【大唐杯备考】——5G网络架构的演进趋势（学习笔记）

📖 前言：本期介绍5G网络架构的演进趋势。

目录

🕒 1. 5G网络架构概述

5G移动通信系统包括5GC（5G核心网）和NG-RAN（5G无线接入网），5G核心网与5G无线接入网通过NG接口连接，实现控制面和用户面功能。5G无线接入网之间通过Xn接口连接，实现控制面和用户面功能。5G移动通信系统整体架构如图所示。

名词定义核心网核心网部分就是位于网络子系统内，核心网的主要作用是把A口上来的呼叫请求或数据请求，接续到不同的网络上。5GC（5G Core Network）5G核心网接入网核心网络到用户终端之间的所有设备，其长度一般为几百米到几公里，因而被形象地称为"最后一公里"。NG-（R）AN（Next Generation Radio Access Network）5G无线接入网，即由多个与5GC连接的gNB组成的(无线)接入网。NB（Node B）3G基站代称eNB（evolved Node B）4G基站代称gNB（next generation Node B）5G基站代称en-gNB承载部分4G业务的5G基站代称gn-eNB承载部分5G业务的4G基站代称NG接口无线接入网和5G核心网之间的接口Xn接口NG-RAN节点（gNB或ng-eNB）之间的网络接口，走信令或者用户数据。

🕒 2. 4G网络架构概述

4G移动通信系统包括EPC（演进分组核心网）和E-UTRAN（演进通用陆地无线接入网络）。4G移动通信系统整体架构如图所示。

名词定义EPC（Evolved Packet Core Network）演进分组核心网E-UTRAN（Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network）演进通用陆地无线接入网络eNB（evolved Node B）4G基站代称S1接口无线接入网和4G核心网之间的接口X2接口E-UTRAN节点（eNB）之间的网络接口，走信令或者用户数据。
5G移动通信系统整体架构与4G整体架构类似。无线接入网与核心网仍然遵循各自独立发展的原则，空中接口终止在无线接入网。无线接入网与核心网的逻辑关系仍然存在，无线接入网与核心网的接口依然明晰。

4G整体架构相关名词：
BBU（Baseband Unit）：基带处理单元
RRU（Remote Radio Unit）：射频拉远单元
回传：无线接入网与核心网之间的传输网络
前传：BBU和RRU之间的光纤网络

5G整体架构相关名词：
AAU（Active Antenna Unit）：有源天线单元
CU（Centralized Unit）：集中单元
DU（Distributed Unit）：分布单元
回传：无线接入网与核心网之间的传输网络
中传：CU和DU之间的传输网络
前传：BBU和AAU/RRU之间的光纤网络
MEC（Multi-Access Edge Connection）：多接入边缘连接

在4G移动通信系统中，E-UTRAN由BBU和RRU实现，但是E-UTRAN是一个逻辑整体。5G移动通信系统中，NG-RAN可以分为CU和DU（可以合并也可以分离）。在逻辑上，NG-RAN可以不是一个整体。DU可以由BBU实现，CU通常基于通用服务器实现。AAU继承RRU的所有功能，在此基础上进一步增加功能，例如增加大规模天线功能。

MEC（多接入边缘连接）是支撑5G系统运行的关键技术。MEC的基本思想是在靠近终端的位置上提供服务，并将内容分发推送到基站，可以理解为下放一部分5GC的功能（因为5GC是集中放置在某处机房），从而更好地支持5G网络中低时延和髙带宽的业务需求。

🕒 3. 核心网架构演进（了解）

移动通信系统经历了模拟通信、数字通信、互联网和SDN/NFV，共4个时期。不同阶段核心网技术特征与代表技术如图所示。

🕘 3.1 2G核心网

名词定义PCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制TDM（Time-division Multiplexing）时分复用技术分组通信利用无线信道以分组方式传送数据或话音信息的通信PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）准同步数字系列，美日采用μ律，欧洲和我国采用A律SDH（Synchronous Digital Hierarchy）同步数字体系，PDH改进型，速度更快，统一了光接口X.25是目前使用最广泛的分组交换协议ATM（Asynchronous Transfer Mode）异步传递方式，采用统计时分复用STM（Synchronous Transfer Mode）同步传递方式，采用时分复用

🕘 3.2 3G、4G核心网

名词定义MPLS（Multi-Protocol Label Switching）多协议标签交换，用于不同的包转发和包交换技术，面向连接SDN（Software Defi ned Network）软件定义网络，将数据与控制相分离NFV（Network Function Virtualization）网络功能虚拟化Open Stack一个云计算平台项目，覆盖了网络、虚拟化、操作系统、服务器等各个方面

