从局部到整体5G系统观课件.pptx

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1、,VR,XXX 通信研究院XXX,移动通信“系统观”（预览版）,2,商用在即,2019年3月中国移动5G测试套餐出炉，50元包5000G；2019年1月，第三阶段测试结束，预示国内5G网络达到预商用 水平；2019年1月，XXX全球第一部搭载完整5G功能手机XXX APEX发 布2018年12月，三大运营商5G频普分配方案终于落定。,正式商用！,2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联 通、中国广电四家运营商发放5G商用牌照，这标志着中国正 式进入5G商用元年；2019年6月25日，中移动启动“中国移动5G+计划”；2019年6月26日，XXX在上海MWC发布5G商用终端，以

2、及助 力5G的120W快充和AR眼镜。,2017年12月，中国电信公布成都、雄安、深圳、上海、苏州、兰 州六个城市为5G规模试点城市。2018年1月，中国联通在北京、天津、上海、深圳、杭州、南京、雄安 7 城市进行 5G 试验；2018年2月，中国移动宣布武汉和杭州、上海、广州和苏州5G试验网五大城市，建设约100个5G基站；2018年2月，XXX在MWC2018发布5G APEX概念机。,第一波刺激,标准发布,2017年12月，3GPP完成了5G非独立组网（NSA）标准制定；2018年6月，3GPP发布独立组网标准，是首个完整的5G国际标准。,紧锣密鼓,2018年12月8日，中国移动发布了5

3、G终端产品白皮书， 提出了“5G网络领航计划” 宣布全面启动17城市的5G规模 试验和应用示范；2018年9月20日，中国电信5G外场成功打通基于5G独立组网 标准的端到端呼叫。,5G来了！,3,虚拟现实/增强现实,车联网/自动驾驶,物联网,大数据+AI,5G是什么？,5G+教育,5G+医疗,5G+能源,5G+工业,5G+智慧城市,面从微观到宏观，了解移动通 信系统发展历史、系统模型、 架构与演进规律。,系统观串讲不同“层”流程，将技 术过程与用户行为关联，实 现对5G系统的全面直观理解,课程目标,我的移动通信“ 系统观”,点从底层到高层、从接入网到 核心网，全面了解5G网络单 点技术、信令和

4、流程,4,01,02,03,04,CONTENTS,第三章：能力核心-物理层,第四章：控制大脑-高层,第五章：创新基地-核心网,05,6,第一章：历史、演变与趋势第二章：系统观-从生活到技术,7,第一章,历史、演变与趋势,目录,从一切靠“吼”的古代通信，到 利用电缆实现的有线通信，再到 通过无线电波传播的移动通 信，通信技术是如何一步步 走来的？,8,过去,从“过去”我们看到了什么？ 速度、容量还是通信技术未来发 展的最重驱动力吗？如果不是， 那还会是什么？,未来,从5G的爸爸、爸爸的爸爸聊起,TEXT 2,1875年，贝尔发明电话机,1843年，贝思发明 传真,摩尔发明电报,古代通信代表：烽

5、火传讯、信鸽传书、击鼓传声、风筝传讯、天灯、良马日行千里 效率：10bit/天？,现代通信代表：AMPS、GSM、WCDMA、LTE、5GNR效率：xx kbit/sxxGbit/s近代通信代表：电报、有线电话、无线电广播效率：xx bit/sxx kbit/s,什么驱动着通信技术 的发展？,9,电的时代,？,无线时代,一切靠“吼”的时代,在基础科学还未启蒙的 年代，信息只能靠原始 的形式低效的传递。,随着物理学、数学等基 础学科的发展，人们对,无线通信技术赋予了更 多的期望。,？,电磁辐射理论和电磁感 应理论的发展使得通信 插上了电的翅膀。,通信发展的基石与驱动力,速 度 容 量 的 追 求

6、,基础学科的进步,基础学科的进步是通信技术进步发展 的基石！对速度和容量的追求是通信技术发展 的最大驱动力！,启示,10,通信系统如何一路走来？,11,从纸筒电话谈起,输入变换器,信道,输出变换器,信宿,信源,噪声+干扰,纸筒,棉线,纸筒,耳朵,嘴巴,环境声,通过“看得见摸得着”的固定媒介进行传 输，保密性强；传输信道相对稳定，干扰小；收发端位置相对固定；部署成本高。,有线通信的特点,12,13,调制,解调,输入变 换器,信道,输出变 换器,信宿,信源,噪声+干扰,编码,译码,信道,输入变 换器,输出变 换器,信宿,信源,噪声+干扰,调制,解调,升级后的通信系统,想传输的更远,更可靠，更高效,

