5G NR

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5G NR

2024-02-19 08:53| 来源: 网络整理| 查看: 265

 

一 NR总体架构与功能划分 1.1 总体架构

  

  NG-RAN节点包含两种类型:

  l  gNB:提供NR用户平面和控制平面协议和功能

  l  ng-eNB:提供E-UTRA用户平面和控制平面协议和功能

  gNB与ng-eNB之间通过Xn接口连接,gNB/ng-eNB通过NG-C接口与AMF(Access and Mobility Management Function)连接,通过NG-U接口与UPF(User Plane Function)连接。

  5G总体架构如下图所示,NG-RAN表示无线接入网,5GC表示核心网。

 

1.2 功能划分

  5G网络的功能划分如下图所示。NG-RAN包含gNB或ng-eNB节点,5G-C一共包含三个功能模块:AMF,UPF和SMF(Session Management Function)。

1.2.1gNB/ng-eNB

  l  小区间无限资源管理Inter Cell Radio Resource Management(RRM)

  l  无线承载控制Radio Bear(RB)Control

  l  连接移动性控制 Connection Mobility Control

  l  测量配置与规定Measurement Configuration and Provision

  l  动态资源分配Dynamic Resource Allocation

1.2.2AMF

  l  NAS安全Non-Access Stratum(NAS) Security

  l  空闲模式下移动性管理Idle State Mobility Handling

1.2.3UPF

  l  移动性锚点管理 Mobility Anchoring

  l  PDU处理(与Internet连接)PDU Handling

1.2.4SMF

  l  用户IP地址分配 UE IP Address Allocation

  l  PDU Session控制

 

1.3 网络接口 1.3.1NG接口

  NG-U接口用于连接NG-RAN与UPF,其协议栈如下图所示。协议栈底层采用UDP、IP协议,提供非保证的数据交付。

 

  NG-C接口用于连接NG-RAN与AMF,其协议栈如下图所示。在传输中,IP协议为信令提供点对点传输服务。SCTP保证信令的可靠交付。NG-C接口有以下功能:

  l  NG接口管理

  l  UE上下文管理

  l  UE移动性管理

  l  NAS信令传输

  l  寻呼

  l  PDU Session管理

  l  更换配置

  l  警告信息传输

 

1.3.2Xn接口

  Xn-U接口用于连接两个NG-RAN节点。Xn-U接口协议栈如下图所示。GTP-U基于UDP、IP网络之上,为数据提供非保证服务。Xn-U主要包含两个功能:

  l  数据转发

  l  流控制

  Xn-C接口用于连接两个NG-RAN节点。IP协议为信令提供点对点传输,SCTP为信令提供可靠交付。Xn-C接口主要包含以下功能:

  l  Xn接口管理

  l  UE移动性管理,包括上下文传输和寻呼等

  l  双链接

1.4 无线协议栈

  NR无线协议栈分为两个平面:用户面和控制面。用户面(User Plane, UP)协议栈即用户数据传输采用的协议簇,控制面(Control Plane, CP)协议栈即系统的控制信令传输采用的协议簇。

  NR用户面和控制面协议栈稍有不同,下面详细介绍。

1.4.1用户面

  NR用户平面相比LTE协议栈多了一层SDAP层,用户面协议从上到下依次是:

  l  SDAP层:Service Data Adaptation Protocol

  l  PDCP层:Packet Data Convergence Protocol

  l  RLC层:Radio Link Control

  l  MAC层:Medium Access Control

  l  PHY层:Physical

1.4.2控制面

  NR控制面协议几乎与LTE协议栈一模一样,从上到下依次为:

  l  NAS层:Non-Access Stratum

  l  RRC层:Radio Resource Control

  l  PDCP层:Packet Data Convergence Protocol

  l  RLC层:Radio Link Con trol

  l  MAC层:Medium Access Control

  l  PHY层:Physical

 

