1.3 5G 标準的制定過程
第2章 5G 系統設計架構與标準體系
本章就 5G 系統網絡架構、無線接口協定棧、實體層設計和協定規範體系進行介紹。
2.1 5G 系統網絡架構
3GPP 為了更好地滿足 ITU 對 5G 不同的業務場景需求，如支援 eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（低功耗大連接配接）、URLLC（低延遲時間高可靠通信）等場景，在進行新系統設計之前進行了進一步需求分析，并提出了更多的關鍵性能名額。比如下行峰值速率應達20Gbit/s，下行頻譜效率達到 30bit/(s·Hz)，控制面傳輸時延應小于 10ms，使用者面傳輸時延對于 URLLC 場景來說應小于 0.5ms，移動中斷時間為 0ms 等更高的性能要求[1]。
為了滿足不同業務的需求，5G 接入網架構需要支援不同的部署方式。考慮到 LTE系統的長期存在，很長一段時間内 5G 和 LTE 系統會共同部署，3GPP 也标準化了多種網絡架構，以适應不同的網絡部署方案，該部分内容将在 8.2 節進行詳細介紹。同時，為了适應各種部署場景，5G 支援了兩種部署方式：一種為分布式部署，這種方式與 LTE系統類似，網絡由基站組成，基站支援全協定棧的功能；另一種為集中式部署，基站進一步分為集中單元（CU，Centralized Unit）和分布單元（DU，Distributed Unit）兩個節點，CU 和 DU 分别支援不同的協定棧和功能，該部分内容在 8.3 節進行了詳細介紹。
無論未來架構如何演變，無線接入網與核心網仍然遵循各自發展的原則，空中接口終止在無線接入網。從整體上說，與 3GPP 已有系統類似，5G 系統架構仍然分為兩部分，如圖 2.1 所示，包括 5G 核心網（5GC）和 5G 接入網（NG-RAN）。
5GC 包括 AMF（Access and Mobility Management Function)、UPF(User Plane Function）和 SMF（Session Management Function）三種主要邏輯節點。其中 SMF 和接入網之間沒有接口，未在圖中表示。和 LTE 系統的核心網相比，5G 核心網的控制平面和使用者平面進一步分離。為了滿足低延遲時間、高流量的網絡要求，5G 核心網對使用者平面的控制和轉發功能進行了重構，重構後的控制平面分為 AMF 和 SMF 兩個邏輯節點。AMF 主要負責移動性管理，SMF 負責會話管理功能。使用者平面的 UPF 代替了 LTE 網絡的 SGW 和 PGW。
重構後的核心網架構，控制平面功能進一步集中化，使用者平面功能進一步分布化，營運商可以根據業務需求靈活地配置網絡功能，滿足差異化的場景對網絡的不同需求。
NG-RAN 由 gNB 和 ng-eNB 兩種節點共同組成。gNB 是提供到 UE 的 NR 控制平面與使用者平面的協定終止點，ng-eNB 是提供到 UE 的 E-UTRA 控制平面與使用者平面的協定終止點。gNB 之間、ng-eNB 之間，以及 gNB 和 ng-eNB 通過 Xn 接口進行連接配接。5G 接入網與核心網之間通過 NG 接口進行連接配接，gNB/ng-eNB 和 AMF 之間是 NG-C 接口，和
UPF 之間是 NG-U 接口。
NG 接口可以實作 AMF/UPF 和 NG-RAN 節點的多對多連接配接，即一個 AMF/UPF 可以連接配接多個 gNB/ng-eNB，一個 gNB/ng-eNB 也可以連接配接多個 AMF/UPF。對于 UE 來說，在網絡側配置設定的注冊區域内移動，即使發生 gNB/ng-eNB 間的切換，仍然可以駐留在相同的 AMF/UPF 上， UE 不需要發起新的注冊更新過程。這有助于減少接口信令互動數
量以及 5G 核心網的信令處理負荷。當 AMF/UPF 與 NG-RAN 之間的連接配接路徑較長或進行新資源配置設定的情況下，可以改變與 UE 連接配接的 AMF/UPF。這裡 AMF 的主要作用是移動性控制，而 UPF 的主要作用是資料包的路由轉發。NG-RAN 與 AMF/UPF 之間的靈活連接配接也為 5G 網絡共享提供了基礎。不同的營運商核心網可以連接配接到同一 NG-RAN 網絡，進而實作不同營運商間共享接入網裝置和無線資源，并能夠獲得相同的服務水準。
定義 5G 網絡架構及相關接口主要遵循了以下一些基本原則。
① 信令與資料傳輸在邏輯上是獨立的。
② NG-RAN 與 5GC 核心網在功能上分離。
③ NG-RAN 與 5GC 的尋址方案以及傳輸功能的尋址方案不能綁定。
④ RRC 連接配接的移動性管理完全由 NG-RAN 進行控制。
⑤ NG-RAN 接口上的功能定義應盡量簡化，盡可能減少選項。
⑥ 多個邏輯節點可以在同一個實體網元上實作。
⑦ NG-RAN 接口是開放的邏輯接口，應滿足不同廠家裝置之間的互聯互通。
NG-RAN 與 5GC 也進行了若幹的功能劃分。圖 2.2 描述了 gNB、ng-eNB、AMF、UPF、SMF 功能實體以及承擔功能劃分的關系。
