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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。 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-eNBl 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 1.2.2AMFl NAS安全Non-Access Stratum(NAS) Security l 空闲模式下移动性管理Idle State Mobility Handling 1.2.3UPFl 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 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 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 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 2.3.1PDSCHPDSCH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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