第六章5G移動通信系統移動通信MobileCommunicationTheory目錄5G概述6.1新空口6.2無線接入網架構6.3核心網架構和基本信令流程6.45G安全機制6.5基本通信流程6.6MobileCommunicationTheory學習重點與要求理解5G業務類型和典型應用場景；掌握5G的空口協議棧，以及物理層和基礎參數和幀結構；掌握5G上下行鏈路的信道類型，參考信號類型及其作用；理解5G網絡架構，掌握5G接入網、核心網組成及網元功能；理解5G核心網基本信令流程；了解5G安全機制；了解5G基本通信流程MobileCommunicationTheory6.15G概述6.1

5G概述5G三大應用場景ITU定義5G三大應用場景：

1.增強移動寬帶(eMBB)

:EnhancedMobileBroadband

2.大規模機器類通信(mMTC):MassiveMachineTypeCommunication

3.超高可靠性低時延通信(uRLLC):ultra-ReliableLow-LatencyCommunication6.15G概述——典型應用場景MobileCommunicationTheoryeMBB+uRLLC+mMTC可達10~20Gbps可達100萬連接/KM2可達1ms時延6.15G概述——性能需求三“高”兩“低”三“高”高速率(1Gbps/用戶)高連接密度(海量連接)高可靠性

(99.9999%)兩“低”低時延低成本MobileCommunicationTheory6.15G概述——性能需求MobileCommunicationTheory不同業務對網絡和終端的需求6.15G概述——系統整體架構用戶設備(UE)含ME和USIM空口(UsertoNetworkinterface)演進的通用陸基無線接入(EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccess,E-UTRA)新空口(NewRadio,NR)無線接入網

(NextGeneration-RadioAccessNetwork,Ng-RAN)增強型LTE基站(ng-eNB)5GNR基站(gNB)Ng接口無線接入網與核心網之間的接口統稱5G核心網(5GCoreNetwork,5GC)接入和移動性管理功能(Accessandmobilityfunction,AMF)用戶面功能(Userplanefunction,UPF)會話管理功能(Sessionmanagementfunction,SMF)MobileCommunicationTheory6.15G概述——系統架構5G基站可以是：gNB：向UE提供NR用戶面和控制面Ng-eNB：向UE提供E-UTRA用戶面和控制面主要功能：無線資源管理連接移動性控制無線接入控制測量配置和獲取動態資源分配數據處理MobileCommunicationTheory6.15G概述——系統架構AMF(Accessandmobilityfunction)：接入和移動管理功能模塊主要功能：非接入層(Non-AccessStratum,NAS)消息處理空閑態移動性處理其他：用戶接入認證、接入層(AccessStratum,AS)安全控制、對網絡的支持…MobileCommunicationTheory6.15G概述——系統架構UPF(Userplanefunction)：用戶面功能模塊主要功能：移動性錨點會話報文處理SMF(Sessionmanagementfunction)：會話管理功能模塊

主要功能：UE和IP地址分配和管理會話控制MobileCommunicationTheory6.15G概述——系統架構UE用戶設備分為兩部分：移動設備(MobileEquipment,ME)終端功能模塊(TerminalEquipments,TE)：端到端高層應用移動功能模塊(MobileTermination,MT)：無線接收和發送、無線傳輸信道管理、移動性管理、語音編解碼、用戶數據的速率自適應以及數據格式調整等相關功能全球用戶身份模塊(UniversalSubscriberIdentityModule,USIM)：用于接入移動網絡獲取服務的功能模塊，其存儲內容一般包括移動網絡運營商識別用戶的標識信息，以及密鑰信息MobileCommunicationTheoryMobileCommunicationTheory6.2

新空口6.2新空口MobileCommunicationTheory6.2.1空口協議棧和功能劃分

NR空口協議棧包括兩個平面：用戶面和控制面，其中：用戶面協議棧：負責數據的傳輸，完成數據的頭壓縮，加/解密，QoS保障等功能。控制面協議棧：負責控制信令的傳輸，完成連接管理、UE資源配置、移動性管理和系統信息廣播等功能。用戶面協議棧控制面協議棧6.2.1空口協議棧和功能劃分用戶面協議棧如右圖所示，其中：①業務數據適配協議（SDAP）層，負責將不同業務流映射到空口的不同無線承載上；②分組數據匯聚協議（PDCP）層，負責數據包的頭壓縮/解壓縮，排序，加密/解密，完整性保護/驗證，數據包分流/復制等功能；③無線鏈路控制（RLC）層，負責PDCP層包的分割，自動重傳請求（ARQ）等功能。一個PDCP實體和一個或多個RLC實體構成一個無線承載；④媒體接入控制（MAC）層，負責邏輯信道和傳輸信道的映射，不同邏輯信道的數據包的復用和解復用，調度信息上報，混合自動重傳請求（HARQ），優先級處理等。用戶面協議棧6.2.1空口協議棧和功能劃分控制面協議棧如右圖所示，其中：①非接入（NAS）層控制協議（網絡側終止于AMF），執行NAS的控制功能，例如：身份驗證、移動性管理、安全控制和會話管理等；②無線資源控制（RRC）層，（網絡側終止于gNB）執行接入層（AS）的無線控制功能；③PDCP、RLC和MAC子層，（網絡側終止于gNB）執行控制面信令傳輸功能；④物理層提供傳輸媒介，通過對上層信息進行編碼調制、波束賦型等處理，然后在無線信道上發送。控制面協議棧6.2.2空口關鍵物理特性1.帶寬配置NR在FR1（410MHz~7.125GHz）和FR2（24.25Gz~52.6GHz）頻段內分別支持100M和400M帶寬。值得注意的是，UE支持的帶寬越大，UE的處理能力越強，UE的數據傳輸速率可能越高，UE的設計成本可能越高。我國四大運營商頻段劃分圖6.2.2空口關鍵物理特性資源塊（ResourceBlock,RB）是頻域的基本調度單位，即資源分配粒度，包括12個子載波。在系統帶寬為大帶寬的通信系統中，由于用戶設備（UE）的帶寬能力小于系統帶寬，基站可以從系統頻率資源中為用戶配置部分帶寬（BWP），即載波內的一段帶寬用于UE與基站間的通信。該BWP的帶寬不大于用戶設備的帶寬能力。當用戶與基站進行通信時，基站將為用戶配置的BWP中的部分或全部資源分配給用戶。下圖為FR1,FR2在不同帶寬和不同SCS下的資源塊（RB）數目。FR1不同帶寬下的RB數目FR2不同帶寬下的RB數目135*60k*12=97.2MHzsoη=97.2%6.2.2空口關鍵物理特性2.波形設計NR支持多種業務特性（低時延、大連接、高效頻譜利用率），為了使得多種業務在系統中共存更高效，實現近似零的保護頻帶，采用基于濾波的OFDM和基于加窗的OFDM等技術。其中濾波或者加窗的作用均為降低目標頻段對其他相鄰頻段的干擾。①基于濾波的OFDM（filtered-OFDM,f-OFDM）f-OFDM通用處理過程