7、信源编码,信道编码,物理信道,射频发射,压缩数据减少信源冗余，提高通信有效性,人为增加冗余，提高数据传输可靠性,原始模拟信号,采样与量化,移动通面临的问题更多、 更复杂！,14,骨干的现实-移动通信（1）,多用户且资 源受限,引入导频进行信道估计；引入MCS应对传输能力变化；引入高层拆包组包组装合适的TB；,信道不确 定性,信道传输 能力可变,引入各种多址方式提高频谱效率；引入随机接入机制提高系统容量；引入动态调度和资源分配机制；,可管可控运营需求,物理层、MAC层、RRC层、NAS层等信令 体系；集中式的接入网、核心网控制节点；安全、鉴权和注册机制；核心网签约管理和策略功能；,15,能耗受限

8、,业务多样 性,多样化的QoS,引入Radio Beam、QoS flow以实现QoS区分控 制；引入核心网网络切片等功能；引入接入网信道优先级机制；物理层各种灵活配置：多种ULDL子帧配置、子载波间隔配置、BWP配置等；,引入高层RRC多状态机制和DRX、DTX机制；引入BWP机制和PDCCH非连续监控；引入核心网MICO机制；引入功率控制机制；,骨干的现实-移动通信（2）,引入切换、位置管理、寻呼机制；引入移动性测量、上报机制；引入同步机制；,移动特征,位置与信号质量可变,16,5G RAN,UE,UPF,Internet,AUSP,NEF,SMF,PCF,NRF,UDM,AF,AMF,5

9、G核心网,LTE核心网,LTE RAN,“总线”,NG-RAN,MME,UE,LTE RAN,SGW,PGW,Internet,HSS,PCRF,LTE,核 心 网,5G核 心 网,物理层,MAC层,RLC层,PDCP层,SDAP层,物理层,MAC层,RLC层,PDCP层,SDAP层,物理层,MAC层,RLC层,PDCP层,RRC层,NAS层,物理层,MAC层,RLC层,PDCP层,RRC层,NAS层,AMF,物理层,数据链路层,IP层,UDP层,GTP-U,物理层,数据链路层,IP层,SCTP层,NG-AP,UE,gNB,Internet,AUSP,NEF,SMF,PCF,NRF,UDM,A

10、F,“总线”,用户面,信令面,UPF,IP层,IP层,复杂的移动通信系统,17,18,调度MCS（编码、调制） 映射,信 道 特 征,系统整理与理解,时域,频域,导频,物理层,RRC,物理层,RRC,导频,导频测量,反馈,反馈,测量反馈,gNB,干扰,数据,数据,L2,L2,调度 算法,结合信道特征、干扰特征、运 用香农信息论等最新理论和技 术，考虑频谱效率需求、设计 目标，构建一个鲁棒的，高效 率的，物理传输信道,适 配 底 层,屏 蔽 底 层,配置与控 制,提供基站的控制手段，实,现各种高层功能，如连接 管理、配置管理、测量管 理、资源管理等。,适配底层，提供合适的 传输格式和传输块大小；

11、屏蔽高层，实现QoSflows映射,核心网,提供后台网络对接入网 和用户的控制手段，实 现上层功能，如位置管 理、切换、寻呼与业务 请求、会话管理等。,速度和容量是移动通信从1 G到4 G 的绝对驱动力！,19,2018年,2G应用：数字语音+文字 速率：数十数百Kbps,4G应用：多媒体+宽带 速率：100M1Gbps,5G应用：V2X，VR/AR，AI 速率：Gbps,3G应用：多媒体速率：2数十Mbps,从1G到5G的蜕变！1973年1991年2000年2008年,技术推动应用，应用影响生活！,1G应用：模拟语音 速率：？,未来又会怎样？,20,从一切靠“吼”的古代通信，到 利用电缆实现

12、的有线通信，再到 通过无线电波传播的移动通 信，通信技术是如何一步步 走来的？,21,过去,从“过去”我们看到了什么？ 速度、容量还是通信技术未来发 展的最重驱动力吗？如果不是， 那还会是什么？,未来,04,03,05,01,02,06,能耗,22,成本,效率,用户体验速率100Mbps甚至G级10Mbps,流量密度10Mbit/s/m20.1Mbit/s/m2,峰值速率20Gbps1Gbps,移动性500Km/h350Km/h,时延1毫秒级10ms,连接数密度1百万/Km210万/Km2,5G关键性能指标（ITU-2015年）,网络架构的演变,MME,UE,LTE RAN,SGW,PGW,S

