5G的一些知识记录

5G知识了解：

这些都讲的很容易理解，很明白。

一次说清楚！5G到底是什么？原来我们知道的都太简单了 (sohu.com)

一文看懂5G网络（接入网+承载网+核心网） _通信 (sohu.com)

5G的NSA和SA，到底啥意思？ (baidu.com)

本文主要是将自己以前学的部分5G基础知识大致的归纳了一下。

基础知识

能力指标

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	10万/km2	空口10ms	350Km/h	1倍	10 Mbps	1倍	1Gbp
5G取值	10 Tbps/Km2	100万/Km2	空口1ms	500Km/h	100倍（网络侧)	0.1-1Gbps	3~5倍	20Gbp

网络架构

4G网络架构

4G移动通信系统包括

• EPC(Evolved Packet Core network，演进分组核心网），4G核心网。
• E-UTRAN (Evolved UniversalTerrestrial Radio Access Network，演进通用陆地无线接入网络)，4G接入网。

4G移动通信系统整体架构如下图4-1所示：

MME：Mobility Management Entity，移动性管理实体。

4G网络中会话管理功能由MME、S-GW/P-GW共同完成。

4G核心网与4G接入网通过 S1 接口连接，4G无线接入网之间通过 X2接口 连接。

TS 36.300

5G网络架构

5G移动通信系统包括

• 5GC (5G Core Network，5G核心网)
• NG-RAN（Next Generation Radio Access Network，5G无线接入网）。

5G移动通信系统整体架构如图4.1-1所示。

AMF：Access and Mobility Management Function，接入和移动管理功能
SMF：Session Management Function，会话管理功能
UPF：User Plane Function，用户面管理功能

5G核心网与5G接入网通过 NG 接口连接，实现控制面和用户面功能

5G无线接入网之间通过 Xn 接口连接，实现控制面和用户面功能。

TS 38.300

网络架构对比

5G移动通信系统整体架构与4G整体架构类似。4G与5G移动通信系统整体架构对比如下图1-3所示

RAN网络引入CU、DU，组网更灵活，利于多小区的集中控制，利于多功能的实现。

MEC(Multi-acess Edge Connection，多接入边缘计算)是支撑5G系统运行的关键技术。

BBU：基带处理单元；RRU：射频拉远单元

CU：集中单元；DU：分布单元；AAU：有源天线单元

组网部署

详细可参考：5G的NSA和SA，到底啥意思？ (baidu.com)

其中option 3 中 4G基站为增强型基站，3a和3x为原4G基站。

从左到右，方案依次增大。

补充其它三个系列：

选项1早已在4G结构中实现，选项6和选项8仅是理论存在的部署场景，不具有实际部署价值，标准中不予考虑。

5G核心网

5G核心网基于SBA实现 (Service Based Architecture，基于服务架构)。

接口概览

TS 38.501 R17

UE（终端）与RAN（接入网）之间接口为 Uu接口。

网元功能

TS 23.501

AMF： Access and Mobility Management Function ，接入和移动性管理功能

SMF： Session Management Function ，会话管理功能

UPF： User Plane Function，用户面功能

AUSF：Authentication Server Function，认证服务器功能 (鉴权服务功能)

PCF：Policy Control Function，策略控制功能

NRF：Network Repository Function，网络存储功能

NEF：Network Exposure Function，网络开放功能

UDM：Unified Data Management，统一数据管理

UDR：Unified Data Repository，统一数据存储

UDSF：Unstructured Data Storage Network Function ，非结构化数据存储功能

NSSF：Network Slice Selection Function，网络切片选择功能

5G接入网

接口概览

TS38.401

• NG接口：核心网（5GC）与接入网（NG-RAN）之间的接口
• Xn接口：5G接入网之间的接口，gNB 与 gNB 或 ng-eNB间的接口。
• F1接口：CU、DU间的接口
• F2接口：DU、AAU间的接口
• E1接口：gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之间的点对点接口，逻辑接口

协议栈

TS 38.300 R17

无线空口Uu

Uu：UE 与 RAN间的接口。

NR用户平面相比LTE协议栈多了一层SDAP层。

用户平面协议栈可分两层 物理层（L1），数据链路层（L2）。

NR控制面协议与LTE协议栈类似。

控制平面协议栈可分三层 物理层（L1），数据链路层（L2），网络层（L3）。还有一个NAS层（非接入层）。

L1、L2、L3都是AS层（接入层）；

AS层为NAS层提供服务。通信网络中的设备只负责信息的转发，不负责处理信息，因此只需具备接入层（AS）的功能就行了，可以没有非接入层（NAS）的功能。而网络两端的设备需要处理信息，因此必须具备非接入层（NAS）的功能。