NR支持混合基礎參數的頻分復用，在同一個OFDM符號中的不同頻率上使用不同的子載波間隔，降低不同子帶之間的保護間隔，提升頻譜利用效率。f-OFDM對干擾進行濾波，從而保證不同子帶之間的干擾在可接受的范圍內。Windowed-SINC濾波器設計示意圖6.2.2空口關鍵物理特性②基于加窗的OFDM基于加窗的OFDM符號

如右圖所示，在OFDM符號的邊界處不再是矩形窗，而是具有一定形狀的窗函數。整體來看，加窗方法減少了符號邊界上的變化，降低了高頻分量，以及對其他頻帶的干擾。

從信號處理的角度，該窗函數可以設計成一種滾降更快的形狀從而降低頻帶邊界處對其他頻帶的干擾。基于加窗的OFDM波形采用時域非矩形窗使連續OFDM符號之間的過渡更加平滑，具有較低的處理復雜度；但是部分循環前綴用于加窗，導致有效循環前綴長度縮短，進而可能影響OFDM的整體性能，因此加窗參數的設計要考慮到實際多徑的多少和每個子徑的功率等因素。6.2.2空口關鍵物理特性3.雙工方式時分雙工（TDD）頻分雙工（FDD）輔助下行（SDL）輔助上行（SUL）以上的各種雙工方式中，上下行均使用了正交時頻資源。其中，頻分雙工（FDD）和時分雙工（TDD）是兩種主要的雙工模式，分別用于成對頻譜和非成對頻譜。由于當前頻譜分配中，中高頻頻譜多為非成對頻譜，且帶寬更大，因此TDD應用更為成功，常用于支持更高速率的數據傳輸。實際運用中，為解決頻譜低效利用、時延增大等問題，NR中還引入了靈活TDD雙工方式，在固定TDD上下行配比的基礎上，某個時隙可以靈活用于上行傳輸或者下行傳輸，能靈活適配不同比例上下行任務。同時同頻全雙工技術（FD）是更極致的頻譜使用方式，上下行傳輸使用相同頻段，結合先進技術大幅提升頻譜效率，降低業務傳輸時延。6.2.2空口關鍵物理特性4.多址方式NR采用了基于OFDM的空口設計，因此能夠很容易的將不同的用戶調度在不同的子載波上，不同的用戶分配不同的頻率資源，實現頻分多址。不同的用戶也可以被基站調度在不同的時隙或者OFDM符號上進行信號的發送或者接收，實現多用戶間的時分多址。在NR中，碼分多址常見于不同用戶導頻碼分多址復用以及上行控制信道，不同用戶的控制信息調制在不同的正交碼字。此外還用于上行物理隨機接入信道的前導碼序列。NR引入了大規模天線技術，能夠將空間域劃分成多個區域，為空分多址技術提供了極大的方便。不同資源類型6.2.3空口基礎參數空口基礎參數NR中基礎參數介紹NR中子載波間隔與符號長度間關系NR中參數的具體配置NR中基本時間單位NR中循環前綴（CP）的設計NR中子載波間隔的拓展方式6.2.3空口基礎參數1.NR中基礎參數介紹為了進一步理解NR中的上下行傳輸，首先需要明確空口上可以用于數據傳輸的資源，以及傳輸格式和參數。基礎參數（Numerology）含義子載波間隔（SCS）每個子載波之間的頻域間隔長度符號長度一個OFDM符號的周期循環前綴（CP）由OFDM符號尾部的信號復制到頭部構成資源單元（RE）時域上的一個OFDM符號及頻域上的一個子載波資源塊（RB）頻域的基本調度單位，定義為一個OFDM符號中頻域上的12個連續子載波6.2.3空口基礎參數2.NR中子載波間隔與符號長度間關系符號長度為T的子載波，在頻域上是一個Sinc函數，在1/T處過零。因此在OFDM系統中，如果子載波之間要滿足正交性，各個子載波的峰值應該對應于其他子載波的過零點。所以NR中子載波間隔與符號長度之間的關系為：以15kHz的子載波間隔為例，對應OFDM的符號長度是1/15kHz=66.7us，如下圖所示：(6.1)6.2.3空口基礎參數3.NR中參數的具體配置NR支持多種參數的靈活配置，具體配置如下表所示：其中240kHz子載波間隔僅可以用于同步信號塊（SSB）的傳輸。FR1頻段低，帶寬窄，相位噪聲影響較小，故FR1頻段中的數據傳輸可使用的子載波間隔為15kHz，30kHz，60kHz。FR2頻段高，相位噪聲大，覆蓋距離短，因此CP可以較短，使用相對大的子載波間隔，不會造成CP開銷的加大，并且能降低相位噪聲的影響。故FR2中使用的子載波間隔為60kHz和120kHz。6.2.3空口基礎參數4.NR中的基本時間單位4G空口固定采用15KHz子載波間隔，定義的基本時間單位Ts：5GNR則定義了兩個基本時間單位Ts和Tc，且有多種子載波間隔可以選擇。其中Tc為5G中的最小時間單元：在5G通信系統設計中，OFDM符號的總長度包括有用符號數和CP符號數，對于不同的子載波間隔和CP類型，OFDM符號添加CP后的總長度可通過下列計算式得到：其中，