13、5/S8,Internet,HSS,PCRF,5G RAN,UE,UPF,Internet,AUSP,NEF,SMF,PCF,NRF,UDM,AF,AMF,5G核心网,LTE核心网,LTE RAN,“总线”,NG-RAN,4G网络架构,5G网络架构,核心网和接入网解耦 用户面和控制面分离 基于服务的网络架构 业务多样性能力增强,23,24,核心网接入网解耦,支持多种类型的接入网系统；接入网提供独立的接入能力；核心网提供统一的汇聚和编排能力；支持非3GPP系统。,特征,适用于短距离覆盖和室内覆盖场景,适用于低速移动，高速连接 场景,相对低廉的部署和使用成本,被广泛的应用和接纳,我们的移动通信技术

14、，也许 并不适用于所有应用场景。 而美好的未来，需要我们开 放、包容。,启示,25,用户面和控制面分离,MME中会话管理相关控制面功能迁移到SMF中；PGW中策略管理等相关控制面功能 迁移到SMF中；UPF独立承担用户面功能,特征,用户面由SGW和PGW组成， 用户面部署不够灵活,MME同时涉及移动性管理和会话管理控制面功能,PGW同时具备用户面和控制 面功能,不利于实现SDN和NFV等技术,移动通信系统特别是用户面 向更加“专业”计算机网络 发展，将有利于吸收和融合 计算机网络新技术，并最终 与之融合。,启示,26,基于服务的网络架构,传统网元拆分；网络功能服务自动化管理；网络通信路径优化；

15、网元间通信机制优化,特征,传统网元间的信令/数据路径复杂， 不利于降低处理时延,传统网元间采用专用接口，兼容性和 扩展性不强,传统网元属于专用硬件，功能与硬件耦 合，无法实现独立升级和演进,移动通信网络从“专用网络 ”向开放的网络发展。从“ 提供什么你用什么”向“你 需要什么我提供什么”转变。传统的通信网络传统网元功能大而全，导致硬件专用性强，成本昂贵,启示,27,业务多样性能力增强,支持基于QoS flow的服务质量体系；支持网络切片实现更具个性化的能 力提供；提供针对物联网、车联网的专项优 化技术。,特征,“一网多用”、“专网专用 ”的思路已经不再适用于差 异化巨大的业务需求,启示,业务需

16、求的差异扩大，从技术层面看，极限需求无法使用常规的方式满足。,大而全的后台网络，不利于新业务的 引入和编排，灵活性不够。,采用专网的方式不利于资源利用率， 大大增加了网络成本。,这些变化意味着什么？,28,驱动力,无处不在！,借鉴与融合,垂直业务,随着5G系统的商用， 速度、容量等移动通 信演进的传统动力已 不再是技术发展的唯 一的追求目标。,实现真正意义上的无 处不在的网络连接（万物连接）是移动 通信系统追求的终极 目标。,随着技术和需求的发 展，移动通信融合如 AI等新兴技术成为再 次点燃移动通信活力 的契机。,随着技术和需求的发展， 移动通信作为基本能力， 融入并助力其他行业成为 移动通

17、信未来发展的重要 趋势和动力。,统一与包容,实现全球统一的技术 标准是移动通信系统 商用的基本需求。而 接纳并融合多样化的 接入网技术是移动通 信发展的现实需要。,移动通信的未来发展趋势,移动通信未来发展趋势对“标准人”提出了更高的要求，也提供了更多可能！,29,回到技术本身,30,移动通信系统到底是如 何工作的？,31,第二章,系统观：从生活到技术,目录,用户行为很简单，但,中国移动,XXX,32,开机玩手机移动,初始接入过程,业务发起过程,移动性管理过程,33,稀缺资源“频谱”,3.3GHz频段,3.5GHz频段,4.9GHz频段,26GHz频段,39GHz频段,100MHz,3.3GHz

18、,3.4GHz,200MHz,3.6GHz,4.8GHz,5GHz,24.75GHz,27.5GHz,37GHz,42.5GHz,Sub 6GHz,Above 6GHz,200MHz,2.75GHz,5.5GHz,0Hz,10Hz10kHz,人声频谱,698MHz 806MHz,广电,2G/3G/4G,2.6GHz 3.3GHz 3.6GHz 4.8GHz,5GHz,24.75GHz,27.5GHz,37GHz,42.5GHz,Above6GHz（FR2）5G,n258,34,Sub6GHz（FR1）5Gn77n79,n260,工作频段 (band xx),频率范围,3.3GHz,3.6GHz

