5g nr协议栈分层
5G 接口与协议栈
GB/秒通信
eMBB:热点地区，高清视频，娱乐； mMTC:IoT, 可穿戴设备，以及各种传感器；
智能家居
3D、超高清视频 云办公及游戏
URLLC：无人驾驶、机器人、远程医疗和远程控制。 几个关键目标： The target for control plane latency should be 10ms. For URLLC, the target for user plane latency should be 0.5ms for UL, and 0.5ms for DL For eMBB, the target for user plane latency should be 4ms for UL, and 4ms for DL
1. 5G发展背景
ITU定义的5G八大关键能力
指标 流量密度 连接数密度 时延 移动性 能效 用户体验速率 频谱效率 峰值速率
4G参考值
0.1 Tbps/ Km2
5G取值
10 Tbps/ Km2
10万/km2 100万/Km2
空口10ms 350Km/h
1倍
10 Mbps (urban/suburban)
✓ UE IP地址分配和管理； ✓ UP功能的选择和控制； ✓ 控制策略执行和QoS的一部分； ✓ 下行链路数据通知。
2.3.网络接口
NG接口
AMF/UPF/SMF
gNB ng-eNB
AMF/UPF/SMF
gNB ng-eNB
NG接口能力：
✓ 建立，维护和发布PDU会话NG-RAN部分的功 能;
2
5G NR 接口与协议栈
CONTENTS
1. 5G发展背景 2. NR总体架构与功能划分 3. NR 物理层 4. 层2功能介绍
史上最完整的5GNR介绍
史上最完整的5GNR介绍5GNR（新无线电技术）是第五代移动通信技术（5G）的核心组成部分，它引入了许多创新和先进的功能以满足未来高速、低延迟和大容量通信需求。
本文将介绍5GNR的主要特点、架构和技术。
另一个重要特点是更低的延迟。
5GNR采用了新的无线技术，如调制解调器芯片和多输入多输出（MIMO）天线系统，以实现高速数据传输和快速响应。
这对于需要实时互动的应用，如在线游戏、自动驾驶和远程医疗等，非常重要。
在5GNR中，网络结构也得到了改进。
传统的塔楼基站将被更小、更智能的基站所取代，这些基站可以更好地覆盖城市和农村地区。
此外，5GNR还引入了软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）等新技术，以提高网络资源的利用率和灵活性。
5G NR的技术基础包括以下几个方面。
首先是使用更高的频谱。
与4G相比，5G NR可以利用更多的频谱资源，包括高频段（毫米波）和低频段（例如Sub-6 GHz）。
这充分利用了扩展的频谱范围，提供了更大的带宽和更高的容量。
其次，采用了更高级的调制技术。
5GNR使用了更高阶的调制技术，如16QAM、64QAM甚至256QAM，以实现更高的数据传输速率。
这要求在无线信道较差的情况下仍能保持稳定的通信。
第三，引入了更智能的天线系统。
5GNR利用了MIMO技术，在发送和接收端使用多个天线，以提高信号质量和传输速率。
此外，波束赋形技术也被应用于5GNR中，以改善信号的定向性和覆盖范围。
此外，5GNR还采用了更高级的网络切片技术。
网络切片允许将网络资源划分为多个独立的逻辑网络，以满足不同应用的需求。
这样，网络可以根据用户的需求提供不同的服务质量和安全性。
总的来说，5GNR是当前最先进的移动通信技术，具有更高的带宽、更低的延迟和更智能的网络结构。
它将为人们的生活和工作带来巨大的变革，推动各种创新应用的发展，如智能城市、工业自动化和物联网等。
然而，5GNR的全面部署还需要时间和大规模的基础设施投资。
5G网元结构和协议栈
