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第一章 5G簡介
從4G到5G
4G網絡從純數據業務發展到支持VOLTE，逐漸了滿足用戶的需求，但是隨著新的應用如無人駕駛，遠程醫療的發展，4G網絡不能滿足當前最近技術的應用， 特別是工業互聯網對時延的要求，目前新應用對5G的呼聲很高，5G也是中國制造2025的關鍵發力點。
2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯通、中國廣電發放5G商用牌照，中國正式進入5G商用元年。9月9日中國聯通以及中國電信簽署合作協議，雙方將雙方劃定區域，分區建設，各自負責劃定區域內的5G網絡建設相關工作。
5G的關鍵指標
5G網絡七個關鍵指標（KPI）包括用戶體驗速率、連接數密度、端到端延時、移動性、流量密度、用戶峰值速率、能源效率。
1. 移動性歷代移動通信系統重要的性能指標，指在滿足一定系統性能的前提下，通信雙方最大相對移動速度。5G移動通信系統需要支持飛機、高速公路、城市地鐵等超高速移動場景，同時也需要支持數據采集、工業控制低速移動或非移動場景。5G的移動性指標主要是要求支持500km/h的移動速度。
2.時延采用OTT或RTT來衡量，OTT是指發送端到接收端接收數據之間的間隔，RTT是指發送端到發送端數據從發送到確認的時間間隔。在4G時代，網絡架構扁平化設計大大提升了系統時延性能。在5G時代，車輛通信、工業控制、增強現實等業務應用場景，對時延提出了更高的要求，最低空口RTT時延要求達到了1ms。
3. 用戶感知速率5G時代將構建以用戶為中心的移動生態信息系統，首次將用戶感知速率作為網絡性能指標。用戶感知速率是指單位時間內用戶獲得MAC層用戶面數據傳送量。用戶感知速率要求達到0.1Gbps。
4. 峰值速率是指用戶可以獲得的最大業務速率，峰值速率要求達到10Gbps。
5. 連接數密度在5G時代存在大量物聯網應用需求，網絡要求具備超千億設備連接能力。連接數密度是指單位面積內可以支持的在線設備總和，一般不低于100萬/平方公里。
6.流量密度是單位面積內的總流量數，是衡量移動網絡在一定區域范圍內數據傳輸能力。5G支持每平方公里能提供數十Tbps的流量。
7.能源效率是指每消耗單位能量可以傳送的數據量，5G新型接入技術：低功率基站、D2D技術、流量均衡技術、移動中繼。
5G的三大場景
ITU 定義了 5G 三大應用場景：增強型移動寬帶(eMBB)、海量機器類通信(mMTC)及低時延高可靠通信(uRLLC)。eMBB 場景主要提升以“人”為中心的娛樂、社交等個人消費業務的通信體驗，適用于高速率、大帶寬的移動寬帶業務。mMTC和uRLLC 則主要面向物物連接的應用場景，其中eMTC 主要滿足海量物聯的通信需求，面向以傳感和數據采集為目標的應用場景;uRLLC 則基于其低時延和高可靠的特點，主要面向垂直行業的特殊應用需求。
eMBB增強型移動寬帶
eMBB( Enhanced Mobile Broadband)，增強移動寬帶。體現在用戶側表現為網速的提升。
eMBB 對應的是大流量移動寬帶業務,場景包括隨時隨地的 3D/超高清視頻直播和分享、虛擬現實、隨時隨地云存儲、高速移動上網等大流量移動寬帶業務，在大帶寬、低時延需求上具有一定優勢，是三大場景最先實現商用的部分。
在 5G eMBB（增強移動寬帶）場景上，Polar 為信令信道編碼方案，LDPC 碼為數據信道編碼方案。其它兩個 5G 場景的編碼方案，目前還沒確定。eMBB 場景理想的峰值速率將達到 20Gbps，各廠商在理想狀態下均已達到。
eMBB 場景關鍵性指標：
峰值速率：下行 20Gbps 上行10Gbps
用戶體驗速率：下行 100Mbps 上行 50Mbps
頻譜效率：下行 30bit/s/Hz 上行：10bit/s/Hz
控制面時延：20ms
用戶面時延：4ms
帶寬：低頻 100MHz 高頻1GHz
eMTC大規模移動通信
eMTC (Massive Machine Type Communication，大規模機器通信）：側重于人與物之間的信息交互，主要場景包括車聯網、智能物流、智能資產管理等，要求提供多連接的承載通道，實現萬物互聯，統稱為物聯網應用。
mMTC 場景的標準規范，將在 5G 標準 R17 版本中實現，預計 2020 年底發布。
eMTC 場景關鍵性指標：
連接密度：100 萬/平方公里
功耗：廣闊地區分布的設備，要求續航 10 年，電表氣表等一般設備 2-5 年續航能力。
uRLLC超高可靠低時延通信
uRLLC(Ultra Reliable&Low LatencyCommunication，超高可靠低時延通信)：側重于快速無誤的通信，主要場景包括：遠程控制，工業自動化，鐵路等重點實時信息交互等。
URLLC 場景關鍵性指標：
用戶時延：1ms
可靠性：用戶面時延 1ms 內，傳送32 字節包的可靠性為 1~10^(-5)。
第二章?5G網絡構架