19、4.8GHz,5GHz,n77,n79,信道带宽,50M,保护频带,保护频带 传输带宽,4.9GHz,从宏观到微观认识频谱资源,频谱资源怎么复杂！手机如何找到网络呢？,频域,时 域,12个子载波=1RB,14个符号=1slot,资源网格,RE,35,不同国家、不同运营商、 在不同的地理位置，为用 户提供服务的具体频率资 源是不同的。因此，终端 开机第一个动作是找到当 前位置有网络存在的频谱 位置。,搜网,网络你在哪里？,同步,和你对个时间？OFDM系统是一个同步系 统，因此，在接收网络侧 任何数据之前，首先要做 的就是和网络实现同步， 获得下行时序。,开机后的第一个动作：搜网、同步与系统消息接

20、收新手机就是个“小白”！0102,系统信息接收,告诉我你的配置！通信系统系统消息很多， 所以需要分MIB、SIBx接 收，还指出on demand SI.MIB中传最重要信息，包 括接收其他系统信息的 “方法”,03,“需要接收网络侧信息 来进行判断。”,有网络存在但并不表示 可以使用！如何解决？,那又如何实现网络侧数据的接收呢？,“配置太多了咋办？”,同步后不知道网络侧配置也无法接受数据！,分类分阶段按需接收！首先告诉你接收方法！,36,系统消息接收过程中的高层动作-NAS层,问题：是可用网 络？,当前尝试接入的网络我 们并没有验证是否可用！移动？电信？联通？3G？4G？5G？,NAS层动作

21、,物理层动作,RRC层动作,PLMN选择,搜网/同步/系统消息接收,触发,37,问题：在哪里驻 留？,确认了可用网络，但应 该在哪个小区驻留呢？可以收到N个小区信号,系统消息接收过程中的高层动作-RRC层,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,搜网/同步/系统消息接收,PLMN选择,触发,Cell选择,触发,38,开机,搜网,同步,接收系统消息,用户行为,物理层行为,RRC层行为,NAS层行为,流程小结,PLMN选择,Cell选择,触发,39,触发,UE找到有网络存在的频谱，通 过下行同步找到了系统信息位置， 并根据预设方式完成主要网络配 置的接收， 最终根据配置完成 “可用网络”和“合适小

22、区”的 选择。,状态回顾,前面的所有动作都是终端的单方 行为，网络侧并不知道有终端的 存在，也并未与终端进行任何联 络。网络如何判断UE是否合法，是否欠费，是否可以为之提供服务？,后续动作,随机接入前的状态,总之，目前要做的事情就是和基站建立联系，交互信息！,40,U E 如何与网络建立联系呢？,41,42,上行时序,考虑到上行传输时 延， UE 不知道什 么时候发数据基站 才能收到。,身份标识,上行功率,考虑到UE 与基站 存在距离， UE 不 知道用多大功率发 送上行数据。,上行资源,基站不知道UE 的 存在， 也不会为 UE 分配传输上行 数据的资源。,为了后续操作的方 便，物理层需要给

23、 UE 分配一个身份 标识。,完成上行同步；完成上行功率控制；上行资源分配；无线临时标识分配。,功能,开机后的第二步：随机接入,1,A.系统消息,B.Msg1:Preamble,2,3,C.Msg2:RAR(via PDCCH/PDSCH),5,E:Msg4:竞争解决（via PDCCH/PDSCH）,D.Msg3:via PUSCH,4,F：HARQ ACK,获得RACH Occasion配置、Preamble配置信息,应用系统消息中的RAR窗 口配置，并在窗口内接 收RAR,从Msg2收到Msg3是否预,编码，Msg3的子载波间 隔的参数并生成Msg3,开启竞争解决timer，等 到Msg

24、4,U E 物理层完成接收数据的所有准备！, 通过搜网，获得了可用网络的资源位置； 通过同步和随机接入TA获取，完成了下行和上行同步； 通过系统消息接收过程，获得了网络侧的配置 和UE配置，包括：发起随机接入的时频位置（触发上行业务）；监控Paging消息的时频位置（监控下行业务）； 通过随机接入过程获得了UE的物理层标识符（ 识别自己的数据）；,43,随机接入中的高层动作-RRC层,问题：如何向基站报到？,虽然通过系统消息接收，UE获 取了大部分的配置信息，但这 些配置是针对所有UE的公共配 置。基站还需要建立一个直接控制UE行为的渠道。 此外， 为了匹配当前环境（信道状态等）提高特定UE的

