5G无线网络原理概述

2020/5/18 Monday,华为HCS-5G RF网规网优工程师（中级）培训 5G无线网络原理概述 广 东 邮 电 职 业 技 术 学 院,目录 5G总体介绍 5G网络架构及接口 5G物理层介绍 5G典型流程 Page2,1,2020/5/18 Monday,5G时代挑战,Page3,超高速率,超大连接,超低时延,5G性能指标,5G 网络将提供20倍于LTE的小区容量，10倍的用户体验，10分之1的空口时延 5G网络需要同时满足eMBB（超大带宽），uRLLC（超高可靠性，超低时延）和mMTC（ 超大连接）业务的需求,Page4,峰值速率 DL: 20Gbps UL: 10Gbps,用户体验速率 DL: 100Mbps UL: 50Mbps,频谱效率 3 X,时延 Control Plane: 10ms User Plane eMBB: 4ms User Plane uRLLC: 0.5ms,连接数密度 1M devices/km2,区域流量 10Mbps/m2,网络能效移动性 100X(ITU)(500km/h,用户体验速率,频谱效率,移动性 mMTCuRLLC 连接数密时延 度,峰值速率 eMBB 区域流量,网络能效,2,2020/5/18 Monday,5G标准演进 5G 从3GPP Release 15 开始,LTE-A Pro,2016,Rel-15,2017,2018,2019,5G Phase 1.1,5G Phase 1.2,5G Phase 2,Rel-16,Rel-14,NR NSA（非独立RAT,NR SA（独立RAT,Full-IMT2020 NR,NGCN和NR NAS定义，SA架 构（eMBB/uRLLC,Full 5G标准，mMTC能力定义； Soft AI /D2D/D-TDD/Flexible Duplex 增强能力定义,NSA定义，eMBB Numerology、帧结构 Native M-MIMO 建立UE和核心网之间的缺省承载; 通过EPS ATTACH流程，UE还可以获取到网络分配的IP地址. 公共流程 鉴权过程和安全模式过程. Page80,40,2020/5/18 Monday,初始接入流程概述,NSA组网下，gNodeB不需要广播RMSI，RMIS中的内容通过RRC信令（由LTE发送）在UE开始接入 NR前发送给UE,Page81,gNodeB广播SS/PBCH blocks（包括,PSS，SSS，PBCH）和 Remaining minimum SI（RMSI,UE 检测一个SS/PBCH blocks 并解码 其中PBCH内容，获取定时信息，包括 SS/PBCH block index,UE根据MIB中的内容，获取RMSI所在 的频域位置（初始BWP位置）， PDCCH CORESET的时频域位置，然 后获取RMSI信息，并从RMSI中获取到 RACH配置信息，上下行初始BWP配 置，PUCCH配置信息等,UE在对应的RACH occasion上,发送RACH preamble,gNodeB接收PRACH，获取 SS/PBCH block index，然后 gNodeB在对应位置发送beam,gNB & UE处理后续的RACH过程,完成初始接入,RNTI 5G在寻呼和接入及数据传送中都需要使用RNTI，以下为常用RNTI,41,2020/5/18 Monday,系统消息广播概述 NR同步和 系统消息广播包括：PSS/SSS， PBCH，RMSI和OSI等； PSS/SSS用于UE进行下行时钟同步，并获取小区的Cell ID PBCH(MIB)用于UE获取接入网络的最基本信息，主要是通知UE在何处接收RMSI消息； RMSI（即SIB1）用于广播初始BWP信息，初始BWP中的信道配置，TDD小区的半静态配比以及其它UE接 入网络的必要信息等。 OSI（Other System Information），用于其它小区信息的广播（目前NSA组网下没有用到这部分内容）。 为支持Massive MIMO，所有的广播信道和信号都支持进行波束扫描 Page83,广播信道波束扫描,广播波束最多设计为N个方向固定的波束。通过在不同时刻发送不同的波束完成小区的广播波束覆 盖。UE通过扫描每个波束，获得最优波束，完成同步和系统消息解调,Page84,0,1,2,N-3 #N-2 #N-1 Time,.,解码SSB块 完成同步 获取MIB信息 获取SSB Index:2,42,2020/5/18 Monday,SIB1 SIB1消息主要广播UE初始接入网络时需要的基本信息，包括初始SSB相关的信息，初始BWP信息， 下行信道配置等。 SIB1中会广播实际中发送的SSB的数目；UE需要根据这个信息对SSB进行Rate Matching； 此外，SIB1中还广播Cell-specific的配比信息。 UE需要根据自己搜索到的SSB index的位置，获取对应位置上的SIB1消息。 在NSA中，不广播SIB1消息；SIB1中承载的内容，在RRC重配置消息中通过LTE下发给UE。 Page85,其它系统消息广播,OSI（Other System Information） 包括SIB2SIBn OSI承载在PDSCH 支持周期性广播,具有相同传输周期的SIBs，映射到相同的SI message中 不同传输周期的SIBs不能映射到同一个SI message中 具有相同传输周期的SIBs可以映射到不同的SI message中,Page86,UE,43,2020/5/18 Monday,随机接入场景 触发随机接入的事件有如下几类，其中Case6是用于NSA场景，其余都是用于SA场景 Case 1 :初始RRC连接建立 Case 2 :RRC连接重建 Case 3 :切换 Case 4 :失步状态下行数据到达 Case 5 :失步状态上行数据到达 Case 6 :SCG添加或者变更场景，UE在NR侧做随机接入 Case 7 :基于RA请求SI（系统消息）；UE需要请求特定SI时会发起RA。 