5G⽹元结构和协议栈5G⽹元结构和协议栈5G⽹元结构和协议栈本⽂参考3GPP协议和⽹络⽂章整理⽽成，参考见 5G AN相关结构及协议栈汇总、5G系统结构定义、5G系统——协议栈⼀、基本⽹络结构1.1 整体架构5G系统由接⼊⽹（AN）和核⼼⽹（5GC）组成（38.300）。
若考虑NSA（⾮独⽴组⽹）场景，则还需要考虑4G的⽹元。
图1：Overall ArchitectureAN有两种：gNB, 为UE提供NR⽤户⾯和控制⾯协议终结点。
ng-eNB, 为UE提供E-UTRA的⽤户⾯和控制⾯协议的终结点。
1.2 ⽹元基本功能各⽹元功能详细描述太长，具体见3gpp 38.300，⼤致功能如下图：图2：Functional Split between NG-RAN and 5GC1.3 AN⽹络结构（38.401）每个逻辑gNB 由⼀个gNB-CU和若⼲个gNB-DU组成。
每个gNB-CU和gNB-DU通过F1逻辑接⼝连接。
图3：gNB Overall architecture⼀般来说⼀个gNB-DU只连接⼀个gNB-CU。
但是为了实现的灵活性，每个gNB-DU也可能连接到多个gNB-CU。
⼀个gNB CU中的控制⾯和⽤户⾯是分离。
⼀般只有⼀个CP，但是允许有多个UP。
要注意的是，gNB-CU及连接的若⼲gNB-DU作为⼀个整体逻辑gNB对外呈现的，只对其他的gNB 和所相连的5GC可见。
图4：Overall architecture for separation of gNB-CU-CP and gNB-CU-UP3GPP给了⼀种参考的⽹元部署⽅式。
考虑到了gNB间的XN连接，以及与核⼼⽹的NG连接。
图4：Example deployment of an Logical gNB/en-gNB⼆、系统结构（23.501）2.1 系统设计原则5G系统结构采⽤NFV/SDN以⽀持数据连接和业务灵活部署, 促使基于业务的控制⾯⽹络功能和概念互动:⽤户⾯功能和控制⾯功能分离, 允许独⽴的可扩展性,可演进性及可灵活部署.⽐如可选择采⽤集中式或者分布式的⽅式.功能设计模块化, ⽐如采⽤灵活⾼效的⽹络切⽚.⽆论在什么地⽅适⽤,都可以将相应的过程(⽹络功能之间的互动)定义为业务, 以便可以复⽤他们.如果有需要都可以使相应的⽹络功能和其他的NF互动. 5G结构并没有排除中间功能帮助路由控制⾯信息. (⽐如 DRA).缩⼩接⼊⽹络(AN)和核⼼⽹络(CN)的依赖性.这个结构是⼀个公共接⼊⽹AN连接汇聚的核⼼⽹. ⽽AN可以是不同的接⼊类型⽐如3GPP接⼊⽹和non-3GPP接⼊⽹.⽀持统⼀的鉴全架构.⽀持“stateless” ⽹络功能NF, 这些⽹络功能的计算资源和存储资源解耦.⽀持能⼒开放同时⽀持本地和集中化的业务. 为了⽀持低延迟业务并访问本地数据⽹络,⽤户⾯功能部署需要尽可能的靠近介⼊⽹络AN.在VPLMN⽀持基于LBO和归属地路由的漫游⽅式.2.2 设计的功能实体5G系统结构定义了如下⽹元功能实体 (NF)：UE: ⽤户终端设备User Equipment (UE)RAN: 接⼊⽹络(Radio) Access Network (RAN)AMF: 接⼊及移动性管理功能Access and Mobility Management FunctionUPF: ⽤户⾯功能User plane Function (UPF)AUSF: 鉴权服务功能Authentication Server FunctionDN: 数据⽹络Data Network (DN), ⽐如运营商业务，互联⽹接⼊或者第三⽅业务等。
史上最完整的5G NR(独立组网SA与费独立组网NSA)介绍
史上最完整的5G NR介绍5G部署选项：一说到“部署选项”这事，说实话，我觉得自己有点“奇葩”。
