5G无线网络架构及演进
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NG-RAN
5G网络名称
无线网络：NR (New RAN)
核心网：NG （Next Generation） Core
内部交流，请勿外传
NFV技术概述
NFV (Network Functions Virtualization)
网络设备功能虚拟化: 通过虚拟化技术把网络设备的软件与硬件解耦，设备功能以软件形式部署在 统一通用的的基础设施上
Distributed Unit of gNB
3GPP R15标准明确采用option2，即基于 PDCP/RLC的高层CU-DU切分方案。
CU
RAN-NRT功能
DU
RAN-RT功能
RRC
PDCP
HighRLC
LowRLC
HighMAC
LowMAC
HighPHY
<VNF> CloudRANCU
Low-PHY
5G无线网络架构及演进
内部交流，请勿外传
目录
5G无线网络架构及演进
1. 网络架构概述 2. 无线网络接口及协议栈介绍
内部交流，请勿外传
5G组网场景
5G组网
独立组网（SA）
NGC+NR
NGC+NR+eLTE
非独立组网 （NSA）
EPC+LTE+NR
内部交流，请勿外传
5G组网方案
UE CAP ENQUIRE UE CAP
SEC CMD SEC CMP RRC RECFG RRC RECFG CMP
INIT UE MESSAGE INIT UE CONTEXT SETUP REQ
UE CAP IND
INIT UE CONTEXT SETUP RSP
RRC RECFG(5G Cell Measure by B1 ) RRC RECFG CMP B1 MEAS RPRT
eX2-U eX2-C
X2-U X2-C
Xn-U Xn-C
eNB-DU
eNB-DU
gNB-DU
gNB-DU
内部交流，请勿外传
gNB-DU
gNB-DU
CU部署设想
Regional DC (下面挂接站点数量~>100X 量级)
option1
中心机房 (下面挂接站点数量~10X量 级)
Ethernet
Ethernet DU
传统网络设备烟囱式结构：软件和硬件合一
NFV网络设备软件和硬件解耦
厂商A
厂商B
厂商C
厂商D 厂商E
内部交流，请勿外传
基于参考点的NGC组网
AUSF
NG13
UDM
NG12
NG8
NG10
AMF NG11
SMF
NG7
PCF
NG1
NG14
NG2
NG4
NG15
NG5
AF
UE
(R)AN
NG3
UPF
NG6
DN
NG9
内部交流，请勿外传
演进路线分享（D运营商策略）
NSA(Opt 3x) -> Option 7(optional) -> Option 4/2
NSA选用Option3x，以实现快速部署NR 5G的核心网部署之后，如果NR覆盖好，跳过Option7x，采用路线1 5G的核心网部署之后，如果NR覆盖不好，用Option7x，LTE继续做锚点，采用路线2
X2 SetUp Req
X2 Setup Rsp
SgNB Addition Req
RRC RECFG （5g Scell Add）
SgNB Addition Rsp
RRC RECFG CMPSgNB RECFG CMP
RANDOM ACCESS
Data Forwarding Data Forwarding
Data Adaptation Protocol)，实现无线侧QoS的 映射
内部交流，请勿外传
连连看
PDCP RLC MAC SDAP RRC
基于Qos的调度 系统消息广播 TM,UM,AM分类 IP头压缩 完成QoS Flow到DRB映射
内部交流，请勿外传
标准上关于CU-DU切分的讨论
Core
提供COMMON RRM/SON功能 （Inter-RAT, Inter-site，Interlayer）
Central Unit of gNB
云化架构
提供COMMON PDCP功能 （ROHC, cyphering,…）
Distributed Unit of gNB
Distributed Unit of gNB
CU MCE & APP
• 好处：实现更大范围的控制处理，资源共享。 • 坏处：时延较大，对于时延敏感型业务不适合
部署。
CU MCE & APP
option2
• 好处:更靠近用户，时延小。 • 坏处：资源没法大范围共享，
且可能需要改造机房才能部 署 COTS服务器
Ethernet
天线&RRU
DU CPRI/eCPRI
• NF服务独立升级，可编排； • 网络服务对外开放； • 新业务高效支持
内部交流，请勿外传
NF_A (Consumer
)
Request
NF_B (Producer)
Producer
Response
请求-->响应
NF_A (Consumer
)
Subscribe
NF_B (Producer)
Producer
gNB
Xn