l：表示一個時隙內的符號索引κ：κ=Ts/Tc=64(6.2)(6.3)(6.4)6.2.3空口基礎參數5.NR中循環前綴（CP）的設計NR通過CP設計減少ISI和信道間干擾（ICI），并確保不同SCS間的符號對齊；NR中的CP設計具有以下特點：①出于對不同覆蓋和傳播環境的考慮定義了兩種CP類型：正常循環前綴（NCP）和擴展循環前綴（ECP），其中ECP以更大的CP開銷為代價獲得更大的覆蓋。②考慮到ECP的開銷相對較大，與其帶來的好處相比在大多數場景下不成對比，ECP目前僅支持60kHzSCS，而NCP支持所有SCS。③對于NCP，每0.5ms內的首個符號的CP長度要長于其他符號，除了第一個符號的CP長度外，其他符號的CP長度相等。對于ECP，每個符號的CP長度相同。5G循環前綴6.2.3空口基礎參數6.NR中子載波間隔拓展方式NR中子載波間隔以15kHz的2的冪次方倍進行擴展，方便不同子載波間隔的OFDM符號在時域上實現符號對齊。故NR符號有很好的前向兼容性，不同子載波間隔可以進行符號級的時分復用。NR引入多種基礎參數的主要原因包括：①頻段間載波帶寬差異較大，單一基礎參數無法滿足不同頻段的帶寬大小，使用起來會造成大量浪費。②考慮到NR多種業務對子載波間隔大小的不同需求。不同NCP，SCS之間符號對齊6.2.4空口無線幀結構NR采用10ms的幀結構長度，一個幀中包含10個1ms的子幀。每個幀被分成兩個大小相等的半幀。NR時隙結構圖UE在下行符號中接收下行數據，在上行符號中發送上行數據，在靈活符號中靈活選擇。6.2.4空口無線幀結構1.幀結構配置半靜態幀結構配置動態幀結構配置NR的幀結構配置采用半靜態配置和動態配置相結合的方式，上下行幀結構使得NR空口可以適配不同時間、不同地域、不同特征的業務（如大速率的eMBB傳輸，低時延的uRLLC）的傳輸需求；此外，這種幀結構配置使得NR可以配置出與LTE相同的上下行幀結構，在NR與LTE同頻或鄰頻共存時可以避免系統間的干擾。半靜態幀結構配置：通過RRC信令進行配置，包括兩種RRC信令：小區公共的RRC配置信令，叫做上下行公共配置信息。用戶專用的RRC配置信令，叫做上下行專用配置信息。6.2.4空口無線幀結構半靜態幀結構配置a)上下行公共配置信息對小區中的所有UE都生效，指示的傳輸方向具有最高的優先級。包含一個參考子載波間隔參數和一套時隙格式參數。其中，時隙格式參數由五個參數組成：上下行傳輸周期（Pms）下行時隙數(dslots)下行符號數(dsym)上行時隙數(uslots)上行符號數(usym)由以上所述時隙參數定義一個周期的幀結構配置，對應第一套時隙格式參數，稱為圖樣1。為了提供更靈活的周期組合和上下行資源配置組合，上下行公共配置信息中還包含第二套時隙格式參數，稱為圖樣2，其中參數定義與圖樣1相同，但上下行周期不同。上下行公共配置信息示例6.2.4空口無線幀結構a)上下行公共配置信息兩套時隙格式參數圖樣1和圖樣2定義了兩個上下行傳輸周期，即P和P2。兩種不同上下行配比的傳輸周期串聯在一起，組成一個大的時隙配置周期。

需要注意的是，上下行公共配置信息中所述的時隙和符號是參考時隙和參考符號。上下行公共配置信息中包含的參考子載波間隔配置參數μref小于等于系統實際配置的子載波間隔配置參數μ。雙周期上下行公共配置信息示例6.2.4空口無線幀結構b)上下行專用配置信息上下行專用配置信息包含一組時隙配置信息，每組時隙配置信息包含一個時隙號和一組符號配置信息，分別記為slotIndex和symbols。對于時隙號所指示的一個時隙，UE采用相應的一組符號配置信息所定義的時隙格式，包括以下三種情況：①symbols=allDownlink時隙中的所有符號都是下行符號②symbols=allUplink時隙中的所有符號都是上行符號③symbols=explicit時隙前nrofDownlinkSymbols個符號是下行符號；后nrofUplinkSymbols個符號是上行符號；其余符號是靈活符號。6.2.4空口無線幀結構動態幀結構配置：通過下行控制信息（DCI）實現，包括兩種方式：①通過DCI格式2_0中的時隙格式指示（SFI）信息直接指示。②通過DCI格式0_0/0_1/1_0/1_1等上下行調度DCI直接實現。SFI指示：UE需要周期性的檢測包含SFI指示信息的DCI格式2_0，并根據SFI指示信息和基站通過高層信令配置的信息確定在一個上下行周期內各時隙和符號的傳輸方向。高層信令配置的信息至少包含以下信息：DCI調度：通過DCI進行動態調度并不是去改變幀結構，而是隱式地給出被調度符號的方向。①SFI-RNTI用于標識不同的UE信息②DCI-PayloadSizeDCI格式2_0的負載大小③servingCellId服務小區的ID④positionInDCI用于告知UE該小區相關SFI指示信息對應的字段在DCI中的位置⑤slotFormatCombination多組時隙格式組合⑥slotFormats包含一個或多個時隙格式6.2.4空口無線幀結構2.幀結構確定過程多級指示沖突解決多級指示過程可總結如下：第1步：先通過cell-specificRRC信令進行半靜態配置；第2步：（可選）通過UE-specificRRC信令進一步指示步驟1中剩余靈活時隙和符號；第3步：（可選）通過SFI指示步驟2以后剩余的靈活時隙和符號；第4步：（可選）通過DCI調度指示步驟3以后剩余的靈活時隙和符號半靜態幀結構配置動態幀結構配置6.2.4空口無線幀結構沖突解決：當多種幀結構配置信息同時存在時，如果不加以約束，就會發生沖突。在NR中采取定義各種配置信息的優先級的方式避免沖突。各配置層優先級規則如下表所示：從上述優先級關系可以看出，DCI級別的配置可以在半靜態配置基礎上進行進一步的靈活設計，基站可以通過SIF和DCI調度等方式實現更多符號的動態使用。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路圖為NR物理信道和參考信號分類。用戶設備使用下行鏈路接收下行信號，下行信號按照其功能分為下行物理信道和下行參考信號。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路下行物理信道與參考信號名稱功能簡介PDSCHPhysicalDownlinkSharedChannel/下行共享信道用于承載下行用戶數據PDCCHPhysicalDownlinkControlChannel/下行控制信道用于上下行調度、功控等控制信令的傳輸PBCHPhysicalBroadcastChannel/廣播信道用于承載系統廣播消息DMRSDemodulationReferenceSignal/解調參考信號用于下行數據解調PT-RSPhaseTrackingReferenceSignal/相噪跟蹤參考信號用于下行相位噪聲跟蹤和補償CSI-RSChannelStateInformationReferenceSignal/信道狀態信息參考信號用于下行信道測量、波束管理、SS/PBCH/Block無線鏈路測量、精細化時頻跟蹤等SSSynchronizationSignal/同步信號用于時頻同步和小區搜索MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路1) PDSCHPDSCH是用于下行數據傳輸的物理信道，將從MAC層接收到的傳輸塊通過一系列處理，轉化為天線端口發射的無線信號。PDSCH對接收到的MAC層信息的處理流程如圖所示。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路①信道編碼：對承載的原始比特信息進行CRC添加；②加擾：編碼后的比特流在比特域上進行加擾，擾碼序列由無線網絡臨時標識符和小區ID決定，會變為隨機化加擾序列；③調制：加擾后的比特序列將被轉化為調制符號。④層映射：通過層映射，調制符號按順序依次被循環地置于各層上進行傳輸，NR中支持最多8個層的同時傳輸；MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路⑤天線端口映射：獲取各層調制符號后，通過預編碼矩陣將其映射至一組天線端口。對于PDSCH傳輸，由于DM-RS和PDSCH采用相同的預編碼，因此對于用戶設備是透明的；⑥時頻資源映射：將發往各個天線端口的調制符號映射到不同時頻資源塊上。在調度的時頻資源塊上，按照先頻后時的順序。⑦速率匹配：對于一定數量的待傳調制符號，通過速率匹配將其匹配到被調度的傳輸資源上。速率匹配不僅與被分配的時頻資源有關，還受到諸如參考信號、控制信道等占用資源數量的影響。從前向兼容性的角度，NR還引入了基于資源塊的OFDM符號級別的速率匹配圖樣，同時支持基于LTECRS的速率匹配圖樣。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路2) PDCCHPDCCH是用于承載DCI的物理信道。根據被攜帶的DCI功能的不同，可將其劃分為幾種格式：包括上行調度授權、下行調度分配、用戶屬性參數指示等。DCI0_0和DCI0_1負責上行PUSCH的調度DCI1_0和DCI1_1負責下行PDSCH的調度DCI2_0負責向一個組的UE通知slot格式DCI2_1負責向一個組的UE通知不可用的PRB和OFDM符號DCI2_2負責PUCCH和PUSCH的發射功率控制（TransmitPowerControl，TPC）指令傳輸DCI2_3負責一個或者多個UE的一組SRS的TPC指令MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路

