5G技术基础

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第一阶段
5G技术基础：
一、5G业务应用：

1、5G需要达到的要求：信息随心至、万物触手及，即万物互联，加大物联网的发展。

2、5G应用场景分类： 1>增强移动宽带(eMBB)，主要视频类达到4K、8K、VR4K/8K要求，由40M、80M、300M、1G速度带宽的飞跃。 2>海量机器通信（mMTC）。主要是低功耗类测量场景使用。

3>超高可靠性低时延通信（uRLLC）。主要应用于智慧医疗、工业自动化、智慧交通等领域。

二、5G网络性能指标：
1、5G主要性能指标：时延-峰值吞吐率-连接数-高速移动性-频谱效率-可靠性等；

主要体现：5G:1ms-10G bps-100W(1000K)-500km/h 4G:10-50ms-100到1Gbps-1W(10K)-350km/h

2、5G吞吐率可以分为单用户吞吐率2G-3G、无线小区吞吐率10G以上。
3、CU、DU、AAU、RU的组合关系： 主要是： CU/DU合设，应用于uRLLCCU/DU分设，应用于eMbbRU/DU合设，应用于非理想应用场景。分布式RU/DU/CU合设,应用于小站、热点覆盖区域。分布式
三、5G标准进展及频谱先容：
1、5G研究组织组成： ITU：政府协作背景的全球性标准组织，2012年成立，主要制定5G标准。 3GPP：全球移动通信界的标准组织联盟，主要负责研究5G技术细节，保证符合ITU标准。 其它5个5G组织分别是：MGMN、METIS、IMT2020（中国工信部组织成立）、5GF0RUM。
2、基站演进：NodeB-eNB-gNB3、中国5G频率分类：3.3-3.6GHZ、4.8-5GHZ、24.75-27.5GHZ、37-42.5GHZ。 4、高频率的优点是：频谱资源丰富，带宽大能满足容量要求，缺点是损耗大，影响覆盖。
四、5G网络架构：
1、NG-RAN:无线单元、5GC核心网
无线侧相连（无线类别相关）3个
AMF:接入移动管理功能，功能相当于MME的CM和MM子层，及呼叫管理和移动管理子层。
SMF:会话管理功能，功能相当于PGW+PCRF的一部分，承担用户（终端）的IP地址分配，会话承载管理、计费等（没有网关功能）。
UPF: 功能相当于SGW+PGW的网关数据到外部网络，核心网的用户面功能
PCF:提供统一的接入策略，访问UDR中，签约信息相关的数据，用于策略决策。
NEF:提供安全的方法，将3GPP的网络功能，暴露给第三方应用，如：边缘计算。
NRF:NF功能仓库。支撑NF发现，为NF实例，类型及支撑的服务等。
UDM:统一数据管理。相当于HSS的一部分功能。
AUSF:鉴权认证功能。
N3IWF:非3GPP互操作功能。包括IPSEC隧道建立和维护，WF的互操作。
AF:与3GPP和核心网连接相互作用，提供一些应用路由、策略控制、接入NEF等功能。
UDF:统一的数据仓库。存储和获取签约数据。
UDSF：非结构化得数据存储。一般与UDR布在一起。
SMSF:短消息验证。
NSSF:网络切片选择功能。为UE选择网络切片实例，决定允许的NSSAI以及AMF集合。
5G-EIR:5G设备标识注册中心。检查（永久设备标识）PEI状态。
2、gNB功能：
无线资源管理功能。包括无线承载控制、无线接入控制、移动性管理、上下行链路资源动态分配（调度）。
IP报文头压缩、数据加密和完整性保护。
UE附着没有路由到AMF，可以由UE提供的信息选择AMF
用户平面数据UPF路由选择
控制面的信息AMF路由选择
连接的建立和释放
寻呼消息的调度和发送、系统消息的调度和发送
移动性测量及测量报告调度
上下行链路传输等级包标记
会话管理
网络切片（不常用，对实时性不强的才使用）
Qos流量管理和数据无线承载映射
UE、RRC、INACTIVE状态支撑
无线接入网共享
双连接（4G和5G的连接）
NR和2-UTRA之间紧密互通。
3、AMF功能话费:
NAS信令终结、信令安全保障
AS安全控制
3GPP网络内部跨CN信令传递
空闲模式下的UE的可达性（包括寻呼重发控制和实行）
注册区管理
系统内。系统间移动性支撑
接入认证、接入中漫游权限检测
移动性管理控制（计费和策略）
网络切片功能
SMF选择
4、SMF选择：
会话管理、终端IP地址分配管理、UPF选择、在UPF配置适当的路由投递数据、对策略的实行和QoS控制的一部分、下行数据通知。
5、UPF功能划分（就是一个网关）
系统内间锚点移动、数据网与外部PDU会话的互通、数据包的路由和转发、数据包效验和用户策略规则实行、业务量试验报告、上行数据分类路由转发、QoS的用户面处理、上行流量验证（SDF的QoS映射）、下行数据包缓存和下行数据通告投递。
6、gNB间接口Xn接口，gNB与核心网（AMF/UPE）间接口NG。
7、CU云化得价值：资源池，高可扩展性、多连接汇聚，性能优化、TTM可缩短（虚拟化平台，配合网络切片）
六、5G网络接口与协议栈
1、控制面和用户面的分离（AMF与UPE）。
2、NG-C(gNB-AMF)、NG-U、NG、Xn
3、gNB分为CU、DU之间的接口是F1接口
4、NG接口协议栈：
  NG-C协议栈(控制面协议栈)： NG-AP-SCTP-IP-DataLink Layer-Physical Layer功能
  NG-U协议栈（用户面协议栈）： User Plane PDUs-(GTP-U)-UDP--IP-DataLink Layer-Physical Layer
5、PDUSession会话功能，相当于通路管道。
6、Xn接口协议栈：