25、 能 力 ， 需 要 配 置 一 些 UE specific的参数指导UE行为。,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,RRC连接建立,随机接入过程,触发,44,问题：如何向核心网报到？,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,随机接入中的高层动作-NAS层,注册,RRC连接建立,随机接入过程,触发,触发,45,虽然建立了RRC连接，但UE和 核心网并没有实现任何沟通。 核心网无法为UE提供任何服务。需要建立与核心网的信令连 接；UE需要验证当前接入网络的合法性、核心网也需要验证UE 合法性；核心网需要为UE建立安全机 制；,流程小结,PLMN选择,Cell选择,开机,搜网,同步,接收系统消

26、息,用户行为,物理层行为,RRC层行为,NAS层行为,随机接 入过程,RRC建立,注册,触发,触发,触发,触发,若此时UE没 有业务发起/ 接收，则UE 会进入： RRC IDLE或 INACTIVER态,46,到现在为止， U E 和网络都做好 了接收/ 提供服务准备！,47,此时， 若用户有业务发起， 协议 又何如工作？,开机玩手机移动,初始接入过程,业务发起过程,移动性管理过程,48,UE物理层做好了接收和发送 数据的准备。完成了核心网的注册过程， 但RRC连接处于断开状态。若UE移动，可进行小区重选；,状态回顾,若UE有上行业务需要发起，协议 如何工作？若网络侧有UE下行数据到达，协

27、议如何工作？,后续动作,业务发起前的状态,UE处在节能状态，并保持与网络的最小沟通渠道（Paging监控），随时准备接收或发起业务。,49,50,处于IDLE 态的UE 并不会时刻监控网 络，那在何时可以 通知UE 有业务到 来呢？何时,网络无法实时监控 进入IDLE 态的UE 的准确位置，那若 有业务到来，在哪 里可以找到UE 呢？何地,对于物理层来说， 如何识别此处有 Paging消息， 又如 何识别此处有发给 我的寻呼消息？何“人”,业务发起第一步：找到你,gNB1,Last serving gNB,UPF,UE inRRC_INACTIVE,RAN pagingtrigger,RAN

28、paging(Xn),Paging UE(in RNA),RAN Paging,DL数据到达,gNB2,RAN paging(Xn,),gNB1,gNB3,AMF,RAN paging(GN),Paging UE(in RA),UE in IDLE,gNB2,RAN paging(GN),UPF,数据缓存,CN Paging,数据缓存,在哪里找到你？-何地,问题：在哪里找到你,由于 UE 处在节能的IDLE 态（ 或INACTIVE态）， 没有和 网络建立信令连接，因此，网 络并不知道UE的准确位置，而 只维护UE大致位置。因此，网络需要首先知道在哪个大致范围可以寻呼到UE。,更新时刻,更新时

29、刻,更新周期T,RA区域B移动,RA区域A,周期性更新（周期性注册）,移动性更新（移动性更新注时册刻）,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,周期注册/移动性注册,RRC连接建立,随机接入过程,触发,触发,51,什么时候可以找到你？-何时,问题：何时可以找到你？,处于IDLE或INACTIVE态的UE处于节能的原因，并不会时刻 监听Paging，而是间歇性的醒 来监听（DRX）。如何在和网络没有任何信息实时交互的前提下，知道网络什么时候给我发Paging？站在系统角度，如何确保所 有UE都有公平的被寻呼机会？,寻呼时机,寻呼系统帧,UE和网络各自通过UE_ID和SFN（系 统帧编号）计算PF

30、（考虑配置的DRX 周期）。,UE和网络各自通过UE_ID计算PO。,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,PF、PO计算,根据配置参数,根据分配的UE_ID,系统消息中获 得的SFN,52,如何准确识别你？-何人,问题：如何准确识别你？,对于物理层来说，无论是用户 数据，还是RRC、NAS信令， 都是数据。如何识别当前收到的下行调 度是包含Paging消息？一个寻呼消息中可能包含对多个UE的寻呼，如何识别是 否有针对自己的寻呼？,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,识别,在PO内监控调度（即DCI）,获取Paging消息（从PDSCH获得）,解码Paging 消息,UEID 1,UE识

31、别,Paging消息识别,UE根据加扰DCI的特定临时标识符（P-RNTI）来识别本次调度是否传输Paging消息。,UE RRC层或NAS层分配的UE ID来识别本次 Paging是否包含自己的。,识别,53,流程小结,用户行为,物理层行为,RRC层行为,NAS层行为,开机,玩手机,位置更新,CN/RAN寻呼,PF/PO,计算,Paging消 息接收,Paging解析,54,55,业务发起第二步：建立连接,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,随机接入过程,gNB,UE,NAS连接,RRC连接N2连接,AMF,PDN连接,UPF,建立RRC连接,触发,Servicer 请求,触发,PDU会

