1、eMBB 场景主要提升以“人”为中心的娱乐、社交等个人消费业务的通信体验，适用于高速率、大带宽的移动宽带业务。mMTC 和 uRLLC 则主要面向物物连接的应用场景，其中 eMTC 主要满足海量物联的通信需求，面向以传感和数据采集为目标的应用场景;uRLLC 则基于其低时延和高可靠的特点，主要面向垂直行业的特殊应用需求。1.3.1 eMBB 增强型移动宽带eMBB（ Enhanced Mobile Broadband），增强移动宽带。体现在用户侧表现为网速的提升。eMBB 对应的是大流量移动宽带业务,场景包括随时随地的3D/ 超高清视频直播和分享、虚拟现实、随时随地云存储、高速移动上网等大流量
2、移动宽带业务，在大带宽、低时延需求上具有一定优势，是三大场景最先实现商用的部分。在5G eMBB （增强移动宽带）场景上，Polar 为信令信道编码方案，LDPC 码为数据信道编码方案。其它两个5G 场景的编码方案，目前还没确定。eMBB 场景理想的峰值速率将达到20Gbps ，各厂商在理想状态下均已达到。eMBB 场景关键性指标：峰值速率：下行20Gbps 上行10Gbps 用户体验速率：下行100Mbps 上行50Mbps 频谱效率：下行30bit/s/Hz 上行：10bit/s/Hz 控制面时延：20ms 用户面时延：4ms 带宽：低频100MHz 高频1GHz 1.3.2 eMTC 大
3、规模移动通信eMTC （Massive Machine Type Communication，大规模机器通信）：侧重于人与物之间的信息交互，主要场景包括车联网、智能物流、智能资产管理等，要求提供多连接的承载通道，实现万物互联，统称为物联网应用。mMTC 场景的标准规范，将在5G 标准R17 版本中实现，预计2020 年底发布。eMTC 场景关键性指标：连接密度：100 万/平方公里功耗：广阔地区分布的设备，要求续航10 年，电表气表等一般设备2-5 年续航能力。1.3.3 uRLLC 超高可靠低时延通信uRLLC（Ultra Reliable&Low Latency Communication
4、，超高可靠低时延通信）：侧重于快速无误的通信，主要场景包括：远程控制，工业自动化，铁路等重点实时信息交互等。URLLC 场景关键性指标： 用户时延：1ms 可靠性：用户面时延1ms 内，传送32 字节包的可靠性为110（-5） 。第二章 5G 网络构架5G 网络架构和以前的几代网络类似，主要包括5G 接入网和5G 核心网,其中NG-RAN 代表5G 接入网，5GC 代表5G 核心网（5G Core Network）。它们之间的接口，就叫 NG 接口2.1 5G 核心网（5GC）构架2.1.1 5G 核心网的设计思想1、 用户面与控制面分离，可独立扩展、演进、部署。 2、 模块化功能设计，实现灵
5、活和有效的网络切片。3、 流程（即网络功能之间的交互集）定义为服务，可重复使用。4、 允许每个网络功能直接与其他NF （Net Function） 交互。5、AN 和 CN 之间的接口集成了不同的接入类型，支持 3GPP 和非3GPP 接入。6、 支持统一的身份验证框架。7、 支持“无状态”NF，其中“计算”资源与“存储”资源分离。8、 支持网络能力对外开放（开放接口，非3GPP 网络也可以接入）。9、 支持并发接入到本地和集中服务。UP 可部署在接入网络附近。10、 支持漫游，包括归属路由区流量以及访问PLMN 中的本地之外流量。2.1.2 服务化构架 SBA SBA（Service Bas
