5G系统接口功能与协议

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。Xn接口协议栈5G系统接口功能与协议:完成AMF和UE闾的NAS信令数据透传过程UE移动管理过程诙NG接口PDU会话管理过程PDU会话资源建立、完成AMF和UE闾的NAS信令数据透传过程UE移动管理过程诙NG接口PDU会话管理过程PDU会话资源建立、PDU会话资源修改，PDU会话资源棒也PDU会话资源通咨PDUAfjLi^.—也谜完成既上下文建立』释放或修改过程:uuE官唤程初始上下文建立.UE上下如浪UE上下度释故浦款UE上下文释放完成UE移动切换的准器执行或取消过程;NAS发送过程I初始UE消息（NGRANnode发起）、上行NAS传输（NG-RANnode发起）.上行NAS牌（NG-RAGnode发起）、下行NAS传输（AMF发起），NAS无揪输指示（NG-RANnME发起）.重新路由NASil求（AMF发起）切换准备、切换资源分配切换通知、路径切换清软上下行RAN状态转发、切换取消寻呼过程AMF管理过程NG接口管理过程；NG建立.NG重置、RAN配置更新.AMFSfi更航错关时AMF状态指示、NGAP组合去激活（FFS）功能具体功能功能描述知C渡口管理和差错处理功能xnasstrtg[允许两个NG-RANn。血涧对接口的初始建立「包括应用房数交差蚩指示功能允许应用层上一般错误情况上报.州重置功能允许NG・RANWd皓知另TNG-RANmde其已经从非正常失败状态恢鼠第二个node内需要删除与第Ynod啪美的所有上下文（应用层数据除外）并释放伴生资源.府配置螂更新功能允许两个NGRANn。血$随时更新应用层跚鼠原移除功能允许两个NG-RANn。血成!除各自的如接口.UE移动管理功能切换准音功能允许源和目的NG-RANnodei's）的信息交互从而完成给定UE到目的NG-RANnod敏眦换，切挽取消功能允许通知已准备好的目的NG-RANnodeftS的切换不进行」同脚it切臃准备期间的资源分配.帙复UE上下文功能允许NG-RANEk从其他md吹亶UE上TJ,RAN寻呼功精^ffNGRANMdeWSf博激活态UE的寻呼功赂蛔专发控制功能允苗源和目MNG-RANnodesiW用于数据转发梅输承载的建立和释双连锄能使能NG-RAN中辅助节点内版外资源的使用.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。ControlPlaneCU\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：ControlPlaneRadioNetworkI.aytrDatalinklayerDatalinklayerIjvcr图1-16El接口协议伐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）。ControlPlanelwr!JLinc[SI-17Fl接口协议栈ControlPlanelwr!JLincF1-U接口主要功能：用户数据传输（Transferofuserdata）;CU和DU之间传输用户数据；流量控制功能（Flowcontrolfunction）;•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）；✓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-UULGTPTEID、S1-UDLGTPTEID、NG-UDLGTPTEIDX2-UDL/ULGTPTEID、Xn-UDL/ULGTPTEIDF1-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。F1UE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F1UE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，鉴权及安全控制图1-18UuOS制面协议栈用户面的主要功能：头压缩，加密，调度，ARQ/HARQ5G用户面增加新的协议层SDAP(ServiceDataAdaptationProtocol)，完成流(5GQoSflow)到无线承载(DRB)的QoS映射，为每个报文打上流标识(QFl:QoSflowlD)5G用户面增加加入新的协议层SDAP，完成QoS映射功能TOC\o"1-5"\h\z:UE；:gNBjUSDAPL►SDAPPDCP►PDCPRLCkJRLCMAC►MACPHY►PHYSI-19Uu口用户面协议桂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。

1.1.5G网络组网部署1.1.1.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。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SAoptions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基站(eNB)和5G基站(gNB)共用4G核心网(EPC),LTEeNB和5GgNB用户面可以直接连接到EPC,控制面则仅经由LTEeNB连接到EPC。用户面可以分别经由LTEeNB、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NSAoption3系列如下图1-22所示。2018年12月确定:增强型4G基站(ngeNB)与5G基站gNB洪用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-eNB、5GC或者gNB3GPP确定的NSAoption3系列如下图1-22所示。数据锚点:5GNR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)一5GCNGUIIMG-U匚_Xn<gNBOption7Option7AOption5GCNGUIIMG-U匚_Xn<gNBOption7Option7AOption7x91-23NSAOption了蹶3GPP确定的NSAoption4系列如下图1-24所示，2019年12月确定:增强型4G基站(ng-eNB^5G基站(gNB)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5GgNB连接到5GC，用户面可以分别经由gNB、5GC或者ng-eNB进行分流。该阶段不仅面向5G的增强型移动带宽场景(eMBB),还面向大规模网联网(mMTC)和低时延高可靠物联网(uRLLC)。是面向万物连接时代5G的多样化业务。

