5G小知识分享

5G小知识分享

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/2301_80812554/article/details/146144996

5G技术作为新一代移动通信技术，正在改变我们的生活和工作方式。本文将为您详细介绍5G技术的基础知识，包括5G NR的3GPP版本、三大应用场景、TDD与FDD的区别、5G网络架构（NSA和SA）、5G NR协议、接入流程、帧结构以及频段频点计算等内容。

5G基础知识

一、5G NR 3GPP版本

• R15：NSA/SA基础架构，定义eMBB核心功能。
• 作用：R15版本定义了5G的初始架构，支持增强型移动宽带（eMBB）功能。
• R16：增强uRLLC（时延降低至0.5ms）、引入网络自动化管理（SON）。
• 作用：R16版本增强了超可靠低时延通信（uRLLC）功能，引入了网络自动化管理，提高网络的效率和可靠性。
• R17：RedCap（轻量化5G终端）、AI/ML集成优化网络能效。
• 作用：R17版本引入了轻量化5G终端（RedCap），支持更多类型的设备接入，通过AI/ML技术优化网络能效。

二、三大应用场景

• eMBB（增强移动宽带）：大带宽、高速率（峰值速率>10Gbps）
• uRLLC（超可靠低时延通信）：空口时延<1ms，可靠性>99.999%
• mMTC（海量机器通信）：连接密度>100万/平方公里

三、TDD与FDD是什么

1.基本概念

TDD（Time Division Duplexing，时分双工）
定义：上行（终端到基站）和下行（基站到终端）共享同一频率，通过时间分割交替传输。
工作原理：在一个频率上划分不同的时隙（Time Slot），例如，前一半时间用于发送数据，后一半时间用于接收数据。

FDD（Frequency Division Duplexing，频分双工）定义：上行和下行使用不同的频率，两者同时进行传输。 工作原理：分配两个独立的频段，一个专用于上行，另一个专用于下行。

核心区别

优缺点对比

TDD优势：

• 灵活分配资源：根据上下行需求动态调整时隙比例（如5G中可配置为7:3或8:2）。
• 频谱高效：单频段支持双向通信，适合频谱资源紧张的场景。
• 适合非对称业务：如视频直播（下行流量远大于上行）。

TDD劣势：

• 同步要求高：需全网严格同步，否则会导致时隙干扰。
• 潜在干扰：远距离基站间时隙不同步可能引发交叉时隙干扰。

FDD优势：

• 低延迟：上下行同时传输，适合实时性要求高的业务（如VoLTE）。
• 抗干扰强：上下行频段隔离，减少同频干扰。
• 部署简单：频段固定，无需动态调整。

FDD劣势：

• 频谱利用率低：需成对频段，资源占用多。
• 灵活性差：无法根据流量需求调整上下行带宽。

5G网络架构

一、组网方案

• NSA（Option3系列）：依托4G核心网（EPC），数据分流锚点在eNodeB或gNodeB
  [非独立组网（NSA，Non-Standalone）] 非独立组网是指5G网络依赖于现有的4G网络，通过升级4G基站和核心网来支持5G功能。NSA模式下的5G网络可以快速部署，但功能受限。

• SA（Option2）：独立5G核心网，支持端到端网络切片
  [独立组网（SA，Standalone）] 是指5G网络完全独立于4G网络，拥有自己的核心网和无线接入网。SA模式下的5G网络可以提供完整的5G功能，包括网络切片、边缘计算等。

二、独立组网（SA）

1. 架构特点

• 核心网（5GC）
• AMF：接入与移动性管理
• SMF：会话管理
• UPF：用户面转发
• UDM：统一数据管理
• PCF：策略控制
• NSSF：网络切片选择
• 服务化架构（SBA）：基于HTTP/2协议，NF间通过服务化接口通信
• 无线接入网（NG-RAN）
• CU/DU分离架构：集中单元（CU）与分布单元（DU）功能解耦
• gNB：5G基站，支持NSA（非独立组网）与SA（独立组网）
• 接口协议
• Xn接口：gNB间接口
• F1接口：CU与DU间接口