NG接口

NG接口：核心网（5GC）与接入网（NG-RAN）之间的接口。

接口功能：

NG接口管理；UE上下文管理；UE移动性管理；NAS 消息的传输；寻呼；PDU会话管理；配置转移；警告信息传输

建立、维护和发布NG-RAN部分会话；提供同RAT系统之间的移动性过程；为用户特定的信号管理提供协议级别上的每一项的分离；传输UE和AMF之间的NAS消息；提供数据包及数据流的资源保留机制。

Xn接口

Xn接口：5G接入网之间的接口，gNB 与 gNB 或 ng-eNB间的接口。

功能：

• Xn-U：数据转发； 流量控制
• Xn-C：Xn接口管理； UE移动性管理，包括上下文传输和RAN寻呼；双连接支持。

F1接口

F1接口定义为NG-RAN内部的 gNB的 CU和DU功能实体之间互联的接口，或者与 E-UTRAN内的en-gNB之间的CU和DU部分的互联接口。

F1接口规范有助于实现以下目标：由不同制造商提供的gNB-CU和gNB-DU的互连。

功能：系统消息管理；上下文管理；F1接口管理；RRC消息传递。

E1接口

E1接口定义为NG-RAN内部的 gNB-CU-CP和gNB-CU-UP之间的点对点接口，它是逻辑接口

物理层

物理信道、信号

TS38.211

Uplink、Downlink

上行信道	下行信道
Physical Uplink Shared Channel, PUSCH（物理上行共享信道）	Physical Downlink Shared Channel, PDSCH （物理下行共享信道）
Physical Uplink Control Channel, PUCCH （物理上行控制信道）	Physical Broadcast Channel, PBCH（物理广播信道）
Physical Random Access Channel, PRACH（物理随机接入信道）	Physical Downlink Control Channel, PDCCH（物理下行控制信道）
上行信号	下行信号
Demodulation reference signals, DM-RS（解调参考信号）	Demodulation reference signals, DM-RS（解调参考信号）
Phase-tracking reference signals, PT-RS（相位跟踪参考信号）	Phase-tracking reference signals, PT-RS（相位跟踪参考信号）
Sounding reference signal, SRS（探测参考信号）	Positioning reference signal, PRS（定位参考信号）
	Channel-state information reference signal, CSI-RS（信道状态信息参考信号）
	Primary synchronization signal, PSS（主同步信号）
	Secondary synchronization signal, SSS（ 辅同步信号）

功能

物理信号详细介绍：5G NR Reference Signals (DMRS, PTRS,SRS and CSI-RS) - Techplayon

Sidelink

Sidelink：侧行链路或者直通链路（参考华为）

R16引入了一种名为Sidelink的新技术。5G联网的车辆之间能够通过Sidelink直接通信，无需经过蜂窝塔中间设备。

Sidelink：在3GPP规范中，Sidelink是指通过PC5接口进行直接通信的术语。是D2D（设备与设备之间直接通信）的增强扩充版，不同于我们熟知的Uplink和Downlink链路，Sidelink是为了支持设备与设备之间直接通信而引入的新链路。

信道	信号
PSSCH：Physical Sidelink Shared Channel	DM-RS：Demodulation reference signals
PSBCH：Physical Sidelink Broadcast Channel	CSI-RS：Channel-state information reference signal
PSCCH：Physical Sidelink Control Channel	PT-RS：Phase-tracking reference signals
PSFCH：Physical Sidelink Feedback Channel	S-PSS：Sidelink primary synchronization signal
	S-SSS：Sidelink secondary synchronization signal

关于Sidelink的信道间功能以及映射参考：车联网通信协议—NRSidelink（一） - 百度文库 (baidu.com)

信道间的映射

先区分一下各信道：（转载）5G NR 逻辑信道、传输信道和物理信道 - 简书 (jianshu.com)

• 物理信道是物理层实际传输信息的信道。
• 传输信道是物理层与MAC子层之间的信道。
• 逻辑信道是MAC子层和RLC子层之间的信道。

TS 38.300 第6.2节 。

• 逻辑信道与传输信道的映射

传输信道概念在 5.5节。

TS 38.212 第4节 。

• 传输信道到其相应物理信道的映射
• 控制信道信息到其对应的物理信道的映射

TS 38.321 (MAC协议)

逻辑信道与传输信道映射图

物理信道、传输信道、逻辑信道映射

来源：5G NR Logical ,Transport and Physical Channels Mapping (techplayon.com)

