5G系统架构

一、5G网络总体拓扑

 

如图中所示，从结构上看，5G网络包括核心网（5GC）和无线接入侧（NG-RAN）两个部分。5GC部分分别有两个功能单元与NG-RAN部分对接，一个是接入和移动性功能单元（AMF），另一个是用户面的功能单元（UPF）。AMF提供控制面的处理功能，UPF提供用户面的处理功能。NG-RAN包含gNB和ng-eNB这些网元，无线接入侧的网元根据无线接入侧组网的方式不同而有差异。

在图中，如果接入网是LTE，那么对应的基站为eNB 或者ng-eNB，这两者的区别在于核心网是使用EPC还是5GC。如果核心网是EPC，那么基站为eNB；如果核心网是5GC，则基站为ng-eNB，ng的意思是下一代。

如果接入网是NR，则基站为gNB或en-gNB。同样，gNB和en-gNB的区别也在于核心网。如果核心网是EPC，NR的基站为en-gNB；如果核心网是5GC，则NR的基站为gNB。在部署时，基站可以独立部署也可以共站部署。

二、5G核心网网元功能

1、gNB：

gNB是向UE提供NR用户面和控制面协议终端的节点，并且经由NG接口连接到5GC。它具有如下功能

1. 无线资源管理：无线承载控制无线准λ控制动态资源分配连接态移动性控制
2. AMF选择；
3. 到UPF的用户面数据路由；
4. 连接建立和释放
5. 寻呼消息和系统广播消息的调度和传输
6. 测量和测量上报配置；
7. 支持网络切片，支持双连接
8. NAS消息转发；

2、ng-eNB

向UE提供E-UTRA用户面和控制面协议终端的节点，并且经由NG接口连接到5GC

3、接入和移动管理功能AMF

负责NAS消息的加密和完保、负责注册、接入、移动性、鉴权、透传短信等功能，此外在和EPS网络交互时还负责Eps Bearer Id的分配。与4G的网元对应， 类似于MME

4、用户平面功能UPF

系统内外移动性锚点，系统内外移动性锚点，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，用户平面的QoS处理，例如，包过滤，门控，UL/DL速率执行，下行链路分组缓冲和下行链路数据通知触发，其类似于4G下的GW(SGW+PGW) 。

三、5G 接口

和LTE类似，当基站和基站之间需要交互信息时，首先两个基站之间必须建立接口，对应的接口名称为eX2/Xn接口。

eX2接口：核心网是EPC时，无线侧的基站之间的接口称为eX2接口，增强型的X2接口。eX2接口本质就是X2接口。在X2接口上引入了一些新功能，用于支持5G相关的业务或信令的传输，增强了X2接口功能。

Xn接口：当核心网为5GC时，基站之间建立的接口称为Xn接口。

无论是eX2接口还是Xn接口，均提供控制面功能和用户面功能，既可以交互信令也可以转发IP数据包。当然，基站之间何时需要建立eX2/Xn接口和具体场景相关，比如切换，多点重建，无线侧的位置更新等。

eS1-C 和eS1-U接口，当核心网是EPC时，基站和核心网之间如果要交互信令消息，则需要建立eS1-C接口；如果需要转发IP包，则需要建立S1-U接口。这个原理和4G相同，eNB和MME之间建立S1-C接口，eNB和SGW或者en-gNB和SGW之间建立S1-U接口。

N2/N3接口，当核心网是5GC时，基站和核心网之间控制面的接口为N2接口，类似于S1-C接口；基站和5GC之间的用户面接口为N3接口，类似于S1-U接口。N2接口用于交互信令，N3接口用于交互业务，IP包。

NG接口分为控制面和用户面NG-C和NG-U，NG-C就相当于N2，用于交互信令，NG-U相当于N3，用于传输IP包。所以NG接口的作用就是实现N2和N3功能。

那么在同一个系统架构中，为何需要NG接口和N2/N3接口。这其实是规范制定的问题，在规范制定过程中，分别由无线组和核心网组两大项目组。无线组在定义规范的时候，定义了NG接口，用于实现gNB和5GC之间的信息交互；而核心网组在制定规范的过程中，分别定义了N2和N3接口，N2用于实现5GC和无线之间控制面接口，N3定义了5GC和无线接入网之间用户面的接口。这就是为什么既有NG接口，又有N2/N3接口的原因了。