PDCCH承載的調度信息成為凈荷，經過編碼、加擾、調制后，需要映射到控制資源集合（ControlResourceSet,CORESET）中，一個CORESET占用連續的時頻資源集合，具體包括一定數量的RB和1~3個OFDM符號長度。

CORESET分為初始BWP內的CORESET，稱為CORESET#0，以及連接態BWP內的CORESET。前者由初始接入過程中的PBCH通知，后者由RRC專有信令通知。CORESET中包括多個控制信道單元（ControlChannelElement,CCE），CCE為承載PDCCH的基本資源單位。

PDCCH使用QPSK調制，具體支持1、2、4、8和16個CCE，用于PDCCH的鏈路自適應。一個CCE由多個資源單元組（ResourceElementGroup,REG）組成，一個REG包括一個OFDM符號上的一個RB。上述PDCCH、CORESET、CCE、REG、RB的關系如圖MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路CORESET所在的時域配置由搜索空間定義，搜索空間包括監測PDCCH的時隙周期、時隙偏移以及時隙內的符號位置。

搜索空間也分為初始BWP內的搜索空間，稱為搜索空間#0，以及連接態BWP內的搜索空間。前者由初始接入過程中的物理廣播信道（PhysicalBroadcastChannel，PBCH）通知，后者由RRC專有信令通知。

此外，搜索空間還規定了在CORESET內監測PDCCH的CCE位置，避免用戶設備盲檢測所有CCE造成功耗浪費。搜索空間規定的CCE位置對于不同CCE聚合等級的PDCCH是獨立的。從CCE角度的搜索空間還分為公共搜索空間和用戶設備特定搜索空間，前者跟用戶設備ID無關，后者跟用戶設備ID即小區無線網絡臨時標識（Cell-RadioNetworkTemporaryIdentifier,C-RNTI）相關，以便于錯開不同用戶設備的CCE位置，提升調度靈活性。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路3) PBCH

PBCH用于承載廣播信息，固定占用載波信道中間的6個RB。PBCH的結構和處理流程在節6.6.3描述。UE通過檢測PBCH得到以下信息：①小區的下行系統帶寬、鏈路層控制信道配置、系統幀號；②小區特定的天線端口的數目；③用于物理層及鏈路層控制信號的分集傳輸模式。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路4) 下行參考信號參考信號具有同步、頻偏估計和信道估計等多種功能。其中，DM-RS在端口分配方面非常靈活和可擴展。CSI-RS可以在時頻域低密度傳輸，適合于周期性傳輸。①PDSCHDM-RSDM-RS用于PDSCH解調時的信道估計。DM-RS的序列生成式為：其中"c(i)"為Gold偽隨機序列，協議定義了該Gold序列的生成式及產生器初始化參數。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路從頻域來看，DM-RS有兩種類型，分別記為Type1和Type2。不同的類型支持的最大端口數不同。其中Type1單符號最大支持4端口，雙符號支持8端口。Type2單符號最大支持6端口，雙符號支持12端口。具體采用哪種類型可以通過網絡設備指示。各端口可以通過頻分或碼分來復用。從DM-RS時域映射位置來看，也可以將DM-RS分為兩種類型，記為TypeA和TypeB。TypeA的DM-RS從一個時隙的第3或第4的符號開始映射。而TypeB位于PDSCH的第一個符號，因此TypeB的DM-RS映射可以根據PDSCH所在的位置調整。進一步的DM-RS還包括前置DM-RS和額外DM-RS。可以簡單理解，在高速場景中，由于移動速度導致的信道變化較快，因此需要在時域上添加額外的DM-RS來增強信道估計的準確性。下面從不同的維度，來介紹DM-RS的不同類型。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路②PDCCHDM-RS針對PDCCH，也有專門用于其解調的DM-RS。

其基本特征和PDSCH的DM-RS類似，是為了在解調PDCCH時，進行信道估計。相比較于PDSCH的DM-RS，PDCCH的DM-RS有如下區別：1.只支持單端口發射，而PDSCH的DM-RS為了支持多用戶MIMO傳輸，可以從多個端口中配置DM-RS端口，PDCCH僅支持非正交DM-RS的MUMIMO傳輸。2.PDCCHDM-RS的頻域密度跟PDSCHDM-RS有所不同，PDCCHDM-RS在一個資源塊中占用3個RE。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路③CSI-RSCSI-RS主要用于信道質量測量、干擾測量、波束測量、無線資源管理測量和時頻精同步等功能。具體分為零功率（zero-power,ZP）CSI-RS和非零功率（non-zero-power,NZP）CSI-RS。其中，ZP-CSI-RS資源上的功率為零，主要用于測量干擾。CSI-RS采用的序列生成式為：

