大唐杯——5G无线网络架构演进

第一模块：5G 组网架构（NSA vs SA）

这是 5G 建网的“路线图”，是区分真假 5G 的核心。

1. NSA（非独立组网）

• 核心定义：5G 基站（gNB）接入 4G 核心网（EPC）。5G 只是作为 4G 的补充，主要为了提升网速。

• 主流架构：Option 3x（最主流）。

  • 控制面锚点：在 4G 基站（eNB）。

  • 用户面分流锚点：在 5G 基站（gNB）。这是 Option 3x 区别于 Option 3 的关键点（数据先到 5G 基站，分一部分给 4G）。

• 优点：利用现有 4G 网络，建网速度快，投资少。

• 缺点：不支持 5G 核心网特性（如切片、MEC），无法满足低时延（uRLLC）和海量连接（mMTC）需求。

2. SA（独立组网）

• 核心定义：5G 基站（gNB）接入 5G 核心网（5GC）。这是“纯正”的 5G。

• 主流架构：Option 2。

• 优点：支持 5G 全业务（eMBB, uRLLC, mMTC），支持网络切片，性能最优。

• 缺点：初期投资大，需要新建核心网。

• 现状：目前国内运营商已全面转向 SA 架构。

第二模块：无线接入网（RAN）重构

这是基站形态的根本变化，从4G的“BBU+RRU”演进为5G的“CU+DU+AAU”。

1. 硬件形态变化

• AAU（有源天线单元）：

  • 组成：原 4G 的 天线 + RRU（射频单元） 合二为一。

  • 功能：信号收发、Massive MIMO 天线处理、波束赋形、频率与时间同步。

• CU（集中单元）与 DU（分布单元）：

  • 原 4G 的 BBU 被拆分为 CU 和 DU。

  • CU（Central Unit）：处理非实时的高层协议（RRC, PDCP, SDAP）。可以集中部署（比如放在省中心），实现云化。

  • DU（Distributed Unit）：处理实时性要求高的底层协议（RLC, MAC, PHY）。通常靠近天线部署。

2. CU 的进一步拆分（CU-C / CU-U）

• CU-C（控制面）：负责信令交互，如接口管理、连接管理、切片资源管理。

• CU-U（用户面）：负责用户数据的处理和转换。

第三模块：核心网（5GC）重构

这是 5G 的“大脑”升级，核心思想是 服务化架构（SBA） 和 控制/用户面分离（CUPS）。

1. 服务化架构（SBA）

• 改变：打破了传统“黑盒子”式的网元，将功能拆碎成一个个“服务”。

• 接口：网元之间使用 SBI（Service Based Interface） 接口，基于 HTTP/2 协议。

2. 控制与用户面分离（CUPS）

• 目的：让控制面（大脑）和用户面（手脚）解耦。

• 效果：

  • 控制面（CP）：集中管理，统一调度。

  • 用户面（UP）：可以下沉到网络边缘（MEC），离用户更近，实现超低时延。

第四模块：关键网元详解

这部分是选择题的重灾区，务必分清谁干什么。

1. AMF（接入与移动性管理功能）——“前台大管家”

• 属性：纯控制面。

• 核心功能：

  • 注册管理、连接管理、移动性管理（位置更新、寻呼）。

  • NAS 信令的加密与完整性保护。

  • 接入鉴权（确认用户身份）。

  • 终结 N2 接口（RAN 与核心网的信令接口）。

2. UPF（用户面功能）——“数据管道”

• 属性：纯用户面。

• 核心功能：

  • 分组路由与转发：数据的传输枢纽。

  • 移动性锚点：基站切换时，保证数据连接不断。

  • QoS 处理：包过滤、门控、速率限制（管网速的）。

  • 下行数据缓存：用户休眠时，暂时存住数据。

  • 外部 PDU 会话点：连接互联网的出口。

3. SMF（会话管理功能）——“流量调度员”

• 属性：控制面。

• 核心功能：

  • 会话建立/修改/释放：建立上网通道（PDU Session）。

  • IP 地址分配：给手机发 IP。

  • 选择和控制 UPF：告诉 UPF 数据该往哪跑。

4. PCF（策略控制功能）——“规则制定者”

• 属性：控制面。

• 核心功能：

  • 提供策略规则（如 QoS 策略、计费策略）。

  • 访问 UDR（统一数据仓库）获取用户签约信息。

第五模块：接口与协议（拓扑关系）

记住这张“连接关系图”。

1. 外部接口（基站与核心网）

• NG 接口：gNB 与 5GC

  • NG-C：连接 AMF（传信令）。

  • NG-U：连接 UPF（传数据）。

2. 内部接口（基站内部）

• F1 接口：CU 与 DU

  • F1-C：CU-C 与 DU 之间的信令。

  • F1-U：CU-U 与 DU 之间的数据。

• E1 接口：CU-C 与 CU-U

  • 作用：CU 内部控制面指挥用户面工作的接口。

3. 横向接口（基站之间）

• Xn 接口：gNB 与 gNB

  • 作用：基站间切换、双连接数据转发。