NG-C/U
NG-C/U
AMF/UPF gNB
5G独立组网场景下，核心网的变化相对于 EPC变化比较大，5G网络在定义NGC架构时 ，
NGC
有如下特点：
网络基于NFV和SDN技术，实现逻辑功能和硬 件的解耦
参考现有EPC架构，用户面和承载面绝对分离
逻辑功能模块化设计，实现灵活的网络切片
NSA架构 Option3
Option3 a
Option3x
特点
数据从LTE侧进行分流，对eNB 侧处理能力要求高
用户面锚定在eNB侧，可以减 少移动性带来的用户面中断 gNB无需对接EPC，对EPC改
造无要求
EPC直接数据分流，只能基于 承载进行分流，无法根据无线
环境进行调整
数据从gNB侧进行分流，对 eNB侧没有影响
SCTP IP
Data link layer Physical layer
Xn接口控制面
GTP-U UDP
IP Data link layer Physical layer
Xn接口用户面
5G gNB之间的Xn接口基于IP网 络，用户面使用GTPU，控制面 使用SCTP协议，类似LTE X2接 口
内部交流，请勿外传
CPRI/eCPRI
DU CPRI/eCPRI
内部交流，请勿外传
感谢聆听
内部交流，请勿外传
用户面锚定在gNB，可能存在 频繁的用户面锚点变更 EPC需要和gNB对接
部署建议
在LTE侧处理能力 不受限场景建议
部署
不建议部署
初期推荐部署， 对LTE侧影响小
内部交流，请勿外传
NSA 双连接组网
基本概念：
MCG：Master Cell Group, 主基站的小区组 SCG：Slave Cell Group, 辅基站小区组 MCG bearer：MCG小区承载 SCG bearer：SCG小区承载 MCG split bearer：MCG小区分流承载 SCG split bearer：SCG小区分流承载
ERAB MOD IND
ERAB MOD CNF
Bear Modication
内部交流，请勿外传
EPC
Option 3x
LTE
NR
EPC
Option 3x
LTE
NR
EPC
Option 3x
LTE
NR
EPC
Option 3x
LTE
NR
5G独立组网
NG-C/U
Xn
NG-C/U
AMF/UPF
Xn gNB
RF
Data Option 1
Option 2
Option 3
Option 4
Option 5
Option 6
Option 7
Option 8
RRC
PDCP
HighRLC
LowRLC
HighMAC
LowMAC
HighPHY
Low-PHY
RF
CPRI
Data
内部交流，请勿外传
DU-CU分离组网下的业务接口
2
NGC
NG-C
NG-U
gNB
3
EPC
S1-C
S1-U
LTE eNB
gNB
3a
EPC
S1-C
S1-U
S1-U
S1-C
3x
EPC
S1-U
LTE eNB
gNB
LTE eNB
gNB
NGC
NG-C
NG-U
4
eLTE eNB
gNB
NG-C
NGC
NG-U
eLTE eNB
gNB
7
NGC
NG-U NG-C
NG-U
4a
不同Option下的双连接的承载类型：
Option3：MCG split bearer Option3a: MCG bearer和SCG bearer Option3x：SCG spilt bearer
内部交流，请勿外传
NSA组网数据分流方案
内部交流，请勿外传
NSA双连接建立流程（Option3x）
内部交流，请勿外传
目录
5G无线网络架构及演进
1. 网络架构概述 2. 无线网络接口及协议栈介绍
内部交流，请勿外传
NG接口协议栈
NG-AP
SCTP IP
Data link layer Physical layer
User plane PDUs
GTP-U UDP IP
Data link layer Physical layer
MME
SGW
NGCORE
eNB-CU
eNB-CU
gNB-CU
X2为eNB与eNB之间或eNB与gNB之间的接口， 其控制面在CU之间，但用户面既在CU与CU之间 建立，此时用于切换时的数据转移；又在CU与 DU之间建立，用于DC场景的数据分流
gNB-CU
S1-U S1-C NG3 NG2 F1-U F1-C
内部交流，请勿外传
基于服务的NGC架构
5G
NEF
NRF
UDM
PCF
AF
控 制
Nnef
面
Nnrf Namf
Nudm Nsmf
Npcf
Naf
Nausf
Nsmsf
AMF
SMF
AUSF
SMSF
N1
N2
N4
N3
N6
UE
AN
UPF
DN
用户面
服务化架构特性 • 网络功能解耦和模块化； • 服务化接口； • 网络功能按需组合和部署；
Notify
订阅-->通知
5G控制面间采用服务化接口
1. 每个网元将自己业务能力以服务方式提供给其 他网元
2. 网元的服务发现通过NRF进行： • 网元的服务注册和注销； • 网元服务发现； • 网元服务授权；