2. 技术要点

• 频谱划分
• FR1（Sub-6GHz）：450MHz-6GHz，主流频段（如3.5GHz、2.6GHz）
• FR2（毫米波）：24.25GHz-52.6GHz，热点区域速率提升
• 网络切片
• S-NSSAI：单网络切片选择辅助标识
• 切片实例：逻辑网络，隔离不同业务（如eMBB、uRLLC）
• 关键网元：NSSF（切片选择）、NSMF（切片管理）

3. 优劣势

• 优势

• 完全发挥5G的各项性能，支持所有5G特性

• 网络架构简单，5G与4G仅在核心网级互通

• 终端成本较低，仅需支持NR一种无线接入技术

• 支持MEC（多接入边缘计算），实现低时延应用

• 安全性和开放能力强，支持网络能力的开放

• 劣势

• 部署成本高，需要新建5G核心网和无线接入网

• 运维成本高，需要管理全新的网络架构

三、非独立组网（NSA）

1. 架构特点

• 核心网（EPC）
• eNodeB：无线资源管理，IP头压缩和用户数据流加密， UE附着时的MME选择,用户面数据向s-Gw的路由，寻呼消息和广播信息的调度和发送，移动性测量和测量报告的配置。
• MME(Mobility Management Entity，移动管理实体)：ME为控制面功能实体，临时存储用户数据的服务器，负贵管理和存储UE相关信息，比如UE用户标识、移动性管理状态、用户安全参数，为用户分配临时标识。当U驻扎在该跟踪区域或者该网络时负责对该用户进行鉴权，处理ME和UE之间的所有非接入层消息。
• SGW(Serving Gateway，服务网关)：Sw为用户面实体，负责用户面数据路由处理，终结处于空闲状态的UE(用户终端设备)的下行数据，管理和存储U的承载信息，比如IP承载业务参数和网络内部路由信息。
• PGW(PDN Gateway，分组数据网网关)：PGW负责UE接入PDN的网关，分配用户IP地址，同时是3GPP和非3GPP接入系统的移动性锚点。用户在同一时刻能够接入多个PDN GT。
• HSS(Home Subscriber Server，归属用户服务器)：HSS存储并管理用户签约数据，包括用户鉴权信息、位置信息及路由信息。
• 无线接入网（NG-RAN）
• eNodeB：4G基站
• gNB：5G基站

2. 技术要点

• 频谱划分
• FR1（Sub-6GHz）：450MHz-6GHz，主流频段（如3.5GHz、2.6GHz）
• FR2（毫米波）：24.25GHz-52.6GHz，热点区域速率提升
• 双连接
• EN-DC：4G（LTE）与5G（NR）双连接，承载分流在PDCP层
• 切换流程：基于A3/B1事件测量，X2接口切换时延更低

3. 优劣势

• 优势

• 部署成本低，利用现有4G基础设施

• 部署速度快，可以快速提供5G服务

• 终端成本较低，支持LTE和NR双连接

• 劣势

• 5G功能受限，无法支持所有5G特性

• 网络架构复杂，5G与4G在接入网级互通

• 控制面时延和用户面时延受限于4G

• 不支持MEC（多接入边缘计算）

• 安全性和开放能力与4G网络一致

4.SA 和 NSA 的比较

四、5G NR 协议

• NGAP：5GC与gNB间控制面协议。
• 作用：用于5GC与gNB之间的控制面通信，管理连接和移动性。
• PFCP：SMF与UPF间用户面控制协议。
• 作用：用于SMF与UPF之间的用户面控制，管理数据会话和转发。
• GTP-U：用户面数据传输协议。
• 作用：用于用户面数据的传输，确保数据在不同网络节点之间的高效传输。