Case 8 :UE从RRC_INACTIVE到RRC_CONNECTED状态 Case 9 :波束恢复；当UE PHY层检测到波束失步时，会通知UE MAC发起RA,随机接入过程,随机接入（Random Access）基本原理： 随机接入是UE与gNodeB实现上行时频同步的过程。 随机接入前，物理层应该从高层接收到下面的信息： 随机接入信道PRACH参数：PRACH配置，频域 位置，前导（preamble）格式等； 小区使用preamble根序列及其循环位移参数， 以解调随机接入preamble。 物理层的随机接入过程包含两个步骤： UE发送随机接入preamble； gNodeB对随机接入的响应,Page88,UE,gNB,Random Access Preamble,1,Random Access Response,2,3,Scheduled Transmission Contention Resolution,4,UE,gNB,RA Preamble assignment,0,Random Access Preamble,1,2,Contention Based,Random Access Response Contention Free,44,2020/5/18 Monday,5G组网方式 Phase1.1 推出5G非独立组网架构(NSA， NR+EPC），结合MSA技术实现两个制式的协同。 Phase1.2 推出5G独立组网架构(SA，NR+NGC,Page89,NSA,SA,LTE,S1,EPC,Control plane User plane,5G NR,S1,EPC,LTE,5G NR,NG CORE,NG-CNG-U,Control plane User plane,基于EPC的NSA组网示意图,eNodeB为MeNB，gNodeB为SgNB EN-DC规格: 1MeNB+1SgNB 制式内CA规格： DL：LTE侧支持5CC,NR侧支持1CC UL：总共2CC，LTE 2CC或者LTE 1CC+NR 1CC,Page90,CC1 CC2 CC3 CC4 CC5,3.5G,LTE,NR,DC,LTE 5CC + NR 1CC,45,2020/5/18 Monday,NSA总流程,Page91,UE,eNodeB,gNodeB,MME,RRC CONN SETUP CMP,UL NAS TRANS INIT UE MESSAGE,INIT UE CONTEXT SETUP REQ,UE CAP ENQUIRE,UE CAP,SEC CMD SEC CMP,RANDOM ACCESS,RRC RECFG,RRC RECFG CMP INIT UE CONTEXT SETUP RSP,RRC RECFG(5G Cell Measure by B1,RRC RECFG CMP,B1 MEAS RPRT,SgNB Addition Rsp,RRC RECFG （5g Scell Add） RRC RECFG CMP,SgNB RECFG CMP,ERAB MOD IND,ERAB MOD CNF,EPC,LTE,NR,Option 3x,LTE,NR,Option 3x RRC CONN REQ RRC CONN SETUP,LTE,NR,Option 3x,LTE,NR,Option 3x,UE CAP IND,5G neigbour,Measure,5G SCG ADD,Path Update,Procedure （Opt 3x,SgNB Addition Req,UE Initial Access,Data Forwarding,S-GW,Data Forwarding,Bear Modication,X2 SetUp Req,X2 Setup Rsp,NSA辅站添加流程 Page92,46,2020/5/18 Monday,辅站变更 辅站变更是一种在NSA场景下将UE的PSCELL从NR侧一个小区转移到另一个小区的过程， NSA场景下NR辅站的测量事件在LTE侧下发。NR有测量控制模块，NR测量控制模块的测量控制信息 通过X2口传递到LTE。LTE将测量控制信息下发给UE，UE的测量信息上报给LTE，LTE通过X2口将测 量上报信息传递给NR,Page93,LTE,5G 2,Good Coverage Rare Spectrum,Rich Spectrum Poor Coverage,5G 1,辅站变更流程,Page94,S-GW,MME,T-SgNB,E-RAB Modification Indication Bearer Modification End Marker Packet New Path E-RAB Modification Confirmation UE Context Release,UEMeNBS-SgNB SgNB Change Required SgNB Addition Request SgNB Addition Request Acknowledge RRCConnectionReconfiguration RRCConnectionReconfigurationComplete SgNB Change Confirm SgNB Reconfiguration Complete Random Access Procedure 9a. SNStatus Transfer 9b. SN Status Transfer 10. Data Forwarding,47,2020/5/18 Monday,总结 5G总体介绍 5G网络总体架构介绍及各个主要接口介绍 空口协议栈介绍 5G物理层资源，信道介绍 5G基典型流程，接入，辅站添加、释放等典型流程 Page95,谢 谢,48