32、话建立,触发,若业务由UE触发，则整个流程 从随机接入起始。若业务由网络触发，则整个流 程从Paging起始,流程小结,用户行为,物理层行为,RRC层行为,NAS层行为,开机,玩手机,位置更新,CN/RAN寻呼,PF/PO,计算,Paging消 息接收,Paging解析,随机接入,触发,触发,服务请 求,RRC连接建 立触发,PDU会话建立,触发,56,经过物理层的搜网、同步、系 统消息接收和高层的注册过程， 终端已经做好接收业务的准备；通过Paging，网络找到UE。并 通过随机接入触发业务请求为 UE建立用户面的PDU会话。完成随机接入的UE处于RRC连 接态，并监控网络是否有自己 的数据

33、调度。,状态回顾,监控：监控什么？在哪里监控？ 怎么识别是否有自己的数据？传输：在哪里传输自己的数据？,后续动作,数据传输前的状态,UE通过监控基站发送的下行控制信息DCI获取调度信息，进而获得自己数据的资源位置。,57,业务发起第三步：数据调度,监控PDCCH,监控UE通过监控下行物理 控制信道PDCCH来接 收基站物理层控制信 令。其中，数据调度 也由PDCCH指示。,01,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,Search Space和 CORESET参数配置,UE监控所有潜在 Occasion位置,Slot,PBR0,PBRn2,12个PRB,CORESET指示,Period=4sl

34、ot,Search Space 指示,UE利用C-RNTI解扰成功则表示该 DCI是给自己的,RNTI解扰验 证,利用Search Space和CORESET来联合指示监控位置,58,通过PDCCH UE可 获得的自己的调度 信息，并根据此获 得传输数据的 PDSCH时频位置。,接收PDSCH,传输,02,业务发起第三步：数据传输,S:开始符号,L:持续长度,nPDCCH k02,2PDSCH,Slot n,PDCCH指示PDSCH位置,59,根据PDCCH获得的DCI来获取PDSCH的时频位置,流程小结,用户行为,物理层行为,RRC层行为,NAS层行为,开机,玩手机,位置更新,PF/PO,计

35、算,CN/RAN寻呼,Paging消 息接收,Paging解析,随机接入,触发,RRC连接建立,服务请求,触发,触发,PDU会话建立,触发,PDCCH监听,数据接收/ 发送,60,开机玩手机移动,初始接入过程,业务发起过程,移动性管理过程,61,用户行为-移动,测量,切换,小区重选,UE通过测量当前的RSRQ/RSRP/SINR来判断后续行为；,处于IDLE/INACTIVE态UE根据RRC配置 规则和策略自行控制驻留小区；,处于CONNECTED态的UE需要在网络控制下完成切换；,上报,62,无论是IDLE/INACTIVE态的小区选择/重选，还是CONNECTED态下的切换，其测量行为的

36、相关参数都由RRC配 置。,基站配置UE执行,测量,01,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,参数配置,UE执行测量,L1/L3滤波,移动性行为的判决依据,系统广播SIB25,RRC建立 后,通过RRC信令为UE配置测量行为和上报行为,测量配置,测量上报,满足上报条件后，UE执行上报,基站决策切换,基于UE的测量上报，基 站决定是否切换。,S准则相关参数，处理小区选择行为,小区选择,小区重选,R准则相关参数，处理小 区重选行为。,小区选择/重选/切换,63,RA区域B,更新时刻,RA区域A,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,参数 配置,UE执 行测量,L1/L3,滤波,小区 选择,小

37、区 重选,小区选择,注册更新,随机接入,RRC连接,注册请求,小区选择/重选与切换,RA区域B,切换时刻,RA区域A,NAS层动作,物理层动作,RRC层动作,UE执 行测量,参数 配置,L1/L3滤波,测量 上报,切换,随机接入,RRC流程,其他流程,切换,随机接入,RRC流程,其他流程,小区选择/重选,切换,64,寻呼流程,调,服务请求,初始接入过程,注册流程,开机,玩手机,同步,搜网,系统消息接收,PLMN选择,小区 选择,随机接入,注册 请求,触发,触发,IDLE或 INACTIVE态,注册流程（位置更新）,PF/PO计算,物理层 行为,接入网高层行为,NAS层,CN/RAN寻呼,地理位

38、置,资源位置,Paging接收,Paging解析,随机 接入,触发,RRC建立,服务 请求,PDU会话建立,触发,RRC建立,PDCCH监听,用户 行为,触发,流程总结,65,物理层、高层、N A S 层是 些神马东东？,66,OSI、TCP/IP模型与通信协议层OSI模型即开放系统互联模型（Open System Interconnection），由国际标准化组织提出， 一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架。而所谓的TCP/IP模型这是基 于OSI七层模型和IETF制定的TCP/IP协议，形成的事实标准。,适配介质,01物理层负责利用物理传输介质为 数据链路层提供物理连接，