3. 网元服务授权包括两部分 • NRF对发现授权； • 服务提供者对服务授权；
NGC Vs EPC
EPC网元功能
MME
PDN-GW SGW PCRF HSS
移动性管理 鉴权管理 PDN会话管理 PDN会话管理 用户面数据转发 用户面数据转发 计费及策略控制 用户数据库
对应NGC网络功能 AMF AUSF SMF
UPF PCF UDM
内部交流，请勿外传
讨论
请结合本地现网情况，规划5G部署可能的演进路线
空口协议栈 – 控制面
UE NAS
gNB
RRC
RRC
PDCP
PDCP
RLC
RLC
MAC
MAC
PHY
PHY
内部交流，请勿外传
NG-CP NAS
空口协议栈 – 用户面
UE SDAP PDCP RLC MAC PHY
gNB SDAP PDCP RLC MAC PHY
用户面的主要功能：
头压缩，加密，调度，ARQ/HARQ 5G用户面增加加入新的协议层SDAP (Service
Option3 系列组网特点：
共同点：
采用EPC+NR+LTE的双连接组网 信令面都是通过LTE侧提供，NR侧
只有用户面，可以解决初期部署连 续覆盖的问题
不同点：3种架构下的用户面分流 方案不同
Option3： 数据从eNB侧进行分流 Option3a：数据从EPC进行分流 Option3x：数据从gNB侧进行分流
UE
eNodeB
gNodeB
S-GW
MME
UE Initial Access
5G neigbour Measure
5G SCG ADD
Path Update Procedure （Opt 3x）
RRC CONN REQ RRC CONN SETUP RRC CONN SETUP CMP
UL NAS TRANS
内部交流，请勿外传
NG是无线接入网与核心网的 接口，接口设计原则：
NG 接口是开放可编程的; NG是点到点的逻辑接口，即便
没有物理的直连，应该也能保持 节点的互通NG接口承载与信令 分离 满足未来不同的新业务和新功能 的需求 NG接口要适应各种空口的技术
Xn接口协议栈
Xn-AP
User plane PDUs
eLTE eNB
gNB
NGC
NG-C
NG-U
5
eLTE eNB
NG-C
NGC
NG-U
NG-U
NG-C
NGC
NG-U
eLTE eNB
gNB
eLTE eNB
gNB
7a
7x
内部交流，请勿外传
问题
上述组网方案中哪些属于5G的非独立组网，哪些属于独立组网？
内部交流，请勿外传
基于EPC的NSA组网介绍 （Option3系列）
5G网络名称
无线网络：NR (New RAN)
核心网：NG （Next Generation） Core
内部交流，请勿外传
NFV技术概述
NFV (Network Functions Virtualization)
网络设备功能虚拟化: 通过虚拟化技术把网络设备的软件与硬件解耦，设备功能以软件形式部署在 统一通用的的基础设施上
Distributed Unit of gNB
3GPP R15标准明确采用option2，即基于 PDCP/RLC的高层CU-DU切分方案。
CU
RAN-NRT功能
DU
RAN-RT功能
RRC
PDCP
HighRLC
LowRLC
HighMAC
LowMAC
HighPHY
<VNF> CloudRANCU
Low-PHY
5G无线网络架构及演进
内部交流，请勿外传
目录
5G无线网络架构及演进
1. 网络架构概述 2. 无线网络接口及协议栈介绍
内部交流，请勿外传
5G组网场景
5G组网
独立组网（SA）
NGC+NR
NGC+NR+eLTE
非独立组网 （NSA）
EPC+LTE+NR
内部交流，请勿外传
5G组网方案
UE CAP ENQUIRE UE CAP
SEC CMD SEC CMP RRC RECFG RRC RECFG CMP
INIT UE MESSAGE INIT UE CONTEXT SETUP REQ
UE CAP IND
INIT UE CONTEXT SETUP RSP
RRC RECFG(5G Cell Measure by B1 ) RRC RECFG CMP B1 MEAS RPRT
eX2-U eX2-C
X2-U X2-C
Xn-U Xn-C
eNB-DU
eNB-DU
gNB-DU
gNB-DU
内部交流，请勿外传
gNB-DU
gNB-DU
CU部署设想
Regional DC (下面挂接站点数量~>100X 量级)
option1
中心机房 (下面挂接站点数量~10X量 级)
Ethernet
Ethernet DU
传统网络设备烟囱式结构：软件和硬件合一
NFV网络设备软件和硬件解耦
厂商A
厂商B
厂商C
厂商D 厂商E
内部交流，请勿外传
基于参考点的NGC组网
AUSF
NG13
UDM
NG12
NG8
NG10
AMF NG11
SMF
NG7
PCF
NG1
NG14
NG2
NG4
NG15
NG5
AF
UE