天线端口

TS 38.211 V17.1.0

天线端口指的是能进行信道估计和分辨的端口数，每一个天线端口对应一个物理资源单元，天线端口属逻辑端口。

天线端口与物理信道/信号之间存在着严格的对应关系，即每个天线端口都有自己的物理资源单元和对应的特定参考信号集；因此，在同一天线端口上传输的不同的信号所经历的信道环境变化一样。

Uplink

Downlink

Sidelink

参数集

TS38.211

• SCS（子载波间隔）
• CP（循环前缀）
• u

Sidelink 中， u支持0、1、2、3

时频资源

• RE（Resource Element）资源元素，或资源粒子。是NR物理资源中最小的资源单位；在时域上占用1个OFDM Symbol，频域上为1个子载波。平常所说的符号，即调制后的数据符号，是映射到RE上的，与OFDM 符号是两个不同的概念。

• RB（Resource Block），资源块。在频域上为12个子载波。RB有两个概念PRB（物理资源块）和VRB（虚拟资源块）。(注意NR中RB并没有强调时域的概念，只是说明了在频域占用12个子载波)

• RBG（Resource Block Group）业务信道资源分配的单元

• REG（Resource Element Group），控制信道资源分配的资源（1 ofdm符号×12subcarrier）即一个REG包含12个RE

• CCE（Channel Control Element），PDCCH信道资源分配的单元。PDCCH中CCE的个数称为聚合度，{1，2，4，8，16}

1CCE = 6REG = 6PRB = 72RE

RBG 频域上 {2，4，8，16}个RB，时域上 1 个OFDM符号

RB 为频域上连续上的12个子载波，时域上没有定义

RE 时域上一个OFDM符号，频域上一个子载波。

BWP(bandwidth Part) ：BWP是整个带宽上的一个子集，每个BWP的大小，以及使用的SCS和CP都可以灵活配置:

• DL和UL分别最多可以配置4个专有BWP；
• BWP的带宽必须大于等于SSB，但是BWP中不一定包含SSB。
• 对同一个UE来说，DL或UL同一时刻只能有一个BWP处于激活的状态。

帧结构

1个无线帧10ms，1个无线帧 = 2个半帧 = 10个子帧。

1个子帧为 2^u 个时隙。

常规CP，1个时隙14个符号；扩展CP，1个时隙12个符号。

举例：以下以SCS为30kHz为例，即 u=1，一个无线帧20个时隙，1个时隙14个符号。

SIB1消息中的四元组为 (nrofDownlinkSlots、nrofDownlinkSymbols、nrofUplinkSlots、nrofUplinkSymbols) ；

举例：帧结构配置5ms单周期，四元组配置 {7，6，2，4)。

即：每5ms包含7个全下行时隙，2个全上行时隙和 1个特殊时隙。特殊时隙中下行与上行符号之比为 6：4，且保护间隔GP为4个符号。

5G频段

TS 38.104 V17.4.0 第5节

注意：FR1不再只是6Ghz以下

具体频段信息查看 Table 5.2-1和2

中信科移动

移动：2.6G频段（2515——2675Mhz），4.9G频段（4800——4900Mhz）

电信：3.5G频段（3400——3500Mhz）

联通：3.5G频段（3500——3600Mhz）

信道带宽

传输带宽

5G 取消了5M 以下的带宽，大带宽是5G的典型特征，20M以下带宽定义主要是满足既有频谱演进需求。

FR1最大带宽为100MHz，FR2最大带宽为400MHz。

举例：在SCS为30kHz，信道带宽为100MHz 的情况下，传输带宽为 273个RB

最小保护带宽

举例：在SCS为30kHz，信道带宽为100MHz 的情况下，最小保护带宽为 845 kHz

最小保护带宽计算公式：
$$(CHBW（带宽M）\times 1000（kHz）-SCS\times RB数\times 12)/2-SCS/2$$
CHBW（信道带宽），SCS（子载波间隔），RB数为传输带宽，一个RB等于12个子载波

举例：在SCS为30kHz，信道带宽为100MHz 的情况下
$$(100\times 1000（kHz）-30\times 273\times 12)/2-30/2=845$$

信道规划

TS 38.104 V17.4.0 5.4节

NR-ARFCN和信道栅格

全局频率栅格定义为 一组 **RF 参考频率 F_REF**的集合。 RF 参考频率在信令中用于识别 RF 信道、SSB和其他元素的频域位置。

全局频率栅格的频率范围为为 0 到 100 GHz 。

RF 参考频率由全局频率栅格上 [0…3279165] 范围内的 NR-ARFCN（NR 绝对射频信道号） 指定。

N_REF 为 NR-ARFCN。全局频率栅格的粒度为 ΔF_Global。 NR-ARFCN 与以 MHz 为单位的射频参考频率 F_REF 之间的关系由下式给出，其中 F_REF-Offs和 N_REF-Offs 见表 5.4.2.1-1。