39、以便透明地的传送比特流。 研究在不同介质上，如何 将信息转换成实际信号并 实现高效传输的问题；,屏蔽底层提供可靠传输,数据链路层数据链路层将数据分帧， 并处理流控制。屏蔽物理 层，实现网络层数据包在 不同物理层介质的匹配和 可靠传输；,02,寻址和路由,03网络层网络层通过寻址来建立两 个节点之间的连接，为源 端的传输层送来的分组选 择合适的路由和交换节点， 正确无误地按照地址传送 给目的端的运输层；,可靠，透明传输机制,04传输层为上层用户提供一个端到 端的可靠、透明和优化的 数据传输服务机制,67,OSI、TCP/IP模型与通信协议层,表示层,应用层,Bit,帧,分组,段,消息,消息,消息

40、,1层头+,2层头+,3层头,+,4层头 +,5层头+,Data,7层头,6层头,+,Data,7层头,+,层处理就是封装和解封装的过程，通过增加 包头并利用包头中的信息进行对等层的信息 交互，从而实现每层的功能目标。,68,5G接入网、核心网协议栈,物理层,MAC层,RLC层,PDCP层,SDAP层,NAS层,NAS层,AMF,物理层,数据链路层,IP层,UDP层,GTP-U,UE,gNB,Internet,AUSP,NEF,SMF,PCF,NRF,UDM,AF,“总线”,用户面,信令面,UPF,IP层,69,为什么移动通信协议和O S I 、T C P / I P 模型有比较大的区别？,7

41、0,RRC和NAS层从本质上来说就是应用层，其功能是实现UE与基站，UE与核心网节点之间的信令传输。,接入网拓扑结构相对互联网要简单很多，不存在多点之间 的传输问题。因此，没有必要设置网络层和传输层来实现 数据的路由和寻址；,5G接入网与开放模型的差异,RRC和NAS？,没有网络层和传输层,接入网采用无线传输，较固定电缆复杂很多,无线相比有线来说信 息传输泄露和篡改的 风险更大，因此在接 入网的L2增加了 PDCP子层，实现对 用户数据和信令的加 密和完整性保护功能,加 密 与 完 整 性 保 护,服 务 质 量,资 源 受 限,接入网数据传输采用 无线承载的概念以保 证用户QoS，因此， 在

42、L2新增SDAP子层，以实现核心网 QoS Flow到无线承载 之间的映射和管理。,无线资源受限，为了 保证多用户QoS和公 平性，因此在L2的 MAC子层设置了复用 和优先级管理功能。,无线传输比有线传输更容 易受到环境的影响而造成两 传输失败，因此，在L2的级 MAC子层和RLC子层采用 重 了双层的可靠性保障机制 传 （HARQ、ARQ），以实现可靠性和传输效率的平衡。,无线信号动态变化幅度 大，物理层实际传输能力自动态变化。因此在L2的适MAC子层增加了自适应的应调制与编码功能（MAC控制，物理层执行），在RLC子层设置对高层数据 包的分段和级联功能，以 匹配物理层变化。,71,5G接

43、入网与开放模型的差异,72,物理信令、R R C 信令、N A S 信令？,73,74,物理层信令,gNB,PHY,MAC,RLC,PDCP,RRC,NAS,PHY,MAC,RLC,PDCP,RRC,NAS,UE,码,编,映射,PDCCH,由基站侧物理层产生完成编码，直 接映射到由CORESET和Search Space联合定义的物理资源。UE侧 物理层盲检PDCCH解析后获得DCI。,传输,DCI,解映射,物理时频资源,解析,75,MAC CE,gNB,PHY,MAC,RLC,PDCP,RRC,NAS,PHY,MAC,RLC,PDCP,RRC,NAS,UE,传输,由基站MAC层产生，可以和用

44、户 DL数据复用到同一个的传输块， 由基站物理层映射到PDSCH资源（由PDCCH指示调度信息）。在 对端由UE物理层解调并递交给UE MAC层解析；,PDSCH,H MAC CE,PDCCHPDSCH,调度,MAC,H CE,调度计划PDSCH,PDSCH,物理时频资源,76,RRC信令,gNB,PHY,MAC,RLC,PDCP,RRC,NAS,PHY,MAC,RLC,PDCP,RRC,NAS,UE,传输,由基站RRC层产生复用到信令无线 承载（SRB0SRB3），并由 PDCP（对于SRB0 PDCP仅透传）、RLC层和MAC做分段等操作后，与DL数据复用到同一个传输块，由基站物理层映射到