其中，"c(i)"為Gold偽隨機序列，該Gold序列不同于PDSCHDM-RS的Gold序列，其生成式與PDSCHDM-RS的Gold序列生成式相同，但產生器初始化參數不同。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路CSI-RS是用戶設備特性來配置的。多個端口對應的CSI-RS通過碼分、頻分和時分來復用。如圖所示的16端口的CSI-RS圖樣，其中橫軸表示OFDM符號，縱軸為子載波。16個端口的CSI-RS采用時分、頻分和碼分來復用，圖中不同圖案表示的是不同的碼分組，每個碼分組中包括4個端口。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路④PT-RSPT-RS用于跟蹤相位噪聲的變化，主要用于高頻段，用于接收端進行相位補償算法的設計。PT-RS的序列生成方式和DM-RS一致，可參照上述DM-RS相關介紹。PT-RS的時域密度可以為{1,2,4}個符號，頻域密度可以為{2,4}個資源塊，具體由網絡設備指示。在進行資源映射時，從調度PDSCH的第一個符號開始映射，需要避開DM-RS所在的位置。具體示例如圖所示。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路⑤SSSS用于時頻同步和小區搜索。

其中：

主同步信號（PrimarySynchronizationSignal，PSS）用于符號時間對準，頻率同步以及部分小區的ID偵測；

從同步信號（SecondarySynchronizationSignal，SSS）用于幀時間對準，CP長度偵測及小區組ID偵測。SS的傳輸流程見節6.6.3。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路下行鏈路自適應1) 下行資源分配下行調度分配中包括PDSCH的關于鏈路自適應的調度信息，比如時頻資源分配、調制編碼方式等。時頻資源分配包括時域資源分配和頻域資源分配，前者是分配哪些OFDM符號用于PDSCH傳輸，后者是分配哪些虛擬資源塊用于PDSCH傳輸。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路①時域資源分配首先，網絡可以預先通過RRC信令配置時域資源分配表格，表格中的每一行包括時隙偏移量、起始OFDM符號以及數據占據的OFDM符號數量、時域資源分配類型。其中，時隙偏移量指示下行調度分配的PDCCH到PDSCH之間的時隙間隔，起始符號和符號數量用于指示具體時隙中的符號位置。

時域資源分配類型包括類型A和類型B，前者對應的起始符號只能位于時隙中的前四個符號，符號數量支持3到14；后者對應的起始符號可以位于時隙中的前12個符號，符號數量只支持2、4和7。

此外，未配置上述RRC信令協議定義幾種默認的時域資源分配表格MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路然后，下行調度分配的DCI中包括時域資源分配指示域指示上述表格中的某一行，通過這種聯合指示方式用戶可以獲取時域資源分配信息。相比較于獨立指示每一行中的各種參數，該聯合指示方式可以節省下行調度分配中的比特開銷。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路②頻域資源分配協議定義了兩種頻域資源分配類型，即類型0和類型1。對于類型0，頻域資源分配基于比特位圖映射，指示粒度為資源塊組，資源塊組的大小跟BWP帶寬相關，比特位圖中的每一比特代表對應的資源塊組是否被分配。類型0可以使網絡靈活分配連續或者非連續的資源塊組，但開銷相比于如下類型1較大。對于類型1，頻域資源分配直接指示起始資源塊和連續的資源塊數量，該類型由于只能分配連續的一段資源塊，因此靈活性不如類型0，但是可以降低比特開銷。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路上述頻域資源分配的資源塊均為虛擬資源塊，而實際上下行數據的傳輸是在物理資源塊上承載，因此從資源分配階段到真實的數據傳輸階段之間存在虛擬資源塊到物理資源塊的映射。頻域資源分配類型為0，只支持虛擬資源塊到物理資源塊的直接映射；頻域資源分配類型為1，DCI中可以指示直接映射，還可以指示交織映射，具體映射方式由DCI的“虛擬資源塊到物理資源塊的映射”指示域確定。DCI中還包括“BWP指示符”，通過這個比特域可以從多個BWP中指示一個激活BWP，即網絡可以指示用戶設備在多個BWP之間動態切換。相應的，上述類型0和類型1的頻域資源分配只會在上述激活BWP內進行。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路2) 調制編碼方式下行調度分配的DCI中還包括PDSCH的調制編碼方式（MCS）指示信息I_MCS，即MCS是通過DCI中的字段I_MCS來查表指示。協議中定義了3張MCS表格，分別對應正常碼率、高碼率和低碼率。I_MCS在DCI中為5比特字段意味著每個表格最大32行，其中一些行中規定了調制階數、編碼速率和頻譜效率，還有一些行是預留的只包括調制階數，主要用于重傳調度。I_MCS會指示MCS表格中的某一行，用戶可以根據指示確定PDSCH所采用的MCS。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路作為示例，表6.9給出了協議中的第一張MCS表格。Qm表示調制階數，調制階數2、4、6、8分別對應QPSK、16QAM、64QAM、256QAM。第一張MCS表格對應的頻譜效率范圍為0.2344~5.5547bit/s/Hz，最高調制階數為6對應64QAM。第二張MCS表格對應的頻譜效率范圍為0.2344~7.4063bit/s/Hz，最高調制階數為8對應256QAM。第三張MCS表格對應的頻譜效率范圍為0.0586~4.5234bit/s/Hz，最高調制階數為6對應64QAM，但相對于第一張MCS表格，降低了頻譜效率，主要用于uRLLC業務。同一種調制方式還對應有不同的打孔方式，對應不同的編碼速率。編碼速率R表示編碼前比特數與編碼后比特數的比值；頻譜效率代表每資源單位上承載的原始比特數，具體值為R×Qm。*編碼速率R=編碼前比特數/編碼后比特數=傳輸塊中信息比特數/物理信道總比特數=信息比特數/（物理信道總符號數×調制階數）=頻譜效率/調制階數。索引

IMCS調制階數

Qm編碼速率R×[1024]頻譜效率021200.2344121570.3066221930.3770322510.4902423080.6016523790.7402624490.8770725261.0273826021.1758926791.32621043401.32811143781.47661244341.69531344901.91411445532.16021546162.40631646582.57031764382.56641864662.73051965173.02932065673.32232166163.60942266663.90232367194.21292467724.52342568224.81642668735.11522769105.33202869485.5547292reserved304reserved316reservedMobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路3）傳輸塊指示

用戶設備確定了PDSCH的時頻資源分配信息和MCS之后，可以進一步確定PDSCH中傳輸的傳輸塊大小。

如圖，包括如下步驟：MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路

MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路

MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路第3步：

量化、查表得到傳輸塊大小：將中間信息比特數進行量化，并根據量化后的信息比特數，在網絡有關傳輸塊大小的配置表格中查找，得到最接近但不小于量化后的信息比特數的傳輸塊大小。量化信息比特數：：：MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路下行調度1) 動態調度動態調度是指網絡通過DCI通知用戶設備如何進行PDSCH接收。具體下行調度分配的DCI格式1-0和格式1-1的字段描述如表所示。