4G系统构架主要包括无线侧(即LTE)和网络侧(SAE)，准确点讲，这个4G 系统构架在3GPP里叫EPS(Evolved Packet System，演进分组系统)，EPS指完整的端到端4G系统，它包括UE(用户设备)、E-UTRAN(演进的通用陆地无线接入网络)和EPC核心网络(演进的分组核心网)。
▲EPS、EPC、E-UTRAN、SAE和LTE的技术定义这个EPS是为移动宽带而设计的。
从3G演进到4G，我称之为”整体演进“，即包括接入网和核心网的EPS 整体演进到4G时代。
可到了5G我这儿就不一样了，那个3GPP组织把接入网(5G NR)和核心网(5G Core)拆开了，要各自独立演进到5G时代，这是因为5G不仅是为移动宽带设计，它要面向eMBB(增强型移动宽带)、URLLC(超可靠低时延通信)和mMTC(大规模机器通信)三大场景。
于是，5G NR、5G核心网、4G核心网和LTE混合搭配，就组成了多种网络部署选项。
嗯，主要有这些组合：选项3/3a/3x、7/7a/7x、4/4a为非独立组网(NSA)构架，选项2、5为独立组网(SA)构架。
选项3系列：3/3a/3x2017年12月完成的3GPP Release 15 NSA NR标准正是基于选项3系列。
在选项3系列中，UE同时连接到5G NR和4G E-UTRA，控制面锚定于E-UTRA，沿用EPC(4G核心网)，即“LTE assisted，EPC Connected”。
对于控制面(CP)，它完全依赖现有的4G系统——EPS LTE S1-MME接口协议和LTE RRC协议。
但对于用户面(UP)，存在变数，这就是选项3系列有3、3a和3x三个子选项的原因。
选项3、3a和3x有啥区别呢？选项3选项3其实就是参考3GPP R12的LTE双连接构架，在LTE双连接构架中，UE在连接态下可同时使用至少两个不同基站的无线资源(分为主站和从站)；双连接引入了”分流承载“的概念，即在PDCP层将数据分流到两个基站，主站用户面的PDCP层负责PDU编号、主从站之间的数据分流和聚合等功能。
5G NR到底是个什么东西？
大家好，我叫5G NR，5G家族的一员。
最近关于我的传闻太多，言三语四之声不绝于耳，为此本人今天终于鼓起勇气走向前台，揭开神秘的面纱，向大家做一个完整的自我介绍。
5G部署选项一说到“部署选项”这事，说实话，我觉得自己有点“奇葩”。
大家都知道我的前辈叫“4G”，4G系统构架主要包括无线侧(即LTE)和网络侧(SAE)，准确点讲，这个4G系统构架在3GPP里叫EPS(Evolved Packet System，演进分组系统)，EPS指完整的端到端4G系统，它包括UE(用户设备)、E-UTRAN(演进的通用陆地无线接入网络)和EPC核心网络(演进的分组核心网)。
▲EPS、EPC、E-UTRAN、SAE和LTE的技术定义LTE双连接不同于载波聚合，载波聚合发生于共站部署，而LTE双连接可非共站部署，数据分流和聚合所在的层也不一样。
选项3指的是LTE与5G NR的双连接(LTE-NR DC)，4G基站(eNB)为主站，5G基站(gNB)为从站。
但是，选项3的双连接有一个缺点——受限于LTE PDCP层的处理瓶颈。
众所周知，5G的最大速率达10-20Gbps，4G LTE的最大速率不过1Gbps，LTE PDCP层原本不是为5G高速率而设计的，因此在选项3中，为了避免4G基站处理能力遭遇瓶颈，就必须对原有4G基站，也就是双连接的主站，进行硬件升级。
升级后的4G基站，或者说R15版本的4G基站，叫eLTE eNB，同时，迁移入5G 核心网的4G基站也叫eLTE eNB，因为5G核心网引入了新的NAS层，这在后面会讲到。
e就是enhanced，增强版的意思。
但一定有运营商不愿意对原有的4G基站升级，于是，3GPP就推出了两个“变种”选项——选项3a和3x。
嗯！总有一款套餐适合你！选项3a选项3a和选项3的差别在于，选项3中，4G/5G的用户面在4G基站的PDCP层分流和聚合；而在选项3a中，4G和5G的用户面各自直通核心网，仅在控制面锚定于4G基站。