(R)AN
NG3
UPF
NG6
DN
NG9
内部交流，请勿外传
演进路线分享（D运营商策略）
NSA(Opt 3x) -> Option 7(optional) -> Option 4/2
NSA选用Option3x，以实现快速部署NR 5G的核心网部署之后，如果NR覆盖好，跳过Option7x，采用路线1 5G的核心网部署之后，如果NR覆盖不好，用Option7x，LTE继续做锚点，采用路线2
X2 SetUp Req
X2 Setup Rsp
SgNB Addition Req
RRC RECFG （5g Scell Add）
SgNB Addition Rsp
RRC RECFG CMPSgNB RECFG CMP
RANDOM ACCESS
Data Forwarding Data Forwarding
Data Adaptation Protocol)，实现无线侧QoS的 映射
内部交流，请勿外传
连连看
PDCP RLC MAC SDAP RRC
基于Qos的调度 系统消息广播 TM,UM,AM分类 IP头压缩 完成QoS Flow到DRB映射
内部交流，请勿外传
标准上关于CU-DU切分的讨论
Core
提供COMMON RRM/SON功能 （Inter-RAT, Inter-site，Interlayer）
Central Unit of gNB
云化架构
提供COMMON PDCP功能 （ROHC, cyphering,…）
Distributed Unit of gNB
Distributed Unit of gNB
CU MCE & APP
• 好处：实现更大范围的控制处理，资源共享。 • 坏处：时延较大，对于时延敏感型业务不适合
部署。
CU MCE & APP
option2
• 好处:更靠近用户，时延小。 • 坏处：资源没法大范围共享，
且可能需要改造机房才能部 署 COTS服务器
Ethernet
天线&RRU
DU CPRI/eCPRI
• NF服务独立升级，可编排； • 网络服务对外开放； • 新业务高效支持
内部交流，请勿外传
NF_A (Consumer
)
Request
NF_B (Producer)
Producer
Response
请求-->响应
NF_A (Consumer
)
Subscribe
NF_B (Producer)
Producer
gNB
Xn
NG-C/U
NG-C/U
AMF/UPF gNB
5G独立组网场景下，核心网的变化相对于 EPC变化比较大，5G网络在定义NGC架构时 ，
NGC
有如下特点：
网络基于NFV和SDN技术，实现逻辑功能和硬 件的解耦
参考现有EPC架构，用户面和承载面绝对分离
逻辑功能模块化设计，实现灵活的网络切片
NSA架构 Option3
Option3 a
Option3x
特点
数据从LTE侧进行分流，对eNB 侧处理能力要求高
用户面锚定在eNB侧，可以减 少移动性带来的用户面中断 gNB无需对接EPC，对EPC改
造无要求
EPC直接数据分流，只能基于 承载进行分流，无法根据无线
环境进行调整
数据从gNB侧进行分流，对 eNB侧没有影响
SCTP IP
Data link layer Physical layer
Xn接口控制面
GTP-U UDP
IP Data link layer Physical layer
Xn接口用户面
5G gNB之间的Xn接口基于IP网 络，用户面使用GTPU，控制面 使用SCTP协议，类似LTE X2接 口
内部交流，请勿外传
CPRI/eCPRI
DU CPRI/eCPRI
内部交流，请勿外传
感谢聆听
内部交流，请勿外传
用户面锚定在gNB，可能存在 频繁的用户面锚点变更 EPC需要和gNB对接
部署建议
在LTE侧处理能力 不受限场景建议
部署
不建议部署
初期推荐部署， 对LTE侧影响小
内部交流，请勿外传
NSA 双连接组网
基本概念：
MCG：Master Cell Group, 主基站的小区组 SCG：Slave Cell Group, 辅基站小区组 MCG bearer：MCG小区承载 SCG bearer：SCG小区承载 MCG split bearer：MCG小区分流承载 SCG split bearer：SCG小区分流承载
ERAB MOD IND
ERAB MOD CNF
Bear Modication
内部交流，请勿外传
EPC
Option 3x
LTE
NR
EPC
Option 3x
LTE
NR
EPC
Option 3x
LTE
NR
EPC
Option 3x
LTE
NR
5G独立组网
NG-C/U
Xn
NG-C/U
AMF/UPF
Xn gNB
RF
Data Option 1
Option 2
Option 3
Option 4
Option 5
Option 6
Option 7
Option 8
RRC
PDCP
HighRLC
LowRLC
HighMAC
LowMAC