6、ed Architecture:服务化构架） ：将网络功能（NF）拆分，所有的NF通过接口接入到系统。服务化 SBA 的优点：1. 负荷分担：相同功能的 NF 可多个接入网络，提供 NFS（网络功能服务）。2. 容灾：当某个 NF 存在故障，退网，由其他 NF 承担业务3. 扩容、升级简单：独立 NF 的功能快速扩容，并且对单独的 NF 升级4. 实现网络开放功能：NF 实现了标准的接口，则多个设备厂家的不通过 NF 可用来构建某个 NFS。SBA 设计的目标是以软件服务重构核心网，实现核心网软件化、灵活化、开放化和智慧化。SBA 的关键技术如下：1. 交互：采用 Request-Respon
7、se、Subscribe- Notify 模式交互。2. 注册：5G 核心网引入的新型网络功能NRF 来实现的：NRF 接收其它NF 发来的服务注册信息，维护NF 实例的相关信息和支持的服务信息；NRF 接收其它NF 发来的NF 发现请求，返回对应的NF 示例信息。3. 接口：传输层采用了TCP ，在应用层采用HTTP/2.0 3，在序列化协议方面采用了JSON，接口描述语言采用OpenAPI3.0 ，API 的设计方式采 RESTFul。2.1.3 5G 网络切片网络比喻为交通系统，车辆是用户，道路是网络。随着车辆的增多，城市道路变得拥堵不堪，这时候出现了快车道，公交车道，人行道能概念，路那
8、是那条路，但是人为的划分了每条道，并且每条道的车辆行驶速度不同。网络切片，本质上就是将运营商的物理网络划分为多个虚拟网络，每一个虚拟网络根据不同的服务需求，比如时延、带宽、安全性和可靠性等来划分，灵活应对不同的 eMBB、eMTC 和 uRLLC 三大场景。NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）：利用软硬件解耦及功能抽象，以虚拟化技术降低昂贵的设备成本费，根据业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离等步骤，让运营商可通过此极速将承载各种网络功能的通用硬件与云计算虚拟化技术相结合，实现网元虚拟化和虚拟网络可编程，简化网络升级的步骤和降低购买新专用
9、网络硬件的成本，把网络技术重点放到部署新的网络软件上。SDN（Software Defined Network，软件定义网络）：将网络设备分离为单独的控制设备及转发设备，转发设备功能简单化，控制与转发间遵循标准的 Openflow 协议，从而实现控制层和转发层分离。这样网络管理者可在接口上开发应用软件，实现灵活的可编程， 并结合流量监控，可动态调整数据平面的网元，使移动网络组成变得更加灵活，从而提高传送到消费者手机终端的下行传输速度。SDN 解耦的是控制平面与数据平面；NFV 主要是软硬件解耦，基于通用服务器和虚拟化技术，软件实现控制和处理功能、流量处理功能。两者虽不依赖，但共存互补对 5G
10、移动网络功能重组，提升网络弹性十分有效。SDU（service Data Unit）:服务数据单元，又叫业务数据单元，是指定层的用户服务的数据集，传送到接收方的时候同一协议层时数据没有发生变化，即业务部分，然后发给下层之后，下层将其封装在PDU 中发送出去。服务数据单元是从高层协议来的信息单元传送到低层协议。第N 层服务数据单元 SDU，和上一层的协议数据单元（PDU）是一一对应的。根据协议数据单元的数据的不同，送到接收端的指定层。PDU（Protocol data unit）: 协议数据单元：计算机网络各层对等实体间交换的单位信息，例如TCP 层的 PDU 就是 segment（分节）、应用
11、层间交换的PDU 则是 application data（应用数据）。SDU 服务数据单元，对应于某个子层中没有被处理的数据。对于某个子层而言，进来的是 SDU。PDU 协议数据单元，对应于被该子层处理形成特定格式的数据。对于某个子层而言，出去的就是 PDU。网络片由RAN 部分和CN 部分组成。网络切片的支持依赖于不同切片的流量由不同的PDU 会话处理的原理。网络可以通过调度以及通过提供不同的L1 / L2 配置来实现不 同的网络切片。如果已经由NAS 提供，则UE 使用RRC 消息中提供用于网络片选择的辅助信息。虽然网络可以支持大量切片（数百个），但UE 不需要同时支持多于8 个切 片。网