作用：一般用来计算 F_REF（射频参考频率，NR小区中心频点）或 N_REF（NR小区绝对信道号），已知其一求另一个。

举例：以频率为2000Mhz为例，得出N_REF=400000。
$$2000\times 1000=0+5\times (N_{REF}-0)$$

表 5.4.2.2-1 给出了信道栅格上的 RF 参考频率与相应资源元素之间的映射，可用于识别 RF 信道位置。映射取决于在信道中分配的 RB 总数，并且适用于 UL 和 DL。

信道栅格和RE的映射关系是带宽最中间的RB的0号或6号子载波与NR-ARFCN对齐，如下表。

信道栅格定义为RF参考频率的子集，可用于识别上行链路和下行链路中的RF信道位置。 RF 信道的 RF 参考频率映射到载波上的资源元素。对于每个工作频段，都有全局频率栅格的一个频率子集与其相适用，并形成粒度为 ΔF_Raster 的信道栅格，该粒度可能等于或大于 ΔF_Global 。

• 信道栅格为100KHz的频带：ΔF_Rater =20×ΔF_Global，也就是说每隔20个NP-ARFCN是有效的信道栅格，即N_REF步长20。
• 工作频段小于3GHz，且信道栅格为15KHz：ΔF_Rater =i x ΔF_Global，i ∈ {3 ,6}，也就是说每隔 i 个NR-ARFCN是有效的信道栅格，即N_REF步长为 i 。
• 工作频段大于3GHz，且信道栅格为15kHz或60kHz：ΔF_Rater =i x ΔF_Global，i ∈ {1 ,2}，也就是说每隔I个NR-ARFCN是有效的信道栅格，即N_REF步长为 i 。
• 对于频段内有两种 ΔF_Rater，详情查看协议。

不同的频率使用了不同的信道栅格，这里只给出部分内容。详细参考38.104 Table 5.4.2.3-1和2。

Table: Applicable NR-ARFCN per operating band

NR operating band	ΔFRaster(kHz)	Uplink range of NREF (First – step size – Last)	Downlink range of NREF (First – step size – Last)
n1	100	384000 – <20> – 396000	422000 – <20> – 434000
n28	100	140600 – <20> – 149600	151600 – <20> – 160600
n41	15	499200 – <3> – 537999	499200 – <3> – 537999
	30	499200 – <6> – 537996	499200 – <6> – 537996
n78	15	620000 – <1> – 653333	620000 – <1> – 653333
	30	620000 – <2> – 653332	620000 – <2> – 653332
n79	15	693334 – <1> – 733333	693334 – <1> – 733333
	30	693334 – <2> – 733332	693334 – <2> – 733332

同步栅格

同步栅格指示当同步块位置的显式信令不存在时可由UE用于系统获取的同步块的频率位置。

为所有频率定义了一个全局同步栅格。 SSB的频域位置定义为SS_REF，对应编号为GSCN。定义所有频率范围的 SS_REF 和 GSCN 的参数见表 5.4.3.1-1。

在终端刚开机时进行小区搜索时，它只能根据运营商以及终端支持的频段检测SSB信号，进行下行时频同步。由于全局频率栅格的粒度较小导致NR-ARFCN的取值范围较大，如果直接根据全局频率栅格进行盲检，则同步时延会比较大，为了有效的降低此过程的同步时延，定义了同步栅格的概念，并通过全局同步信道号(GSCN，Global Synchronization Channel Number)来限定搜索范围。

与 N 相乘的部分为该频率范围的粒度。

同步栅格与SSB资源元素（RE）的映射关系：

同步块的同步栅格和子载波间隔为每个频段单独定义。每个频段对应的SCS和GSCN详情参考 Table 5.4.3.3-1和2

比如：

Table 5.4.3.3-1: Applicable SS raster entries per operating band (FR1)

NR operating band	SS Block SCS	SS Block pattern	Range of GSCN (First – Step size – Last)
n41	15kHz	Case A	6246 – <3> – 6717
	30kHz	Case C	6252 – <3> – 6714
n78	30kHz	Case C	7711 – <1> – 8051