5G_NR_物理层资源介绍
2）检查SSB频域是否在BWP内 计算BWP频域范围：带宽20M， DL_ARCN428000， BWP下边界：428000*5/1000-10+0.46=2130.46 M上边界： 428000*5/1000+10-0.46=2149.54M BWP频域范围 2130.46~2149.54
0.46M
part1 Guardband
offset to carrier
part2
PointA
NR 物理层资源配置 —— SSB(NSA)
NSA 中在已知PointA 和 中心频点的位置后，SSB position 并不唯一，只需满足以下两个条件即可；
1，NR中由于带宽较大，为减少UE搜网时间，单独规划了SSB的同步栅格，SSB 的ARFCN需要满足 SSB GSCN规则，table 5.4.3.1-1显示了SSB GSCN 频率规划。
LTE中RB代表了频域12个子载波，时域1个slot,频域大小固定为180K， 在NR中，RB仅代表频域12个子载波， 大小取决于子载波间隔，且不同的频域资源的子载波间隔是分别配置的。
3 NR中频域有哪些栅格。
1）全局频率栅格，NR的最小栅格， 最基础的频率栅格，协议中针对不同的频率范围，规划了三种全局频 率栅格。 2）频段栅格， NR 中针对不同的band重新规划了频段栅格，频段栅格是栅格的子集，0不同band步长不同， 网络规划中心频点的时候需要依据band栅格来配置。 3）同步栅格,为较少UE扫频时间新规划的更宽的栅格。
NR5G网络整体架构及功能总结
NR5G网络整体架构及功能总结5G网络的整体架构5G的网络架构主要包括5G接入网和5G核心网,其中NG-RAN代表5G 接入网，5GC代表5G核心网。
5G接入网(NG-RAN)5G接入网主要包含一下两个节点：1、gNB: 为5G网络用户提供NR的用户平面和控制平面协议和功能2、ng-eNB：为4G网络用户提供NR的用户平面和控制平面协议和功能其中gNB和gNB之间，gNB和ng-eNB之间，ng-eNB和gNB 之间的接口都为Xn接口gNB和ng-eNB的主要功能1、无线资源管理相关功能：无线承载控制，无线接入控制，连接移动性控制，上行链路和下行链路中UE的动态资源分配（调度）2、数据的IP头压缩，加密和完整性保护3、在用户提供的信息不能确定到AFM的路由时，为在UE在附着的时候选择到AMF路由;4、将用户平面数据路由到UPF5、提供控制平面信息向AMF的路由6、连接设置和释放7、寻呼消息的调度和传输8、广播消息的调度和传输9、移动性和调度的测量和测量报告配置10、上行链路中的传输级别数据包标记;11、会话管理12、QoS流量管理和无线数据承载的映射13、支持处于RRC_INACTIVE状态的UE14、NAS消息的分发功能15、无线接入网络共享16、双连接17、支持NR和E-UTRA之间的连接5G核心网（5GC）5G的核心网主要包含以下几部分：AMF：主要负责访问和移动管理功能(控制面)UPF：用于支持用户平面功能SMF：用于负责会话管理功能AMF的主要功能1、NAS信令终止2、NAS信令安全性3、AS安全控制4、用于3GPP接入网络之间的移动性的CN间节点信令5、空闲模式下UE可达性（包括控制和执行寻呼重传）6、注册区管理7、支持系统内和系统间的移动性8、访问认证、授权，包括检查漫游权9、移动管理控制10、SMF（会话管理功能）选择UPF的主要功能1、系统内外移动性锚点2、与数据网络互连的外部PDU会话点3、分组路由和转发4、数据包检查和用户平面部分的策略规则实施5、上行链路分类器，支持将流量路由到数据网络6、分支点以支持多宿主PDU会话7、用户平面的QoS处理，例如，包过滤，门控，UL / DL速率执行8、上行链路流量验证（SDF到QoS流量映射）9、下行链路分组缓冲和下行链路数据通知触发SMF的主要功能1、会话管理2、UE IP地址分配和管理3、选择和控制UP功能4、配置UPF的传输方向，将传输路由到正确的目的地5、控制政策执行和QoS的一部分6、下行链路数据通知各个逻辑节点的主要功能图。