12、络运营商根据服务等级协议（SLA：Service Level Agreement）管理每个用户有资格使用的切片类型和业务。NSSAI（Network Slice Selection Assistance Information： 网络片选择辅助信息）包括一个或多个S-NSSAI（单NSSAI ）。每个网络片由S-NSSAI 唯一标识。2.1.4 SA 和 NSA 5G 网络架构分成了SA 和NSA ，R15 版本分成了两个阶段，第一个阶段发布的是NSA ， 第二阶段发布的是 SA，它们的部署是不相同的。SA 即是Standalone 独立组网，即一套全新的5G 网络，包括全新的基站和核心网。N
13、SA 为非独立组网，使用现有的4G 网络，进行改造、升级和增加一些5G 设备，使网络可以让用户体验到5G 的超高网速， 又不浪费现有的设备。SA 选项2 ：全新的5G 核心网和无线网gNB 组网，优势是可以完全发挥出5G 的各项性能，按照3GPP 的标准推进。缺点就需要浩大的投资。SA 选项5 ：和上面的选项2 相比，在这个模式下，把原来的4G 基站进行升级接入， 它也属于独立组网。NSA 选项 3：在 LTE 双连接构架中，UE（用户终端）在连接态下可同时使用至少两个不同基站的无线资源（分为主站和从站）。5G 基站可以通过 4G 基站接到 4G 核心网。但是4G 基站必须升级为增强型 4G
14、基站。NSA 选项 3a：当运营商不愿意花钱升级 4G 基站，5G 基站的用户面直接通 4G 核心网， 控制面继续锚定 4G 基站。NSA 选项 3x：把用户面数据分为两部分，会对 4G 基站造成瓶颈的那部分，迁移到 5G基站。剩下的部分继续走 4G 基站。NSA 选项 7 系列： 当把 4G 核心网更换为 5G 核心网，则 3 系列升级为 7 系列。NSA 选项 4 系列： 当 5G 作为锚定站时，且核心网使用5G 核心网，则升级为 4 系列。4 系列为用户面和数据面均走 5G 基站，4a 系列为用户面走 4G 基站直达 5G 核心网，控制面板走 5G 基站到达核心网。2.2 5GC NF
15、功能说明5G 需要达到 RTT 为 1 毫秒级别的响应，需要达到每平方公里 100 万连接数的用户需求， 决定了 5GC 不能在使用以往的 MME+SGW 的模式，5GC 的主要关键技术包含：SBA（Service Based Architecture：基于服务式构架）、CUPS（Control and User Plan Separation: 控制面板和用户面分离）、NS（Net Slicing:网络切片）。2.2.1 接入和移动性管理 AMF 功能AMF：Core Access and Mobility Management Function ，负责控制面的移动性和接入管理,4G 的 M
16、ME 包含接入、移动性管理、会话管理、安全性管理等功能， 5G 中将接入、移动性管理、安全性管理归属到 AMF 中，将会话管理归属到 SMF 中，5G RAN 通过 N2 接口和 AMF 连接，UE 则通过虚拟端口 N1 和 AMF 连接，多个 AMF 之间通过 N14 端口连接。 AMF 的单个实例中可以支持部分或全部AMF 功能，无论网络功能的数量如何，UE 和CN 之间的每个接入网络只有一个NAS 接口实例，实现NAS 安全性和移动性管理的网络功能之一，即只有一个 AMF 为 UE 提供安全和移动性管理服务。AMF 的 3GPP 服务功能：1. 为 RAN 网络提供 CP 接口（N2 接