DCI格式1-0DCI格式1-1DCI格式識別1bit1bit載波指示/0or3bits

BWP指示/0~2bits頻域資源分配指示帶寬相關帶寬相關時域資源分配指示4bits0~4bitsVRB-to-PRB映射1bit0or1bitPRB捆綁大小指示/0or1bit速率匹配指示/0~2bits零功率CSI-RS觸發/0~2bitsMCS，TB15bits5bitsNDI，TB11bit1bitRV，TB12bits2bitsMCS，TB2/5bitsNDI，TB2/1bitRV，TB2/2bitsHARQ進程號4bits4bits下行分配指示2bits0,2,4,6bitsPUCCH功控參數2bits2bitsPUCCH資源指示3bits3bitsPDSCH到HARQ反饋定時3bits0~3bits天線端口/4~6bits傳輸配置指示/0or3bitsSRS請求/2or3bitsCBG傳輸信息/0,2,4,6,8bitsCBG清空消息/0or1bitDM-RS序列初始化/1bitMobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路2) 半持續調度與使用DCI進行動態調度和資源分配不同，半持續調度（Semi-PersistentScheduling，SPS）傳輸由高層RRC信令配置，提前預留和分配周期性的時頻資源，經常用于語音等固定周期，固定業務量的典型業務。雖然這種調度方式不夠靈活，但是好處在于節省DCI開銷，不需要每次都發送動態信令。SPS的配置主要通過RRC信令配置PDSCH的周期、HARQ進程數等信息，然后用DCI進行激活和釋放。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路3) 下行編碼塊組傳輸由于NR協議可以支持發送非常大的傳輸塊大小，因此會分段成非常多的編碼塊。但HARQ反饋是基于傳輸塊的，因此一旦少量編碼塊解碼錯誤，用戶設備還是會針對該傳輸塊反饋NACK，進而網絡需要對整個傳輸塊進行重傳，造成重傳效率降低。因此，協議引入了基于編碼塊組（code-blockgroup,CBG）的HARQ反饋機制，即將傳輸塊包括的多個編碼塊分組，HARQ反饋基于每個CBG。此時，某個CBG解碼錯誤，網絡只需要重傳該錯誤的CBG，從而提高了重傳的傳輸效率。具體如下圖所示，一個傳輸塊（TransportBlock,TB）分為4個CBG編碼傳輸，如果用戶設備只正確接收CBG2和CBG3，那么基站只需要重傳CBG1和CBG4，不需要重傳CBG2和CBG3。MobileCommunicationTheory6.2.5下行鏈路4) 下行打孔指示打孔指示也稱作搶占指示。uRLLC業務和eMBB業務共存時，為了優先傳輸突發uRLLC業務以保障uRLLC業務對時延的要求，在uRLLC業務到來時將會打孔已經分配給eMBB的資源。uRLLCPDSCH對eMBBPDSCH已分配的資源打孔，導致eMBBPDSCH的解碼性能受損。因此，在eMBBPDSCH傳輸之后，網絡會發送該打孔指示，指示eMBB用戶設備之前的eMBBPDSCH中的哪些時頻資源被打孔了。這樣用戶設備解碼該eMBBPDSCH時可以將相應位置的軟信息置零，或者在HARQ重傳合并時，對于有打孔指示的資源位置的信息不做軟合并。該打孔指示由DCI格式2_1指示，具體以OFDM符號為粒度進行指示，6.2.6上行鏈路6.2.6上行鏈路UE使用上行鏈路向gNB發送上行信號，按照其功能分別分為上行物理信道和上行參考信號。上行物理信道與參考信號名稱功能簡介PUSCH上行共享數據信道用于承載上行用戶數據PUCCH上行公共控制信道用于HARQ反饋、CQI反饋、調度請求指示等L1/L2控制信令PRACH隨機接入信道用于用戶隨機接入請求信息DMRS解調參考信號用于上行數據解調、時頻同步等PT-RS相噪跟蹤參考信號用于上行相位噪聲跟蹤和補償SRS測量參考信號用于上行信道測量、時頻同步、波束管理等表6.11

