NR系统概述-架构与演进
大家好,从今天开始我会把NR相关的知识以博文的方式放上来。可能速度会比较慢,时间也会拉得很长,因为内容比较多,我还在整理中,而且很多内容关联性很强,我得考虑介绍的先后顺序。从我学习3GPP的经验考虑,我大概的思路是这样的:
- eMBB (Enhanced Mobile Broadband), 增强型移动宽带。主要指3D/超高清视频等大流量移动宽带业务。
- mMTC (Massive Machine Type Communications), 大规模机器类通信。
- URLLC (Ultra-reliable and Low Latency Communications), 超可靠低时延通信。主要指如物联网,工业自动化等需要低时延、VR/AR互动、高可靠连接的业务。
其中的mMTC,指的就是eMTC和NB-IoT。eMTC和NB-IoT从Rel13开始就有描述
- 从低频段到高频段均可组网:400MHz ~ 100GHz,包括使用未授权频段的独立组网模式
- 超宽(ultra wide)带宽
1. 当在6GHz以下时,单载波带宽最大可至100MHz
- 引入multiple numerologies概念,使得带宽配置灵活多变
1. multiple numerologies对应的概念是BWP(Bandwidth part),在5G NR中一个单载波的完整带宽可以 由不同的numerologies组成,每个numerologies上又可以有多个BWP,这些BWP在频域上长度可以不同(可以理解为每个BWP对应一个独立的带宽)。
- 新的信道编码方式
1. 对于数据信道,编码方式为LPDC (Low Density Parity Check,低密度奇偶校检 )
- 支持低时延超可靠特性
- 灵活可变和模块化的RAN架构:对front-haul的拆分,该拆分主要指控制面和用户面的拆分。
- 支持端对端的网络切片(Network Slicing)
- 新增了RRC_INACTIVE状态,缩短终端接入时延,降低切换开销并节省功率
- 编制和虚拟化 (NFV, Network Function Virtualization) - 将逻辑功能从硬件中解耦出来
- 网络切片 (Network Slicing) - 根据用户需求设置端到端的逻辑网络
- 边缘计算 (MEC, Multi-Access Edge Computing) - 超可靠低时延的业务需求
- 开放式API - 为第三方提供5G服务接入方式
- 以服务为导向的架构(SBA, Service Based Architecture)
- gNB (“5G base station”, 提供NR接入)
- ng-eNB(“enhanced 4G base station”, 提供E-UTRA接入)
- 连接5G核心网 - NG interface
- NG-RAN之间连接 - Xn interface
- NR独立组网, 部署场景2(Option 2)
- 在双连接(DC)中将LTE小区作为辅节点,部署场景4(Option 4)
- 将LTE小区作为主“锚点”,连接5G核心网, 部署场景5(Option 5), 如果同时,
- 将NR小区作为辅节点组成双连接(DC),部署场景7(Option 7)
- 灵活多变的硬件实现方案,从而使得可伸缩的划算的解决方案成为可能。
- 拆分架构允许5G NR在负载管理、性能表现和实时性能优化之间进行协调;同样也支持虚拟化部署。
- 可配置的功能化拆分使得5G NR可以适用于各种使用场景,比如不同的传输时延需求。
如何拆分NR功能取决于无线网络的部署场景、限制和需要的服务。例如,拆分取决于每个服务对于指定QoS设置的需求(比如低时延,高流量,每个地理区域内的用户密度和负载需求),或者对于有不同性能级别的传输网络的交互操作。
1. 这种拆分架构使得基站的部署方式变得更加灵活
一个gNB-CU可以和多个gNB-DUs连接
一个gNB-DU仅可以和一个gNB-CU连接
一个gNB-DU支持一个或多个cell
- F1接口管理功能:这些功能由F1 setup,gNB-CU Configuration Update, gNB-DU Configuration Update, error indication and reset function构成。
- 系统信息管理功能:gNB-DU负责系统信息的调度和广播。对于系统信息的广播, NR-MIB和SIB1的编码由gNB-DU执行,其他SI信息的编码由gNB-CU执行。F1接口也为请求式(on-demand)SI发送提供信令支持,同时F1接口也可以启动UE energy saving。
- F1 UE上下文管理功能:这些功能包UE上下文的建立和更改。F1 UE上下文的建立由gNB-CU发起,gNB-DU可以基于准入控制规则(Admission Control Criteria)接收或者拒绝UE上下文(例如,如果资源不可用,则gNB-DU可以拒绝上下文的建立或者更改)。另外,F1 UE上下文修改请求(UE context modification request)可以由gNB-CU或者gNB-DU发起。F1 UE上下文管理功能也可以用于数据无线承载(DRBs)和信令无线承载 (SRBs)的建立,更改以及释放。
- RRC消息传输功能:该功能负责从gNB-CU到gNB-DU的RRC消息的传输,反之亦然。
F1-U(用户面)功能:
- 用户数据的传输功能:该功能容许在gNB-CU和gNB-DU之间进行数据传输。
- 流控制功能:该功能容许控制下行用户数据向gNB-DU传输,同时引入多个功能来提升数据传输的性能,比如由于radio link outage造成的PDCP PDUs丢失的快速重传,冗余PDU的丢弃,重传数据指示(retransmitted data indication)和状态报告。
在CU-DU拆分的情况下,支持下列connected-mode移动场景(mobility scenarios):
- Inter-gNB-DU Mobility:在相同的gNB-CU内,UE从一个gNB-DU移动到另外一个gNB-DU。
- Intra-gNB-DU inter-cell mobility:在相同的gNB-DU内,UE从一个cell移动到另外一个cell,由UE Context Modification procedure支持(由gNB-CU发起)。
- EN-DC Mobility with Inter-gNB-DU Mobility using MCG SRB:在EN-DC场景中,当只有MCG SRB可用时,在相同的gNB-CU内,UE从一个gNB-DU移动到另外一个gNB-DU。
- EN-DC Mobility with Iter-gNB-DU Mobility using SCG SRB:在EN-DC场景中,当SCG SRB可用时,UE从一个gNB-DU移动到另外一个gNB-DU。
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