五、5G NR 接入流程

• 初始注册：UE→AMF→UDM鉴权→建立PDU会话。
• 作用：通过初始注册，终端与网络建立连接，完成鉴权和会话建立。
• PDU会话建立：SMF分配IP，UPF建立数据通道。
• 作用：通过PDU会话建立，终端获得IP地址，建立数据传输通道，开始数据传输。

5G NR 帧结构

1. 子载波间隔（SCS）：15 kHz、30 kHz、60 kHz、120 kHz。
2. 作用：不同的子载波间隔适用于不同的频段和应用场景，提供灵活的频谱利用和传输效率。
3. 取值：子载波间隔的取值有所不同
   LTE系统：子载波间隔固定在15kHz或者7.5kHz。
   5G NR系统：子载波间隔以15kHz为基准，再以2的μ次方递增，其中μ是NR的参数集numerology。例如：
   μ=0时，子载波间隔为15kHz；
   μ=1时，子载波间隔为30kHz；
   μ=2时，子载波间隔为60kHz；
   μ=3时，子载波间隔为120kHz；
   μ=4时，子载波间隔为240kHz
4. 时隙（Slot）：14个符号，时隙长度随SCS变化（1 ms到0.125 ms）。
5. 作用：时隙是调度和传输的基本单位，灵活的时隙长度支持不同的业务需求和频段特性。
6. BWP（带宽部分）：动态分配带宽，降低终端功耗。
7. 作用：通过动态分配带宽，可以降低终端的功耗，提高频谱利用率，支持不同的业务需求。
8. 帧（Frame）：由多个时隙（Slot）组成，是数据传输和资源调度的基本时间单位。
9. 核心作用： 确定系统的时间同步基准。
10. 帧结构
    D - 0
    U - 1
    S - 2
11. 帧周期（Frame Period）是无线通信系统中一个完整的帧（Frame）从开始到结束的时间长度，通常以毫秒（ms）为单位。
12. 计算帧周期
    子载波间隔=152μ
    单个时隙时域长度=1/2^μ
    通过单个时隙的长度，与帧结构相乘
    得到帧周期=1/2^μ符号数
    举例：
    子载波间隔=30khz 对应的μ值=1
    单个时隙长度=1/2^1=0.5
    DDSU的周期长度=0.5*4=2.0ms
13. 示例场景：
    智慧工厂（URLLC）：帧周期1 ms，子载波间隔120 kHz，确保机器人控制指令的实时性。
    4K直播（eMBB）：帧周期10 ms，子载波间隔30 kHz，最大化吞吐量。

频段频点计算

1.4G频段指示

4G的频段相对简单，根据TDD小区的频段指示和中心载频，来判断是否正确

2.5G频段指示

（1）低频实际频点

（2）高频实际频点

3.频谱划分（带宽表）

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（低频），另一个是我们通常称为毫米波（Millimeter Wave）（高频）。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。

FR1（Sub-6GHz）：低频

• • 频率范围：450 MHz - 6000 MHz
• • 特点：
• • 覆盖范围广：信号传播能力强，适合广域覆盖、密集城区覆盖以及室内穿透等场景。
• • 带宽：最大支持100 MHz的带宽。
• • 应用场景：主要用于实现5G网络的连续广覆盖、高速移动性场景下的用户体验，以及海量设备连接。
• • 主流频段：3.5 GHz、2.6 GHz等。

FR2（毫米波）：高频

• • 频率范围：24250 MHz - 52600 MHz
• • 特点：
• • 高数据速率：提供极高的数据传输速率和容量，适合需要大带宽和低延迟的应用场景。
• • 带宽：最大支持400 MHz的带宽。
• • 应用场景：主要用于固定无线接入、热点覆盖、高速移动宽带等需要大带宽和低延迟的应用场景。
• • 主流频段：26 GHz、28 GHz、39 GHz等

本文原文来自CSDN