上行物理信道與參考信號6.2.6上行鏈路承載應用場景物理上行共享信道（PUSCH）公共控制信道（CCCH）UE在無RRC連接時向gNB傳輸控制信息專用控制信道（DCCH）UE在有RRC連接時，點對點地向gNB傳輸控制信息專用業務信道（DTCH）UE通過專用業務信道向gNB點對點地傳輸用戶業務數據。1.物理上行共享信道（PUSCH）針對沒有嚴格時延要求的eMBB業務，gNB可以使用DCI動態調度UE傳輸PUSCH。為了滿足uRLLC的低時延需求，同時為了降低NR語音之類的周期性小包業務的調度信令開銷，采用：①第一類配置授權PUSCH傳輸②第二類配置授權PUSCH傳輸6.2.6上行鏈路PUSCH的傳輸模型如下圖所示，包括以下步驟：①追加傳輸塊CRC和編碼塊CRC②信道編碼和速率匹配③加擾④數據調制⑤層映射，變換預編碼，空間預編碼⑥物理資源和天線端口映射圖6.28PUSCH處理流程圖6.2.6上行鏈路①上行資源分配時域資源分配：包括配置PUSCH所在的時隙、時域長度、以及在時隙中的起始OFDM符號索引。頻域資源分配：分為兩種類型，類型0和類型1。特性資源調度方式頻域資源分配類型0支持非連續頻域資源分配，開銷大gNB通過資源塊組的比特位圖指示。類型1僅用于連續頻域資源分配，開銷小。gNB會通過高層信令半靜態地指示。上行頻域分配方式6.2.6上行鏈路②免調度傳輸和重復傳輸通常為了完成基于動態調度的PUSCH傳輸，gNB和UE之間需要完成以下5步握手，如下圖所示。由于在傳輸PUSCH之前需要交互多次信令，因此會造成較長的時延。圖6.30基于調度的PUSCH傳輸過程6.2.6上行鏈路免調度傳輸在第一類配置中，UE接收到參數配置后，可立即使用所配置的傳輸參數在配置的時頻資源上進行PUSCH傳輸。在第二類配置中，采用兩步的資源配置方式，UE不能立即使用該高層參數配置的資源和參數進行PUSCH傳輸。重復傳輸為提高傳輸的可靠性，上行免調度PUSCH支持重復傳輸，重復傳輸的次數K={1、2、4、8}由高層參數repK配置。配置方式配置內容第一類配置授權PUSCH傳輸由高層參數ConfiguredGrantConfig配置時域資源、頻域資源、DM-RS、開環功控、MCS、波形、冗余版本、重復次數、跳頻、HARQ進程數等第二類配置授權PUSCH傳輸時域資源的周期、開環功控、波形、冗余版本、重復次數、跳頻、HARQ進程數等6.2.6上行鏈路③跳頻為使UE在發送占用RB數較小的PUSCH時也能獲得頻率分集增益，在采用第一類資源分配方式（連續RB分配）時使用。1.時隙內跳頻：在一個時隙中的PUSCH分成前后兩個分段。2.時隙間跳頻：在不同時隙內重復的PUSCH可以按照預先定義的規則采用不同的連續RB進行傳輸。通常UE會被配置多個跳頻偏移值。圖6.31PUSCH時隙內跳頻和時隙間跳頻6.2.6上行鏈路④功率控制在無線通信中，gNB可以通過控制UE的上行發射功率以提高信道容量，緩解小區內不同UE的遠近效應，同時降低小區之間的干擾。在NR中，PUSCH的上行功率控制主要包括開環功率控制，閉環功率控制以及其他一些調整量。⑤MIMO傳輸模式PUSCH的傳輸分為兩種模式：基于碼本的傳輸和非碼本的傳輸。基于碼本的傳輸：用于信道不具有互異性的FDD系統中。非碼本的傳輸：通常用于具有上下行信道互異性的TDD系統。當UE采用CP-OFDM波形發送上行PUSCH時，UE可將一個碼字最多映射到4空間層，采用閉環空分復用的方式進行同時發送，從而充分利用收發多天線來提高傳輸的頻譜效率；為了提高UE上行覆蓋，當UE采用DFT-S-OFDM波形來發送PUSCH時只支持一個空間層。6.2.6上行鏈路2.物理上行控制信道(PUCCH)用于UE向基站發送上行控制信息（UCI）1)格式和資源配置NR中支持5種不同格式的PUCCH，均支持時隙內跳頻。其中format3/4需要應用變換預編碼操作。表6.12不同PUCCH格式基本信息UCI大小信道編碼1Repetitioncode2Simplexcode3-11ReedMullercode>11Polarcode表6.13UCI的信道編碼6.2.6上行鏈路2)HARQ_ACK/SR/CSI反饋上行控制信息（UCI）中包括以下信息：3)上行控制信息復用PUSCH當UE發送PUCCH的資源和發送PUSCH的資源在時域上有重合時，為了避免由于同時傳輸而導致的PAPR的升高，NR支持將UCI和PUSCH承載的傳輸塊（TB）復用到一起，共同使用PUSCH的時頻資源上進行傳輸。可以與PUSCH復用的UCI包括ACK/NACK和CSI。ACK/NACK反饋用于下行數據信道接收的HARQ-ACK信息調度請求(SR)用于上行數據信道調度的資源請求信道狀態信息(CSI)信道狀態信息測量的上報反饋信息，包括信道質量指示(CQI)、預編碼矩陣標識(PMI)等6.2.6上行鏈路4)跳頻和重復傳輸PUCCH通常在頻譜上占用的帶寬有限。為了克服無線信道的頻率選擇性衰落，UE可以采用時隙內跳頻來提高PUCCH傳輸的魯棒性。此外，對于長格式PUCCH（格式1/3/4）可以配置時隙間的重復傳輸，在配置重復傳輸后，還可以進一步通過時隙間跳頻傳輸獲得頻率分集增益。5)功率控制PUCCH功控是基站調整UE在PUCCH上的上行發射功率的過程，主要用于保證PUCCH傳輸性能，以及減少對鄰區的干擾。圖6.33初始接入時PUCCH時隙內跳頻示意圖圖6.34PUCCH時隙間跳頻示意圖6.2.6上行鏈路3.物理隨機接入信道(PRACH)UE在進行隨機接入過程中，會使用PRACH來傳輸隨機接入前導碼。gNB通過接收PRACH來區分不同用戶發送的前導碼，并估計gNB和UE之間的雙向傳輸時延（RTT）。在初始接入時，UE會從可用的集合中隨機選擇一個發送。為避免發生沖撞，要求前導碼的序列設計能夠提供足夠多具有良好互相關特性的序列。故NRRelease15支持兩種長度的premable序列：①對于1.25kHz和5kHz子載波間隔的前導碼使用長度LRA=839的Zadoff-Chu序列，滿足：②而對于15kHz、30kHz、60kHz和120kHz子載波間隔的前導碼使用長度LRA=139的Zadoff-Chu序列，滿足：gNB通過檢測不同的根序號u和循環移位來區分不同的前導碼序列。6.2.6上行鏈路3.物理隨機接入信道(PRACH)UE在發送前導碼時尚未完成上行同步。為了克服小區內遠近用戶的RTT的差異，因此協議在前導碼序列之前加上循環前綴（CP），并在前導碼序列之后預留保護時間（GT）。圖6.35PRACH格式B1的接收時序示意圖6.2.6上行鏈路3.物理隨機接入信道(PRACH)gNB會通過高層信令RACH-ConfigGeneric配置UEPRACH發送機會的配置參數，主要包括：時域資源指示指示發送機會所在的系統幀號、子幀時隙號、子幀中PRACH時隙的個數，PRACH時隙中PRACH發送機會的起始符號以及持續符號數；頻域資源指示msg1-FDM：指示在同一時刻支持的頻分復用的PRACH發送機會個數；msg1-FrequencyStart：指示頻域最低PRACH發送機會的起始RB序號；功率控制配置preambleReceivedTargetPower指示gNB側PRACH的目標接收功率其余配置包括聲明PRACH發送失敗前的最大PRACH次數，RAR接收窗口的長度以及PRACH序列零相關配置等6.2.6上行鏈路4.上行參考信號SRS（探測參考信號）DM-RS（解調參考信號）PT-RS（相位跟蹤參考信號）①SRS為了進行上行信道探測，基站可以給終端設備配置SRS。SRS主要有兩方面用途：1、用于上行信道質量的估計，從而用于上行調度、波束管理等；2、在TDD系統上下行信道互易情況下，利用信道的對稱性，可以估計下行信道質量，例如下行SU/MUMIMO中的權值計算等。SRS可以被配置為周期性傳輸、半靜態傳輸、非周期性傳輸。6.2.6上行鏈路②DM-RS（解調參考信號）a)PUSCHDM-RS用于對PUSCH進行相干接收解調，以提高數據解調的性能。1、采用CP-OFDM波形的PUSCH：為便于在網絡中靈活配置上下行，NR協議采用上下行對稱設計；2、采用DFT-S-OFDM波形的PUSCH（在覆蓋受限場景使用），PUSCH只支持單流傳輸；當采用時隙內跳頻時，需保證兩個跳頻分段中都包含DM-RS，以便UE針對不同的跳頻段進行信道估計。圖6.36DFT-S-OFDM波形中單符號前置PUSCHDM-RS圖樣示例6.2.6上行鏈路b)PUCCHDM-RSPUCCHformatDM-RS生成方式DM-RS特點format0無DM-RSformat1在時域的偶數符號上進行映射，在時域呈梳狀結構，在頻域連續映射。format2根據NR定義的基于Gold序列的偽隨機序列確定在頻域呈梳狀結構。format3同format1序列長度與對應PUCCH格式所占RB數正相關。format46.2.6上行鏈路