HighPHY
Low-PHY
RF
CPRI
Data
内部交流，请勿外传
DU-CU分离组网下的业务接口
2
NGC
NG-C
NG-U
gNB
3
EPC
S1-C
S1-U
LTE eNB
gNB
3a
EPC
S1-C
S1-U
S1-U
S1-C
3x
EPC
S1-U
LTE eNB
gNB
LTE eNB
gNB
NGC
NG-C
NG-U
4
eLTE eNB
gNB
NG-C
NGC
NG-U
eLTE eNB
gNB
7
NGC
NG-U NG-C
NG-U
4a
不同Option下的双连接的承载类型：
Option3：MCG split bearer Option3a: MCG bearer和SCG bearer Option3x：SCG spilt bearer
内部交流，请勿外传
NSA组网数据分流方案
内部交流，请勿外传
NSA双连接建立流程（Option3x）
内部交流，请勿外传
目录
5G无线网络架构及演进
1. 网络架构概述 2. 无线网络接口及协议栈介绍
内部交流，请勿外传
NG接口协议栈
NG-AP
SCTP IP
Data link layer Physical layer
User plane PDUs
GTP-U UDP IP
Data link layer Physical layer
MME
SGW
NGCORE
eNB-CU
eNB-CU
gNB-CU
X2为eNB与eNB之间或eNB与gNB之间的接口， 其控制面在CU之间，但用户面既在CU与CU之间 建立，此时用于切换时的数据转移；又在CU与 DU之间建立，用于DC场景的数据分流
gNB-CU
S1-U S1-C NG3 NG2 F1-U F1-C
内部交流，请勿外传
基于服务的NGC架构
5G
NEF
NRF
UDM
PCF
AF
控 制
Nnef
面
Nnrf Namf
Nudm Nsmf
Npcf
Naf
Nausf
Nsmsf
AMF
SMF
AUSF
SMSF
N1
N2
N4
N3
N6
UE
AN
UPF
DN
用户面
服务化架构特性 • 网络功能解耦和模块化； • 服务化接口； • 网络功能按需组合和部署；
Notify
订阅-->通知
5G控制面间采用服务化接口
1. 每个网元将自己业务能力以服务方式提供给其 他网元
2. 网元的服务发现通过NRF进行： • 网元的服务注册和注销； • 网元服务发现； • 网元服务授权；
3. 网元服务授权包括两部分 • NRF对发现授权； • 服务提供者对服务授权；
NGC Vs EPC
EPC网元功能
MME
PDN-GW SGW PCRF HSS
移动性管理 鉴权管理 PDN会话管理 PDN会话管理 用户面数据转发 用户面数据转发 计费及策略控制 用户数据库
对应NGC网络功能 AMF AUSF SMF
UPF PCF UDM
内部交流，请勿外传
讨论
请结合本地现网情况，规划5G部署可能的演进路线
空口协议栈 – 控制面
UE NAS
gNB
RRC
RRC
PDCP
PDCP
RLC
RLC
MAC
MAC
PHY
PHY
内部交流，请勿外传
NG-CP NAS
空口协议栈 – 用户面
UE SDAP PDCP RLC MAC PHY
gNB SDAP PDCP RLC MAC PHY
用户面的主要功能：
头压缩，加密，调度，ARQ/HARQ 5G用户面增加加入新的协议层SDAP (Service
Option3 系列组网特点：
共同点：
采用EPC+NR+LTE的双连接组网 信令面都是通过LTE侧提供，NR侧
只有用户面，可以解决初期部署连 续覆盖的问题
不同点：3种架构下的用户面分流 方案不同
Option3： 数据从eNB侧进行分流 Option3a：数据从EPC进行分流 Option3x：数据从gNB侧进行分流
UE
eNodeB
gNodeB
S-GW
MME
UE Initial Access
5G neigbour Measure
5G SCG ADD
Path Update Procedure （Opt 3x）
RRC CONN REQ RRC CONN SETUP RRC CONN SETUP CMP
UL NAS TRANS
内部交流，请勿外传
NG是无线接入网与核心网的 接口，接口设计原则：
NG 接口是开放可编程的; NG是点到点的逻辑接口，即便
没有物理的直连，应该也能保持 节点的互通NG接口承载与信令 分离 满足未来不同的新业务和新功能 的需求 NG接口要适应各种空口的技术
Xn接口协议栈
Xn-AP
User plane PDUs
eLTE eNB
gNB
NGC
NG-C
NG-U
5
eLTE eNB
NG-C
NGC
NG-U
NG-U
NG-C
NGC
NG-U
eLTE eNB
gNB
eLTE eNB
gNB
7a
7x
内部交流，请勿外传
问题
上述组网方案中哪些属于5G的非独立组网，哪些属于独立组网？
内部交流，请勿外传
基于EPC的NSA组网介绍 （Option3系列）