为了避免学习过程中对各种基站名称的理解出现问题，将3GPP协议标准中对这些基站的定义明确如下为了避免学习过程中对各种基站名称的理解出现问题，将3GPP协议标准中eNB:面向终端（UE）提供E-UTRAN用户面和控制面协议，并且通过S1接口连接到EPC的网络节点；ng-eNB:面向终端（UE）提供E-UTRAN用户面和控制面协议，并且通过NG接口连接到5GC的网络节点；gNB:面向终端（UE）提供NR用户面和控制面协议，并且通过NG接口连接到5GC的网络节点；en-gNB:面向终端（UE）提供NR用户面和控制面协议，并且通过S1-U接口连接到EPC的网络节点。SA和NSA组网方案对比:支持功能但支持全部SG的能LTE现网需要升吸LTE星站以及核心网支待NSA不影响现网LTE5G新挪NR以及天

残核心网初期辰

后期维护成本

组网5GNFCF需要提供Custom曲d4GNASUE

with5GRRCNTE理论支持LTE终端全部斯加，TftAOE初期只IE要升破理问EPC后期可以选择新建5G支持功能但支持全部SG的能LTE现网需要升吸LTE星站以及核心网支待NSA不影响现网LTE5G新挪NR以及天

残核心网初期辰

后期维护成本

组网5GNFCF需要提供Custom曲d4GNASUE

with5GRRCNTE理论支持LTE终端全部斯加，TftAOE初期只IE要升破理问EPC后期可以选择新建5G核心网支待札TE低高（升圾软件需夔升级UE基站）复杂（需要考虑到LTE的链蹬）5GNRT使用5GUELTE终端堆境使用在LTE网堵下全部断加.不啻高低频新加5G核心网M低简单MR-DC（Multi-RATDualConnectivity，多接入网技术双连接）是指一部终端可以同时连接4G网络和5G网络,同时使用两个网络进行业务，此时终端需要具备至少两个MAC实体，支持双发双收。,对应不同的网络架构，双连接有不同的名称。

不同场景下DC的名称如表1-3所示。表1-3不同场聚下DC的名称1禳心网主节点辅节点E-UTRADCEPCEUTRANREN'DCNG-RANE-UTRANRNGEN-DCNRE-UTRANEDCNRNR-DC以option3x组网场景为例，从控制面看:网络侧MN(eNB)和终端之间会建立面向核心网的控制平面连接，维护唯一的RRC状态。MN(eNB)和SN(gNB)具有各自的RRC实体，可以生成要发送到终端的RRCPDU(ProtocolDataUnit，协议数据单元)。NSAoption3x控制面协议栈如下图1-25所示：从用户面看:DC场景下，UE和网络可能建立MCGBearer、SCGBearer和SplitBearer。NSAoption3x用户面承载概念如下图1-26所示：DC与CA(CarrierAggregation，载波聚合)是一对极易混合的概念。3GPP在R10版本引入CA这一概念。CA技术中终端也会与多个接入网网元建立连接，但是控制面连接仅有一个。双连接与载波聚合的对比如下表1-4所示。表1-4DC与CA的对比顶目MR-DC本贤实观机制樵端聚合协议层是顶目MR-DC本贤实观机制樵端聚合协议层是PDCP层，时延宽松;异系统或同系皴不同基站资源i对数据可以分流：不同节点使用不同的伯（TimeAdvance.时间提前量）做时间同步；每个终端的主节点配置固定；

上下行节点数相同；两个MAC实体（控制面协议栈）；I聚合协议层是急罚时延要求严格；多为同系统「异系敝赠杂；_同站的不同小区匚匚（ComponentCarrier,tfc波单元）

实现容易.不同站不同小区CC实SE困虎：瓷源不域的情况下.才考虑渤K。不同小区?t用TA（TimeAd国me时间提前量）；

每个绣端的主＜1、区配置可以不同；

上下行可以蔑合不同眦;—MAC实虬支f懿A;根据不同的业务和部署场景，NR架构总体可以分为CU和DU两级，但是实际部署可以出现CU、DU和AAU分离的三级配置，也可以出现AAU直接连入中心结点。NR的不同网绢结构示意图1.1.3.CU/DU组网部署--eMBB为了支持eMBB业务的覆盖和容量需求，CU和DU需要进行分离部署，分为两种形式:Macro（宏）方式和Micro（微）方式。CU/DU分离Macro和Micro组网部署如图1-27所示。位）DU与RRU分两部署1b）合窿隅图1"7位）DU与RRU分两部署语音业务对带宽和时延要求不高，此时DU可以部署在基站侧;对于大带宽低时延业务〈如视频或者虚拟现实），一般需要高速传输网络或者光纤直接连接中心机房，并在中心机房部署缓存服务器，以降低时延并提升用户体验。CU/DU分离针对高时延和低时延部署方式如图1-29所示。1.1.4.CU/DU组网部署--mMTC对于面向垂直行业的机器通信业务，在建设5G网络时，需要考虑机器通信的特点。大规模机器通信普遍对时延要求较低，其特点有2个:数据量少而且站点稀疏;站点数量多，且分布密集。CU/DU分离针对mMTC的部署方式如图1-30所示。SI-30CU/DU分离针对m-MTC的部署方式

1.2.本章缩略词曜略词全琢中文GRANCenlraliz