圖6.38相噪使DFTS-OFDM64QAM高階星座發生旋轉MobileCommunicationTheory6.3

無線接入網架構6.3無線接入網架構MobileCommunicationTheory6.3無線接入網架構-gNB和ng-eNB通過Xn接口相互連接-gNB和ng-eNB通過NG接口連接到5GC,更具體地說：通過NG-C連接到AMF(接入和移動管理功能)，通過NG-U連接到UPF(用戶面功能)

MobileCommunicationTheory6.3.1非獨立組網-獨立組網架構NSA組網架構圖

使用現有的4G基礎設施，進行5G網絡的部署，即5G基站作為輔助基站，輔助4G基站進行數據傳輸，核心網統一使用4G核心網，基于NSA架構的5G空口僅承載用戶數據，其控制信令仍通過4G空口傳輸。MobileCommunicationTheory6.3.1非獨立組網-獨立組網架構SA組網架構圖由5G獨立組網，即新建5G網絡，使用新的5G基站和5G核心網。SA組網的5G網絡能夠充分支持波束賦型、按需系統信息廣播、5G的切片和精細化QoS等5G特定功能。MobileCommunicationTheory6.3.2中心單元—分布式單元架構5G支持對gNB進行功能分割由中心單元（CentralizedUnit,CU）和分布式單元（DistributedUnit,DU）兩部分共同組成gNB，從空口協議棧看將RRC、SDAP層以及PDCP層部署在CU其余的RLC層、MAC層以及PHY部署在DUCU/DU切分是為了實現靈活部署。控制面和時延不敏感的用戶面功能可以部署在距離用戶更遠的位置，以在更大的地理區域進行統一協調和數據匯集而對時延敏感的用戶面功能部署在距離用戶更近的位置，以實現低時延傳輸，保障數據傳輸的QoS。Ng-RAN架構圖MobileCommunicationTheory6.3.2中心單元—分布式單元架構Ng-RAN內既可以有一體化的Gnb，也可以有Gnb-CU和Gnb-DU兩部分組成的Gnb。一個Gnb-DU只能連接到一個Gnb-CU，而一個Gnb-CU可以連接到多個Gnb-DU。Gnb-CU和它連接的Gnb-DU在其它Gnb和5GC看來就是一個Gnb。gNB-DU、gNB-CU-CP和gNB-CU-UP的連接關系如圖gNB-DU、gNB-CU-CP和gNB-CU-UP的連接關系圖MobileCommunicationTheory6.3.2中心單元—分布式單元架構

gNB有CU/DU切分和gNB-CU進一步有CP/UP分離情況下的空口協議棧分布如下圖。可見，RLC、MAC和PHY等協議層在gNB-DU中實現，而PDCP及以上協議層在gNB-CU中實現。空口協議棧分布圖MobileCommunicationTheory6.3.2中心單元—分布式單元架構在實際網絡部署中，gNB-DU功能可能存在進一步的切分，即將空口協議棧中的部分物理層功能拉遠，常見的是射頻拉遠。射頻拉遠將基帶和中頻保留在gNB-DU，而射頻功能部署在遠端的遠端射頻頭（RemoteRadioHead,RRH）中。射頻拉遠可以進一步實現網絡靈活部署，同時降低運營商的資產成本和運營成本，但它也可能存在部署前傳光纖困難的情況MobileCommunicationTheory6.4核心網架構和基本信令6.4

核心網架構和基本信令MobileCommunicationTheory6.4.1核心網架構5G網絡架構按照網絡的基礎功能分為控制面網絡功能和用戶面網絡功能兩個部分。用戶面網絡功能負責對用戶報文進行轉發和處理，主要包含基站的轉發功能和一個或者多個用戶面功能。控制面網絡功能負責對UE執行接入鑒權、移動性管理、會話管理、策略控制等各類控制。

MobileCommunicationTheory6.4.1網元功能網元名稱英文全稱中文名稱功能AMFAccessandMobilityManagementFunction接入與移動性管理功能執行注冊、連接、可達性、移動性管理。SMFSessionManagementFunction

會話管理功能負責隧道維護、IP地址分配和管理、UP功能選擇、策略實施和QoS中的控制、計費數據采集、漫游等。UPFUserPlaneFunction用戶面功能分組路由轉發，策略實施，流量報告，Qos處理。AUSFAuthenticationServerFunction

認證服務器功能實現3GPP和非3GPP的接入認證。PCFPolicyControlFunction

策略控制功能統一的策略框架，提供控制平面功能的策略規則，包括UE接入策略和QoS策略。UDMUnifiedDataManagement

統一數據管理生成3GPPAKA鑒權憑據，服務終端的網絡功能注冊管理，處理用戶標識，短消息管理NRFNetworkRepositoryFunction

網絡存儲功能提供網絡功能注冊和發現，可以使網絡功能相互發現并通過API接口進行通信NSSFNetworkSliceSelectionFunction

網絡切片選擇功能根據UE的切片選擇輔助信息、簽約信息等確定UE允許接入的網絡切片實例NEFNetworkExposureFunction

網絡開放功能對外提供各網絡功能的能力，轉換內外部信息AFApplicationFunction

應用功能代表應用與5G網絡其他控制網元進行交互，包括提供業務QoS策略需求、路由策略需求MobileCommunicationTheory6.4.2核心網基本信令流程注冊與移動性管理可達性管理Qos管理會話管理核心網基本信令流程MobileCommunicationTheory6.4.2注冊與移動性管理在移動通信系統中，UE一般處于不斷移動的狀態。移動性管理是指5GC根據UE的業務進行情況轉換UE的狀態，并保證UE在移動過程中的數據傳輸連續性。在5GC中，主要由AMF網元負責UE的注冊與移動性管理功能，包括UE的注冊和去注冊、移動性限制和移動性模式管理等。

5G網絡定義了UE的兩種注冊狀態，分別是已注冊狀態以及去注冊狀態。在UE尚未注冊到網絡時，處于去注冊狀態，此時UE無法在網絡中傳輸業務數據。在UE準備發送或接受業務數據之前，需要先完成到網絡的注冊，此時UE變為已注冊狀態。而當UE因為手機關機等原因從網絡中注銷時，會變成去注冊狀態。

MobileCommunicationTh