5G 组网方案选择

  5G 基站是 5G 网络的核心设备，提供无线覆盖，实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。由于 5G 网络的频率要比 4G 网络高出不少，频率越高，信号传播过程中的衰减也越大，5G 基站的覆盖半径相较 4G 更小，因此 5G 网络的基站密度将比 4G 高。高密度给运营商带来了高投入，短期资金压力大，投资回报周期长，对于 5G 推广将加大难度，减缓速度。  为了减轻这种推广阻力，4G 与 5G 融合组网模式便被纳入考虑，也就是 NSA 非独立组网方案。NSA 组网模式是技术对现实的一次妥协，而完美的组网方案是 SA 独立组网，即所有核心网和基站全部为 5G，这种情况下，传输时延更低，传输速率更高，可以完美发挥 5G 相对 4G 的优势。

5G 系统架构

  5G 系统最为常见系统架构，采用的是 5G 核心网+4G 增强型基站+5G 基站的组网模式，为 NSA 组网。在去掉 ng-eNB 后，采用的时 5G 核心网+5G 基站组网模式，为 SA 组网。5G 系统包括 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。

<center>5G 系统架构</center><br/>

  5GC 主要包括 AMF、UPF 两部分，外加一个 SMF 模块。与 LTE 系统的核心网相比，5G 核心网的控制面和用户面进一步分离。4G 核心网分为 MME,SGW 和 PGW 三部分，MME 主要负责控制面，SGW 和 PGW 主要负责用户面，三者虽然分开但在功能上还是有所交叠。5G 对用户平面的控制和转发功能进行了重构，重构后的控制平面分为 AMF 和 SMF 两个逻辑节点。AMF 主要负责移动性管理，相当于 4G 的 MME，SMF 负责会话管理功能。用户平面的 UPF 代替了 LTE 网络的 SGW 和 PGW。也就是说，5G 进行重构以后，控制面和用户面集中度提高，架构更为清晰。  NG-RAN 由 gNB 和 ng-eNB 两种基站组成。gNB 是 5G 基站，ng-eNB 是直接对 4G 基站进行软件升级，让其上面的接口支持 5G 核心网和 Xn 接口，保证了 LTE 原有的一些基站仍然可以很好的被利用。gNB 之间、ng-eNB 之间，以及 gNB 和 ng-eNB 通过 Xn 接口进行连接。5G 接入网与核心网之间通过 NG 接口进行连接，gNB/ng-eNB 和 AMF 之间是 NG-C 接口，和 UPF 之间是 NG-U 接口。  NG 接口可以实现 AMF/UPF 和 NG-RAN 的多对多连接，即一个 AMF/UPF 可以连接多个 gNB/ng-eNB，一个 gNB/ng-eNB 也可以连接多个 AMF/UPF。对于 UE 来说，在同一 AMF/UPF 下的基站之间移动，发生切换时，仍然可以驻留在相同的 AMF/UPF 上，UE 不需要发起新的注册更新过程。当 AMF/UPF 与 NG-RAN 之间的连接路径较长或进行新资源分配的情况下，可以改变与 UE 连接的 AMF/UPF。这里 AMF 的主要作用是移动性控制，而 UPF 的主要作用是数据包的路由转发。

实体功能

  下图描述了 gNB、ng-eNB、AMF、UPF、SMF 功能实体各功能划分。

<center>5G 实体功能划分</center><br/>

gNB 和 ng-eNB 的主要功能

• 无线资源管理相关功能：无线承载控制，无线接入控制，连接移动性控制，上行链路和下行链路中 UE 的动态资源分配

• 数据的 IP 头压缩，加密和完整性保护

• 在用户提供的信息不能确定到 AFM 的路由时，为在 UE 在附着的时候选择到 AMF 路由

• 将用户平面数据路由到 UPF

• 提供控制平面信息向 AMF 的路由

• 连接设置和释放

• 寻呼消息的调度和传输

• 广播消息的调度和传输

• 移动性和调度的测量和测量报告配置

• 上行链路中的传输级别数据包标记

• 会话管理

• QoS 流量管理和无线数据承载的映射

• 支持处于 RRC_INACTIVE 状态的 UE

• NAS 消息的分发功能

• 无线接入网络共享

• 双连接

• 支持 NR 和 E-UTRA 之间的连接

5G 核心网（5GC）功能

5GC 主要包含三部分： AMF：主要负责访问和移动管理功能 UPF：用于支持用户平面功能 SMF：用于负责会话管理功能

AMF 主要功能

• NAS 信令终止

• NAS 信令安全性

• AS 安全控制

• 用于 3GPP 接入网络之间的移动性的 CN 间节点信令

• 空闲模式下 UE 可达性（包括控制和执行寻呼重传）

• 注册区管理

• 支持系统内和系统间的移动性

• 访问认证、授权，包括检查漫游权

• 移动管理控制

• SMF（会话管理功能）选择

UPF 主要功能

• 系统内外移动性锚点

• 与数据网络互连的外部 PDU 会话点

• 分组路由和转发

• 数据包检查和用户平面部分的策略规则实施

• 上行链路分类器，支持将流量路由到数据网络

• 分支点以支持多宿主 PDU 会话

• 用户平面的 QoS 处理，例如，包过滤，门控，UL / DL 速率执行

• 上行链路流量验证（SDF 到 QoS 流量映射）

• 下行链路分组缓冲和下行链路数据通知触发

SMF 主要功能

• 会话管理

• UE IP 地址分配和管理

• 选择和控制 UP 功能

• 配置 UPF 的传输方向，将传输路由到正确的目的地

• 控制政策执行和 QoS 的一部分

• 下行链路数据通知