​ 举例：以n78的起始频率3300MHz，计算其对应的GSCN
$$\begin{gathered} 3300(M)+120\times 30/1000(M)=3000(M)+N\times 1.44(M) \\ 这里如果都进行向上取整的话 \\ N=212 \\ GSCN=7499+N=7711 \end{gathered}$$

小结

以 3.5G频段为例，全局栅格，信道栅格、同步栅格示例如下图：

全局栅格粒度为15KHz、信道栅格粒度为30KHz、同步棚格粒度为 1.44MKHz：

车联网

车联网介绍

车联网又称 V2x：Vehicle to Everything，即车与万物互联，实现车内、车与车、车与人、车与外部环境、车与服务平台的全方位网络连接。

V2x信息交互模式包括:

• 车与车 (V2V)：通过车载终端进行车辆间的通信。
• 车与人 (V2P)：弱势交通群体（如行人、骑行者等）使用用户设备(（如手机、笔记本电脑等）与车载设备进行通信。
• 车与路 (V2I)：车载设备与路侧基础设施（如红绿灯、交通摄像头、路侧单元等）进行通信。
• 车与网络 、云平台(V2N)：车载设备通过接入网/核心网与云平台连接。

车联网重要目标——自动驾驶

当前自动驾驶主要采用视频摄像头、雷达传感器以及激光测距器等设备进行单车运行，未来基于车联网技术实现高等级的自动驾驶。

国际汽车工程师协会(SAE International)制定的自动驾驶等级划分：

无人驾驶是车联网发展的最高级阶段。

车联网价值

车联网提升交通效率，降低时间和能源成本。

车联网通信技术

• C-V2X ( Cellular V2X) 是基于3GPP全球统一标准的通信技术，包含LTE-V2X 和 5G-V2X，LTE-V2X支持和5G-V2X共存。
• DSRC ( Dedicated Short Range Communication)专用短程通信技术，是以IEEE 802.11p为基础来提供短距离无线传输的技术，车车和车路通信为其主要应用方式。

两者对比

C-V2X部署

1. LTE-V2X：满足 3GPP 的27种应用场景 (TR22.885)∶包括主动安全，交通效率和信息娱乐；
2. LTE-eV2X：与LTE-V2X兼容，提升了可靠性、速率和时延性能，部分满足更高级的V2x业务需求；
3. 5G-V2X：实现与自动驾驶相关的4种高级应用场景(TR22.886)：车队编排，先进行驶，传感器信息共享，远程驾驶;

目前的车联网网络以 LTE-V2X 为主，未来车联网将是5G-V2x与LTE-eV2x多种技术共存的状态。

LTE-V2X包含两类无线通信接口：

• V2X-Cellular: Uu接口（基于蜂窝网络通信)；
• V2X-Direct: PC5接口（直连通信)。

3GPP为NR-V2X定义了频谱资源：频段N47 ( 5855-5925MHz)，用于PC5接口。

Sidelink

了解 Sidelink 前，先了解 D2D。

D2D: Device to Device，指的是两个终端之间直接通信的技术。典型的D2D通信方式有蓝牙，WiFi-Direct等。D2D的理想目标是在终端之间直接建立通路，没有任何媒介的参与，然而现实当中D2D是需要至少基站参与的。协议中经常使用 ProSe (Proximity-based Services，临近业务) 指代D2D。

Sidelink：D2D使用的链路，也就是终端和终端之间直接通信使用的链路，缩写为SL，与当前通信系统中的UL、DL相对应。协议中也经常用Sidelink指代D2D。Sidelink不同于Uplink和Downlink，这是为了支持设备间直接通信而引入的新的链路。最早是在D2D应用场景下引入的，后面技术延伸到 V2X 就在原本协议上进行了扩充和增强。

下图是支持Sidelink的框架图，其中Sidelink包含两种类型UE，一种是在基站覆盖范围内的，另一种是在基站覆盖范围外的。Uu口与Xn口分别指的是UE与基站之间的接口、基站与基站之间的接口。Sidelink使用接口为PC5接口。

关于Sidelink的信道、信号、协议栈：车联网通信协议—NRSidelink（一）)

结语

这里就暂时将这些比较好记录的部分基础知识列出来了，更新的话随缘吧。

5G内容实在太多了，并且协议也太多并且不易看懂，看书是最好的方式了，也是最推荐的方式。

当初看5G协议，头都看麻了，一个知识点的内容能够涉及很多未见过的名词，从而追溯到了很多的协议，层层递进。

这里推荐一些网站可供学习查看（内容是归纳好的），当然里面不仅仅只有5G。

• 5G/NR - Techplayon

• ShareTechnote

参考资料：3GPP协议 、大唐移动5G 以及 华为5G。