17、口）即控制面接入；2. 为 UE 提供 N1 接口实现加密和完整性保护；3. 为 UE 提供接入身份验证，接入授权，注册管理，连接管理，可达性管理，移动性管理；4. 定位服务管理和移动事件通知；5. 用于与 EPS 互通的 EPS 承载 ID 分配。6. 为 UE 和 SMF 之间的SM 消息提供透明代理和传输；7. 为 UE 和 SMSF 之间提供SMS 消息的传输；8. 为 UE 和 LMF 之间以及 RAN 和 LMF 之间的位置服务消息提供传输；9. SEAF 的安全锚功能；10. 合法拦截（AMF 事件和 L1 系统接口）AMF 还支持安全策略的相关功能和非 3GPP 网络的某些功能
18、，并非所有功能都需要在网络切片的实例中使用，支持使用部分或全部功能灵活部署。2.2.2 会话管理功能 SMF SMF：Session Managerment Function ,负责会话管理，在 4G 中 MME 负责 ESM 会话管理， 在 5G 中 SMF 独立处理，专门负责会话管理。5G 的用户平面的功能是 UPF,SMF 通过 N4 接口和 UPF 连接控制会话管理，通过 N11 接口和 AMF 连接交互信息。SMF 的功能说明：1. 会话管理，维护 UE 和 AN 之间的通道，如会话的建立，修改，释放；2. UE 的 IP V4 和 V6 地址分配（DPCH V4 和 V6 功能）；
19、3. 响应 IP V4 ARP（Address Resolution Protocol：地址解析协议）和 IP V6 的 NDP（Neighbor Discovery Protocol：邻居发现协议）的请求和流量转发；4. 配置UPF 的流量控制，将流量路由导到正确的目的地；5. 提供到策略控制功能的路径；6. 收费数据采集和计费接口提供；7. SM 消息的 SM 部分处理；8. 下行数据通知；9. AN 特定SM 信息的发起者，通过AMF 通过N2 发送到AN ；10. 确定会话的SSC 模式；11. 合法拦截（SM 事件和 L1 系统接口）SMF 的单个实例中可以支持部分或全部SMF 功能
20、，并非所有功能都需要在网络切片的实例中得到支持。SMF 还可以包括与安全策略相关的功能和漫游功能。2.2.3 用户平面功能 UPF UPF：User Plan Function , 用户平面功能，在 4G 中用户面由 S-GW 和 P-GW 构成，在5G 中 UPF 负责用户面的功能。UPF 通过 N3 口和 RAN 连接，通过N4 口和 SMF 连接，通过N6 口和 DN 连接，UPF 之间通过 N9 口连接。5G 会话是基于 PDU（Packet Data Unit: 数据包单元）交互，PDU 连接业务即 UE 和 DN（Data Network ,类似 4G 的 PDN 的概念，但是 D
21、N 更侧重万物互联的概念，即以前 PDN 网络已经扩展到了每个终端均已通过IPV6 地址接入网络，即每个终端都是外网的终端， 则 PDN 网络扩展为 DN 网络。4G 中 APN 的概念在 5G 中叫 DNN）之间交换PDU 数据包的业务；PDU 连接业务通过 UE 发起 PDU 会话的建立来实现。一个 PDU 会话建立即建立了一条UE 和 DN 的数据传输通道。UE 可以建立多条通过不同的 UPF 连接到同一个 DN 的 PDU 会话连接，每条PDU 会话对应的 SMF 也可以不同。每条PDU 会话的服务 SMF 信息会登记在UDM 中。UPF 的功能说明：1. 用于 RAT（Radio A
22、ccess Type）内和 RAT 间的移动性锚定点2. 外部 PDU 和 DN 之间的会话点3. 分组路由和转发4. 数据包检查和合法拦截（UP 面）5. UP 面策略规则实施和 Qos 处理6. 流量使用报告和上行链路流量验证7. 上行链路和下行链路中的传输级分组标记8. 下行数据包缓冲和下行数据通知触发UPF 的单个实例中可以支持部分或全部UPF 功能，并非所有UPF 功能都需要在网络切片的用户平面功能的实例中得到支持。一个会话中存在多个UPF 时，则UPF 和 UPF 之间通过 N9 口连接，中间的 UPF 充当中继 UPF。2.2.4 策略控制功能 PCF PCF:Policy Co