45、PDSCH资 源。在对端，由物理层解调递交到 UE RRC解析；,调度计划,PDCCH,调度,MAC SDU,PDSCH,H,H RLC,SDU,H PDCP,SDU,MAC SDU,H,H RLC,SDU,PDCP,H SDU,PDSCH,PDSCH,PDSCHPDSCH,PDSCH,ASN.1 RRC编码块 信令,物理时频资源,ASN.1 RRC,编码块 信令,77,NAS信令,gNB,PHY,MAC,RLC,PDCP,RRC,NAS,PHY,MAC,RLC,PDCP,RRC,NAS,UE,传输,由AMF产生，经过NG-C接口传输 给基站，基站不做解析，封装如 RRC信令中传输给UE。UE

46、解析后，递交到UE NAS层解析,调度计划,PDCCH,调度,PDSCH,PDSCH,PDSCH,PDSCH,NAS信令,NAS信令,MAC SDU,PDSCH,H,H RLC,SDU,H PDCP,SDU,ASN.1RRC编 码 块 信 令,MAC SDU,H,H RLC,SDU,PDCP,H SDU,ASN.1 RRC编码块 信令,物理时频资源,信令之间的“嵌套”关系,物理时频资源PDSCHRRC信令,NAS信令,对于物理层来说，其他任何来自上层的数据或信令都“一视同仁”，作为物理层纯负荷在PDSCH中传输；NAS层信令嵌套在RRC信令中，通过RRC信令由基站透传 给UE。,MAC CE,

47、78,5G信令体系比较,79,5 G 是如何实现哪些超能力的？ 系统灵魂： 物理层！,80,81,第三章,能力核心-物理层,目录,高层信令,用户数据,物理层,物理层,高层信令,用户数据,适配介质特征,适配介质特征,物理层在通信系统中的角色,对高层信令或数据的“无差别”传输；对传输介质的特性适配实现数据高效传输,实现更高的速率、频谱利用率和可靠性,MIMO、Beamforming、CoMP等技术实现,82,资源结 构-时域,83,资源结构-频域,5G物理层-能力核心！,初始接入,随机接入,寻呼,下行控制信道,共享信道,上行控制 信道,参考信号,波束管理,帧和子帧的概念,帧在以太网中指的是不同协议

48、间实现数据传输的数 据封装格式。在移动通信中，帧表示物理层的时域 资源的调度组织单元。,时域,子帧,当前信道状 态支持的传 输能力,PHY,MAC,复用,映射,信道1 信道2 信道3,调度,84,5G帧、Slot和OFDM符号,1无线帧=10子帧=10slots=10ms,1子帧=1slots=1ms,1无线帧=10子帧=160slots=10ms,15kHz,问题,1ms的子帧长度导致固有的调度时延，无法支持URLLC；固定的子帧结构对不同带宽、时延需求的 业务无法灵活匹配。,5G的技术改进,85,支持5种不同的子载波间隔，对应5种不同的子帧时域长度和频 域宽度。不同的子载波间隔可灵活配置。

49、一个slot的时域长度从最大1ms到最小0.0625ms，支持更加多样 化的业务需求。,问题,LTE仅支持7种标准化定义的上下行子帧比例，对业务的多样化需求支持不佳；后期引入了动态TDD技术，但引入了额外 的小区间干扰、资源浪费问题，且调整灵 活性不足（10ms）。,5G的技术改进,5G以Slot甚至是OFDM符号为单位来分配上下行资源比例。协议支持通过DCI信令来灵活的调整上下行资源比例，并预定 义了55种标准化结构（协议预留最高支持254种结构）。协议支持利用Cell specific和UE specific的RRC信令来进一步自定义UE上下行子帧比例；,上下行子帧比例,86,已经足够了吗

50、？A C K / N A C K 时延如何降低？,87,自包含子帧和Mini slot,DL控 制,DL数据,UL数据,UL控 制,DL,UL,Slot based,Slot,问题,一般情况下DL调度和UL传输以及下行接收 和UL反馈须不同Slot内进行，这导致数据 传输时延较大；数据传输需要从slot边界开始，无法快速响 应传输需求。,5G的技术改进,为了降低调度、数据发送和ACK/NACK反馈之间的时延，可以 将调度部分、数据部分和反馈信道包含在一个Slot内，进而极 大降低时延；为了进一步支持小数据包的低时延传输，5G允许数据部分在Slot的任意位置（任意OFDM符号编号）发起，并只占用