

④专用控制信道（Dedicated Control Channel，DCCH）为点对点的双向信道，用于终端侧和网络侧存在RRC时的专用控制信息的传输。

业务信道只有一种且只用于传输用户平面的信息，即专用业务信道（DedicatedTraffic Channel，DTCH）。该信道为针对单个用户的点到点的业务传输信道，可以是单向的也可以是双向的。

2．RLC子层

RLC子层支持3种传输模式：透明模式（TM）、非确认模式（UM）、确认模式（AM）

透明模式主要用于寻呼消息、系统信息广播以及SRB0信令的传输；其他SRB信令用确认模式传输；用于传输用户数据的DRB可以根据业务类型，采用确认模式或非确认模式传输。

3．PDCP子层

4．SDAP子层

主要功能和服务是完成QoS流和数据无线承载（DRB）之间的映射，对上行和下行数据分组增加QoS流的标识号，并将不同的QoS流映射到数据无线承载上，每个独立的PDU会话会配置一个SDAP实体。

RRC层协议功能

在5G系统中，RRC的协议状态由LTE的2个增加为3个，即RRC_IDLE、RRC_INACTIVE、RRC_CONNECTED

PLMN = MCC + MNC，PLMN由MCC移动国家码和MNC移动网络码组成
中国移动GSM的PLMN为：46000（MCC：460， MNC:00）
中国联通GSM的PLMN国家码MCC为460，网络码MNC为01： 46001
中国大陆相关的移动网络码：中国移动系统使用00、02、04、07，中国联通GSM系统使用01、06、09，中国电信CDMA系统使用03、05、电信4G使用11，中国铁通系统使用20

NR协议规范

在3GPP 38系列规范的编号中，TS表示标准协议，TR表示技术研究报告。

38.1xx系列为射频系列规范，

38.2xx系列为物理层系列规范，

38.3xx系列为空中接口高层系列规范，

38.4xx系列为各个接入网网元接口系列规范，

38.5xx系列为终端一致性规范。

当前工作对应高层协议如下

总结

本文主要摘抄了第二章系统架构与标准体系，另外补充了一些基础知识。

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5G移动通信笔记 - 系统架构与标准体系

前言

引用

5G是什么？

5G的发展

5GS网络架构

5G网络功能

无线接口协议栈

控制平面协议栈