  UE所有的协议栈都位于UE内;而在网络侧,NAS层不位于基站gNB上,而是在核心网的AMF (Access and Mobility Management Function)实体上。还有一点需要强调的是,控制面协议栈不包含SDAP层。

 

二 物理层 2.1 波形、子载波&CP配置和帧结构

  NR系统下行传输采用带循环前缀的(CP)的OFDM波形;上行传输可以采用基于DFT预编码的带CP的OFDM波形,也可以与下行传输一样,采用带CP的OFDM波形。

  NR与LTE系统都基于OFDM传输。两者主要有两点不同:

  1.      LTE只支持一种子载波间隔15KHz,而NR目前支持5种子载波间隔配置;

  2.      LTE上行采用基于DFT预编码的CP-Based OFDM,而NR上行可以采用基于DFT预编码的CP-Based OFDM,也可以采用不带DFT的CP-Based OFDM。

 

  NR支持的载波间隔、CP类型、对数据信道的支持如下表所示。NR一共支持5种子载波间隔配置:15KHz、30KHz、60KHz、120KHz和240KHz。一共有两种CP类型,Normal和Extended(扩展型)。扩展型CP只能用在子载波间隔为60KHz的配置下。其中,子载波间隔为15KHz、30KHz、60KHz和120KHz可用于数据传输信道;而15KHz、30KHz、120KHz和240KHz子载波间隔可以用于同步信道。

  NR中连续的12个子载波称为物理资源块(PRB),在一个载波中最大支持275个PRB,即275*12=3300个子载波。

 

  上下行中一个帧的时长固定为10ms,每个帧包含10个子帧,即每个子帧固定为1ms。同时,每个帧分为两个半帧(5ms)。每个子帧包含若干个时隙,每个时隙固定包含14个OFDM符号(如果是扩展CP,则对应12个OFDM符号)。因为每个子帧固定为1ms,所以对应不同子载波间隔配置,每个子帧包含的时隙数是不同的。具体的个数关系如下表所示。[下表相比之前表格多了一个u=5项,但在Rel-15中并不使用此选项]

 

  NR的传输单位(TTI)为1个时隙。如上所述,对于常规CP,1个时隙对应14个OFDM符号;对于扩展CP,1个时隙包含12个OFDM符号。

  由于子载波间隔越大,对应时域OFDM符号越短,则1个时隙的时长也就越短。所以子载波间隔越大,TTI越短,空口传输时延越低,当然对系统的要求也就越高。

2.2 带宽频点

  在NR中,3GPP主要指定了两个频点范围。一个是我们通常称为Sub 6GHz,另一个是我们通常称为毫米波(Millimeter Wave)。Sub 6GHz称为FR1,毫米波称为FR2。FR1和FR2具体的频率范围如下表所示:

 

  对于不同的频点范围,系统的带宽和子载波间隔都所有不同。在Sub 6GHz,系统最大的带宽为100MHz而在毫米波中最大的带宽为400MHz。子载波间隔15KHz和30KHz只能用在Sub 6GHz,而120KHz子载波间隔只能用在毫米波中,60KHz子载波间隔可以同时在Sub 6GHz和毫米波中使用

2.3 物理层下行链路 2.3.1PDSCH

  PDSCH处理流程

  1.      传输块CRC添加(如果传输块长度大于3824,则添加24bit CRC;否则添加16bit CRC)

  2.      传输块分段,各段添加CRC(24bit)

  3.      信道编码:LDPC编码

  4.      物理层HARQ处理,速率匹配

  5.      比特交织

  6.      调制:QPSK, 16QAM, 64QAM 和 256QAM

  7.      映射到分配的资源和天线端口

  PDSCH处理模型如下图所示:

  PDSCH采用LDPC编码,LDPC编码时需要选择相应的Graph:Graph 1或Graph 2。Graph的不同,简单理解就是编码时采用的矩阵不一样。Graph的选择规则如下(A为码块长度,R为码率):

  1.      如果 A



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