Xn-C: Xn-AP-SCTP-IP-Data Link Layer-Physical Layer

Xn-U:主要进行数据转发

7、RAN寻呼由Xn接口完成。
8、F1接口协议栈：作用是CU与DU间数据的传输和转发。

F1AP-SCTP-IP-DataLink Layer-Physical Layer

9、无线侧的协议栈：
第二阶段：5G网络部署
一、4G-5G融合组网
1、SA：5G独立组网，包括，5GC-NR-UE  0ption2,

优势：对现有网络不影响、不影响现有用户、可以快速部署，直接引入5G新网元，不需要对现网改造、引入5GC，提升5G新功能，新业务。

劣势：当NR未实现连续覆盖时，语音连续性依赖跨系统切换、需要同时部署NR和5GC.

NSA:5G的非独立组网:0ption3、7系列。
2、EPC-5GC间替换，区别是，3不支撑新业务，7支撑新业务。现在主要推荐使用3.
3、SA与NSA的对比：
NSA组网快速建网，投资快、标准早，产业成熟，业务连续性好。
二、5G的室分和微覆盖
室内覆盖：难度是场景多样，主要是流量方面问题，投诉40%为网络覆盖，里面70%在室内覆盖方面，4G时代室内达到90%。

1、 室内覆盖面临挑战：部署安装成本高、多制式部署难度大、容量和覆盖的平衡、室内外切换的体验问题、监控管理空白、前向扩展难实现、用户市场。

2、 决定覆盖的是频段。低频3.4-3.6、高频，室内用3.3-3.4做室分。6G以上为高频，以下为低频。

3、 DAS室分系统可行性分析：由于频率在3.5G以上，以前的室分器件不支撑，需要重新建设系统。现在没有高频器件、3.5GHZ以上频段线缆损耗大，还要考虑高频损耗，需要提高信源功率或者增加信源解决损耗、5G对流量密度密度很高，DAS系统很难实现较高的流量密度。

4、 5G天线技术在室分的应用，4T4R、8T8R室分信源，馈线数需要增多，带来了巨大挑战。

5G信源采用多天线形态，馈线和天线数量多，成本高。

5、5GQcell 小型基站解决室内覆盖，未来室分的主要方式。用网线代替馈线，直接用网线馈电的方式组网。
6、5GQcell支撑100-200M带宽，网线支撑16Gbps、可以使用光电负荷光缆。