🕘 3.3 5G核心网

网络架构演进的核心目标：

• 实现从“互联网应用被动适应网络（如云游戏的发展受到网速制约）”向“网络主动、快速、灵活适应互联网应用（如针对VR领域提供低时延服务）”转变；
• 得益于MEC的引入，网络和资源的部署将打破行政管理体制（省市区）和传统组网思路的制约，转向以IDC（Internet Data Center，互联网数据中心）为核心的新格局。

🕒 4. 4G核心网架构

移动通信系统核心网从3G到4G的演进的特点是取消了CS域，只保留PS域。4G移动通信系统实现了控制和承载相分离。
名词定义CS（Circuit Switch）电路交换PS（Packet Switch）分组交换LTE（long Term Evolution）长期演进技术，3G与4G技术之间的过渡UE（User Equipment）终端Uu空中接口，实现UE和E-UTRAN的通信E-UTRAN演进的UMTS陆地无线接入网，即LTE移动通信无线网络S1-UeNodeB（基站）与 EPC（分组核心网）之间的通讯接口，-U同上表示用户数据部分GW-UGateway是网关，百度上有GW-S表示服务网关，猜测这里表示用户(User)网关SGi与外部数据网络对接HSS（Home Subscriber Server）归属用户服务器，负责管理用户的签约数据及移动用户的位置信息MME（Mobility Management Entity）移动性管理实体，负责处理信令SGW（Serving GateWay）服务网关，负责处理业务流CG（Customer Gateway）计费网关/计费网关，负责完成计费话单的检错、纠错和话单的合并，并完成话单格式的转换PGW（PDN Gateway）分组数据网网关，负责分组数据包路由和转发；3GPP和非3GPP网络间的Anchor功能；P地址分配等PCRF（Policy and Charging Rules Function）策略和计费规则功能，是业务数据流和IP承载资源的策略和计费控制判决单元

为了解决4G网络的语音通信需求，基于IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）发展出了VoLTE技术；为了应对物联网应用的需求，基于现有LTE系统进行改造和加强，发展出了NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）技术和eMTC（enhanced Machine Type Communication，增强机器类通信）技术。4G核心网在URLLC和mMTC方面的不足随着业务需求的明确愈发显著。更低时延和超大的连接数使得4G核心网在新需求面前无能为力。

🕒 5. 5G核心网架构

5G核心网颠覆了4G核心网的设计思路。5G核心网基于SBA（Service Based Architecture，基于服务架构）实现，使用NFV技术灵活重构网络功能，使用SDN技术灵活构建数据转发通道，使用切片技术实现业务保障与资源利用率最大化，完全实现CUPS（Control and User Plane Separation，控制面与用户面分离），结合云技术实现全面支撑5G应用场景需求。
名词定义UE终端AN接入网UPF用户面功能DN数据中心NF网元功能体NSSF网络切片选择功能NEF网络开放功能NRF网络仓储功能，支持服务发现功能PCF策略控制功能，主要功能是使用统一的策略框架来管理网络行为UDM统一数据管理，通过生成3GPPAKA身份验证凭据，通过对SUPI的存储和管理，对用户进行识别处理，对用户进行合法性验证AF应用功能，指应用层的各种服务AUSF鉴权服务器功能，处理3GPP接入和非3GPP接入的认证请求AMF接入和移动管理功能，负责注册管理，连接管理，可达性管理，移动性管理等功能SMF会话管理功能，负责会话建立，修改和释放等

🕒 6. 无线接入网演进（了解）

从2G开始到现在的5G，无线接入网技术一直处于变化之中，无线接入网的实现方式也呈现出“分合分”的表象。无线接入网的发展与演进如图所示。

在5G时代，对基站，核心网的各项功能进行了重构：首先把原先BBU的一部分物理层处理功能下沉到RRU，RRU和天线结合成为AAU；然后再把BBU拆分为CU和DU，同时CU还融合了一部分从核心网下沉的功能，作为集中管理节点存在。

CU和DU的切分是根据不同协议层实时性的要求来进行的。在这样的原则下，把原先BBU中的物理底层下沉到AAU中处理，对实时性要求高的物理高层，MAC（Media Access Control，介质访问控制），RLC（Radio Link Control，无线链路控制）层放在DU中处理，而把对实时性要求不高的PDCP（Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议）和RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）层放到CU中处理。

参考文献
1-5G基站是如何起名的？
大唐杯学习笔记(1)—— 5G网络架构与组网部署
5G基站君的进化之路 — CU和DU分离

OK，以上就是本期知识点“5G网络架构的演进趋势”的知识啦~~ ，感谢友友们的阅读。后续还会继续更新，欢迎持续关注哟📌~
💫如果有错误❌，欢迎批评指正呀👀让我们一起相互进步🚀
🎉如果觉得收获满满，可以点点赞👍支持一下哟

❗ 转载请注明出处
作者：HinsCoder
博客链接：🔎 作者博客主页