3GPP關于5G若干技術規范摘錄（二）：NG-RAN總體架構（Ⅰ）

鐘 旻

3GPP TS 38.401-f90是關于5G無線接入網（ NGRA）總體架構的文件。這里給出了5G無線接入網（NGRAN）架構定義，以及無線接入網接口如下：

①信令與數據傳輸網絡的劃分。②5G無線接入網和5G核心網的傳輸功能完全劃分開來。用于5G無線接入網和5G核心網的尋址方式將不依賴傳輸功能的尋址方式。實際上，某些5G無線接入網或5G核心網功能保存在相同的設備中，作為某些傳輸功能但不成為5G無線接入網或5G核心網的傳輸功能組成部分。③用于無線資源控制連接的移動性完全由5G無線接入網控制。④5G無線接入網接口按下述原則定義。⑤通過接口的功能劃分選項盡量少。⑥接口基于通過該接口控制的實體的邏輯模型。⑦一個物理網絡元素可以實現多個邏輯節點。

1 Uu和NG接口的框架

1.1 概述

經Uu和NG接口的協議分為兩塊：一塊是用戶面協議，具有實現實際的數據協議單元（PDU）會話服務，即通過接入層載送用戶數據的協議；另一塊是控制面協議，具有用于控制PDU會話和來自不同方面的用戶設備（UE）與網絡之間連接的協議，這些不同方面包括申請服務，控制不同的傳輸資源以及切換等，還包括用于非接入層信息的透明傳輸。

1.2 用戶面

圖1給出了NG和Uu用戶面接口的連接協議，用以提供協議數據單元（PDU）會話資源業務。

圖1 NG和Uu用戶面

1.3 控制面

圖2給出了NG和Uu接口的控制面（信令）的協議棧。

圖2 NG和Uu控制面

（為了實現對移動通信網絡的控制、狀態監測和信道共用，必須要有完善的控制功能，移動通信信令就是用來表示移動通信系統狀態信息和完成移動通信系統控制功能的有效方法。信令需要在移動通信網的移動臺、基站、基站控制中心和移動交換中心之間傳輸，并對其進行分析、處理來形成一系列操作和控制，這也就是NG和Uu控制面協議要解決的問題。）

2 5G無線接入網（NG-RAN）架構

圖3是5G無線接入網（NG-RAN）總體架構，由一組通過NG接口連接5G核心網的gNB組成。

圖3 5G無線接入網（NG-RAN）總體架構

gNB：是向UE提供NR用戶面和控制面協議終端的節點，并且經由NG接口連接到5GC。一個gNB可以支持FDD模式、TDD模式或同時支持這兩種模式，gNB之間通過Xn接口互連。一個gNB可由一個gNB-CU和一個或多個gNB-DU組成，gNB-CU和gNB-DU之間通過F1接口連接，一個gNB-DU僅可以與一個gNB-CU連接。

gNB-CU：全稱gNB中心單元（gNB Central Unit），負責gNB的無線資源控制（RRC），業務數據適配協議（SDAP）和分組數據聚合協議（PDCP）的邏輯節點，或是控制一個或多個gNB-DU操作的en-gNB的RRC和PDCP協議的邏輯節點（en-gNB是向UE提供E-UTRA用戶面和控制面協議終端的節點，并且經由NG接口連接到5GC）。

gNB-DU：全稱gNB分布單元（gNB Distributed Unit），負責gNB或en-gNB的無線鏈路控制（RLC），媒質接入控制（MAC）和物理層（PHY）的邏輯節點，并且其操作部分地由gNB-CU控制。一個gNB-DU支持一個或多個小區，一個小區僅由一個gNB-DU支持。

NG、Xn和F1是邏輯接口。5G無線接入（NGRAN）分層為無線網絡層（RNL）和傳輸網絡層（TNL）。所謂NG-RAN架構，也即NG-RAN邏輯節點和它們之間的接口，定義為無線網絡層（RNL)部分。對于5G無線接入網的每一種接口（NG、Xn、F1),有關的傳輸層（TNL）協議和功能給予規定（定義），TNL為用戶面傳輸信令提供服（業）務。在NG-Flex結構中，每一NG-RAN節點連接到一AMF區內AMF集的所有AMF，支持至少一個切片并由NG-RAN支持。

3 gNB-CU-CP和gNB-CU-UP分離的總體架構

（在作者以前的5G有關講座中，曾闡明為適應5G的發展，用戶面與控制面是去耦（分離）的。）

gNB-CU-CP和gNB-CU-UP分離的總體架構如圖4所示。

圖4 gNB-CU-CP和gNB-CU-UP分離的總體架構

一個gNB由一個gNB-CU-CP，多個gNB-CUUP和多個gNB-DU組成；gNB-CU-CP通過F1-C接口連接到gNB-DU；gNB-CU-UP通過F1-U接口連接到gNB-DU；gNB-CU-UP通過E1接口連接到gNB-CUCP；一個gNB-DU僅連接到一個gNB-CU-CP；一個gNB-CU-UP僅連接到一個gNB-CU-CP。

注1：為有一定彈性，一個gNB-DU和/或一個gNB-CU-UP通過適當的實現方式可以連接到多個gNB-CU-CP；一個gNB-DU在同一gNB-CU-CP的控制下，可以連接到多個gNB-CU-UP；一個gNBCU-UP在同一gNB-CU-CP的控制下，可以連接到多個gNB-CU-CP。