5G（NR）层二–PDCP的结构和实体
5G（NR）层二–PDCP的结构和实体5G(NR)中PDCP是一个层二协议，总体功能与4G LTE的PDCP 相同；PDCP位于控制面上侧(RRC)和下侧(RLC)之间(如图1左所示)，在用户面SDAP和RLC之间(如图1右所示)。
图1.5G(NR)协议栈中PDCP位置PDCP功能定义•PDCP是分组数据协议；•它是5G(NR)协议栈中一个层；•5G(NR)中位于RLC层上面和SDAP层下面(用户面)或RRC层(控制面)；•PDCP层具体头部压缩功能,又称为收敛协议层；•PDCP负责加密和完整性保护等安全控制；•3GPP在TS 38.323中定义了PDCP协议内容。
PDCP层提供服务PDCP层为上层RRC或SDAP层提供以下服务•用户面数据传输(Transfer of user plane data)•控制面数据传输(Transfer of control plane data)•头压缩(Header compression)•加密和完整性保护(Ciphering and Integrity Protection）PDCP层为下层RLC提供以下服务•数据传输服务确认,包括成功传送 PDCP PDUs.•数据传输服务的指示。
PDCP层结构实体和接口图2.PDCP层实体结构PDCP entity(PDCP 实体):用于执行PDCP子层功能(如序列编号,报头压缩/解压,加密/解密等)的PDCP实体可以配置为发送端和接收端(双向无线承载容器)或者只配置其中一个(单向无线承载容器)。
PDCP SAP:是服务接入点(Service Access Points)。
ASAP是任意两层之间的逻辑连接(接口)。
在5G中PDCP SAP是SDAP&PDCP之间的接口。
C-SAP:是控制服务访问点(stands for Control Service Access Point)的缩写，它是RRC&PDCP之间的逻辑连接接口。
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5G NR协议栈分层是指5G网络中，各层协议按照功能和逻辑关系进行划分，形成的一种层次结构。
这种分层结构有助于提高协议的可扩展性、灵活性和互操作性。
5G NR协议栈主要包括以下几个层次：
1. 物理层（Physical Layer, PHY）：负责传输比特流，处理无线信号的发送和接收。
物理层的主要任务包括信道编码、调制解调、功率控制等。
2. 媒体接入控制层（Medium Access Control, MAC）：负责在物理层之上建立逻辑信道，实现数据帧的传输。
MAC层的主要功能包括信道分配、调度、优先级管理等。
3. 无线链路控制层（Radio Link Control, RLC）：负责在MAC层之上提供可靠的数据传输服务。
RLC层的主要功能包括数据分段、重传、流量控制等。
4. 分组数据汇聚协议层（Packet Data Convergence Protocol, PDCP）：负责在RLC层之上提供数据的加密、解密、完整性保护等功能。
PDCP层的主要功能包括IP头压缩、安全加密等。
5. 广播/多播控制层（Broadcast/Multicast Control, BMC）：负责在PDCP层之上实现广播和多播业务的传输。
BMC层的主要功能包括组管理、调度等。
6. 无线资源控制层（Radio Resource Control, RRC）：负责在BMC层之上实现无线网络资源的分配和管理。
RRC层的主要功能包括连接建立、维护、释放等。