23、ntrol Function 策略控制功能，类似 4G 的 PCRF。PCF 是 5G 的策略整体框架。1. AM 策略：AMF 在 PCF 中创建和管理与接入和移动性管理策略关联，其他 NF 通过该关联获取 UE 的接入和移动性管理相关的策略。2. Authorization 策略：鉴权 AF（Application Funtion）请求，并且为已鉴权的 AF绑定 PDU 会话创建策略。3. SM 策略：SMF 在 PCF 中创建和管理会话策略关联，其他 NF 通过该关联获取 PDU 会话的策略信息。4. BDT 策略：来自开放网络的 AF 获取后台传输策略并且根据 AF 的选择更新后台传输
24、。5. UE 策略：NF 在 PCF 中创建和管理 UE 的策略关联，其他 NF 通过该关联获取 UE 策略触发信息，PCF 可以将该信息通过 NAS 信令发送给 UE。6. EveryExposure 策略：该策略使其他 NF 可以订阅和获取 PCF 事件。PCF 策略控制管理不仅管了 UE 的策略，也管理其他 NF 之间的访问策略，它是 5G 的一个整体策略框架。2.2.5 网络开放功能 NEF NEF: Network Exposure Function, 网络开放功能，5G 网络基于服务化构架 SBA，每个功能均是一个 NF，当某个NF 需要处理某些信息则需要调用其他 NF 的服务，N
25、EF 充当了重要的角色，它完成了 NF 的能力公开和事件公开，同时 NEF 也是和其他外部网络交互的重要枢纽。NEF 的功能说明：1. NF 的能力和事件公开2. 外部网络到 3GPP 的信息交互和安全信息控制2.2.6 网络存储库功能 NRF NRF: NF Repository Function，NF 贮存功能，5G 网络中 NEF 是完成了 NF 的能力和事件公开，但是 NF 实例的具体信息是通过 NRF 获取。NRF 的功能：1. 从 NF 实例接收 NF 发现请求，并将发现的NF 实例（被发现）的信息提供给NF 实例。2. 维护可用NF 实例及其支持服务的NF 配置文件。2.2.7
26、UDM,AUSF,AF UDM：Unified Data Management,统一数据管理，生成 3GPP AKA 身份验证和用户识别。AUSF: Authentication Server Function,身份验证服务器，支持 3GPP 和非 3GPP 的接入认证。AF: Application Function,应用服务，即将某些应用如腾讯 QQ 等应用直接归属到 5G核心网中，当然也可以是其他服务，比如网络信号的 MR 分析等服务。2.3 5G 接入网构架5G 的接入网一般叫 AN，即 Access Network,有时候会加上 Radio，即无线接入网，则简写为 RAN,接入网和核
27、心网之间的接口为 NG 接口，故可以写成 NG-RAN 表示 5G 接入网。由于 5G 构架分为 SA 和 NSA 2 种模式，在 SA 的情况下 5G 基站直接连接 5G 核心网相对比较简单，在NSA 情况下 5G 基站需要和 4G 基站组成主从站的形式接入核心网。目前非独立组网均使用 3X 模式组网，即 5G 基站的用户面和控制面均和 4G 基站连接，5G 基站用户面也直接和核心网连接，把用户面数据分为两部分，会对 4G 基站造成瓶颈的那部分，迁移到 5G 基站。剩下的部分，继续走 4G 基站。NR:5G 基站和 UE 之间的接口，即 New Radio,新无线。EN-DC：E 为 ENB（4G 基站），N 为 EN-GNB（5G 基站），DC 为 Dual Connectivity 即双连接，则 EN-DC 表示