注2：一gNB-CU-CP與一gNB-DU之間的連接（性），是由gNB-CU-CP利用承載上下文管理功能建立的。

注3：根據用戶設備（UE）服務申請，gNB-CUCP選擇一適當的gNB-CU-UP。在多個CU-UP情況下，它們處于相同的安全范圍。

注4：在gNB中內部的gNB-CU-CP切換期間，gNB-CU-UP之間數據轉發，可由Xn-U支持。

4 5G無線接入網（NG-RAN）節點中用戶設備（UE）的關聯

在NG-RAN節點中需要有若干類型UE的關聯：用于儲存一UE所需的所有信息的“上下文”，以及用于NG/XnAP UE關聯信息的UE和邏輯NG與Xn連接。

（1）NG-RAN節點UE上下文：一個NG-RAN節點UE上下文是一個關聯到一個UE的NG-RAN節點中的信息組。該信息組包含對激活的UE維持NG-RAN服務要求所必需的信息。一個NG-RAN的UE上下文，是在一個UE傳送到RRC CONNECTED完成時建立的，或是在目標NG-RAN節點中切換準備期間資源配置切換完成之后建立的。此時，UE的狀態信息，安全性信息、UE容量信息和關聯到邏輯的NG連接的UE識別，將包括在NG-RAN節點UE上下文中。

對于雙連接，一個NG-RAN節點UE上下文建立也是在次要的5G無線接入網（S-NG-RAN）節點完成S-NG-RAN節點附加準備處理之后建立的。若在一UE上下文建立或修改處理期間，在需要建立無線承載時，UE具有通過信令送到接收節點作為UE上下文建立或修改處理（程序）的一部分的能力。

（2）承載上下文：一個承載上下文，是一個在一gNB-CU-UP節點中，關聯到一個UE為通信通過E1接口的信息組，可包括關于數據無線承載，協議數據單元會話和關聯到UE的QoS流。信息組包含保持用戶面面向用戶服務（業務）所需之信息。

（3）與用戶關聯的邏輯NG/Xu/F1/E1連接：NGAP, XnAP, F1AP和E1AP提供控制面與關聯UE，分別通過NG-C, Xn-C, F1-C或E1接口進行信息交換的方法。

一個關聯UE的邏輯連接是在NG/Xn/F1對等節點間最初NGAP/XnAP/F1AP信息交換期間建立的。連接保持的時間，和關聯用戶NG/XnAP/F1AP信息經NG/Xn/F1接口進行交換所需時間一樣長。關聯UE邏輯NG連接需利用標識AMF UE NGAP ID和RAN UE NGAP ID。關聯UE邏輯Xn連接需利用標識Old NG-RAN node UE XnAP ID和New NG-RAN node UE XnAP ID,或是M-NG-RAN node UE XnAP ID和S-NG-N node UE XnAP ID。關聯UE邏輯F1連接需利用標識gNB-CU UE F1AP ID和gNB-DU UE F1AP ID。當一節點（AMF或gNB）接收一關聯UE NGAP/XnAP/F1AP信息時，節點基于NGAP/XnAP/F1AP ID檢索關聯UE。

（4）關聯UE的信令：是一種與一個UE的NGAP/XnAP/F1AP，通過關聯UE邏輯NG/Xn/F1連接的關聯信息。

5 在gNB-CU/gNB-DU架構中總的處理過程（流程）

5.1 UE的初始接入

5G用戶終端（UE）通過gNB接入5G網絡的信令流程如圖5所示。

圖5進一步說明如下：

（1）用戶設備（UE）發送一無線資源控制（RRC）申請信息給gNB-DU。

（2）gNB-DU包括RRC信息，以及當UE認可時，加上為UE在INITIAL UL RRC MESSAGE TRANSFFR信息中相應的低層配置并傳送到gNBCU。INITIAL UL RRC MESSAGE TRANSFFR信息包括由gNB-DU配置的C-RNTI。

（3）gNB-CU為UE配置gNB-CU UE F1AP ID，并對UE產生RRC建立信息。RRC信息被裝（打包）在DL RRC MESSAGE TRANSFER信息中。

（4）gNB-DU發送RRC建立信息給UE。

（5）UE發送RRC CONNECTION SETUP COMPLETE信息給gNB-DU。

（6）gNB-DU將RRC信息裝（打包）在UL RRC MESSAGE TRANSFER信息中，并將其發送給gNB-CU。

（7）gNB-CU發送INITIAL UE MESSAGE信息給AMF。

（8）AMF發送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST信息給gNB-CU。

（9）gNB-CU發送UE CONTEXT SETUP REQUEST信息到gNB-DU中建立UE CONTEXT，在此信息中，也可裝入安全性模式指令信息。

（10）gNB-DU發送安全性模式指令信息給UE。

（11）gNB-DU發送UE CONTEXT SETUP REQUEST信息給gNB-CU。

（12）UE報以安全性模式完成信息。

（13）gNB-DU將RRC信息裝入UL RRC MESSAGE TANSFER信息并將其發送給gNB-CU。

（14）gNB-CU產生RRC重構信息并將其裝入DL RRC MESSAGE TRANSFER信息。

（15）gNB-DU發送RRC重構信息給UE。

（16）UE發送RRC重構完成信息給gNB-DU。

（17）gNB-DU將RRC信息裝入UL RRC MESSAGE TRANSFER信息并將其發送給gNB-CU。

（18）gNB-CU將INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE信息發送給AMF。

（未完待續）