5G網絡架構和以前的幾代網絡類似，主要包括 5G 接入網和 5G 核心網,其中 NG-RAN 代表 5G 接入網，5GC代表 5G 核心網(5G Core Network)。它們之間的接口，就叫NG接口
5G核心網(5GC)構架
5G核心網的設計思想
1、 用戶面與控制面分離，可獨立擴展、演進、部署。
2、 模塊化功能設計，實現靈活和有效的網絡切片。
3、 流程（即網絡功能之間的交互集）定義為服務，可重復使用。
4、 允許每個網絡功能直接與其他 NF（Net Function） 交互。
5、 AN和CN之間的接口集成了不同的接入類型，支持3GPP和非 3GPP接入。
6、 支持統一的身份驗證框架。
7、 支持“無狀態”NF，其中“計算”資源與“存儲”資源分離。
8、 支持網絡能力對外開放（開放接口，非 3GPP 網絡也可以接入）。
9、 支持并發接入到本地和集中服務。UP可部署在接入網絡附近。
10、 支持漫游，包括歸屬路由區流量以及訪問 PLMN 中的本地之外流量。
服務化構架SBA
SBA(Service Based Architecture:服務化構架) ：將網絡功能（NF）拆分，所有的NF通過接口接入到系統。
服務化SBA的優點：
負荷分擔：相同功能的NF可多個接入網絡，提供NFS（網絡功能服務）。
容災：當某個NF存在故障，退網，由其他NF承擔業務
擴容、升級簡單：獨立NF的功能快速擴容，并且對單獨的NF升級
實現網絡開放功能：NF實現了標準的接口，則多個設備廠家的不通過NF可用來構建某個NFS。
SBA 設計的目標是以軟件服務重構核心網，實現核心網軟件化、靈活化、開放化和智慧化。SBA的關鍵技術如下：
交互：采用Request-Response、Subscribe- Notify模式交互。
注冊：5G 核心網引入的新型網絡功能NRF 來實現的：NRF 接收其它 NF 發來的服務注冊信息，維護 NF 實例的相關信息和支持的服務信息；NRF 接收其它 NF 發來的 NF 發現請求，返回對應的 NF 示例信息。
接口：傳輸層采用了 TCP，在應用層采用 HTTP/2.0 [3]，在序列化協議方面采用了 JSON，接口描述語言采用 OpenAPI3.0， API 的設計方式采RESTFul。
5G網絡切片
網絡比喻為交通系統，車輛是用戶，道路是網絡。隨著車輛的增多，城市道路變得擁堵不堪，這時候出現了快車道，公交車道，人行道能概念，路那是那條路，但是人為的劃分了每條道，并且每條道的車輛行駛速度不同。
網絡切片，本質上就是將運營商的物理網絡劃分為多個虛擬網絡，每一個虛擬網絡根據不同的服務需求，比如時延、帶寬、安全性和可靠性等來劃分，靈活應對不同的eMBB、eMTC和uRLLC三大場景。
NFV（Network Function Virtualization，網絡功能虛擬化）：利用軟硬件解耦及功能抽象，以虛擬化技術降低昂貴的設備成本費，根據業務需求進行自動部署、彈性伸縮、故障隔離等步驟，讓運營商可通過此極速將承載各種網絡功能的通用硬件與云計算虛擬化技術相結合，實現網元虛擬化和虛擬網絡可編程，簡化網絡升級的步驟和降低購買新專用網絡硬件的成本，把網絡技術重點放到部署新的網絡軟件上。
SDN（SoftwareDefined Network，軟件定義網絡）：將網絡設備分離為單獨的控制設備及轉發設備，轉發設備功能簡單化，控制與轉發間遵循標準的Openflow 協議，從而實現控制層和轉發層分離。這樣網絡管理者可在接口上開發應用軟件，實現靈活的可編程，并結合流量監控，可動態調整數據平面的網元，使移動網絡組成變得更加靈活，從而提高傳送到消費者手機終端的下行傳輸速度。
SDN解耦的是控制平面與數據平面；NFV主要是軟硬件解耦，基于通用服務器和虛擬化技術，軟件實現控制和處理功能、流量處理功能。兩者雖不依賴，但共存互補對5G移動網絡功能重組，提升網絡彈性十分有效。
SDU（service Data Unit）:服務數據單元，又叫業務數據單元，是指定層的用戶服務的數據集，傳送到接收方的時候同一協議層時數據沒有發生變化，即業務部分，然后發給下層之后，下層將其封裝在PDU中發送出去。服務數據單元是從高層協議來的信息單元傳送到低層協議。第N層服務數據單元SDU，和上一層的協議數據單元（PDU）是一一對應的。根據協議數據單元的數據的不同，送到接收端的指定層。
PDU（Protocol dataunit）: 協議數據單元：計算機網絡各層對等實體間交換的單位信息，例如TCP層的PDU就是segment（分節）、應用層間交換的PDU則是application data（應用數據）。
SDU服務數據單元，對應于某個子層中沒有被處理的數據。對于某個子層而言，進來的是SDU。PDU協議數據單元，對應于被該子層處理形成特定格式的數據。對于某個子層而言，出去的就是PDU。
網絡片由 RAN 部分和 CN 部分組成。網絡切片的支持依賴于不同切片的流量由不同的 PDU 會話處理的原理。網絡可以通過調度以及通過提供不同的 L1 / L2 配置來實現不同的網絡切片。如果已經由 NAS 提供，則 UE使用 RRC 消息中提供用于網絡片選擇的輔助信息。雖然網絡可以支持大量切片（數百個），但 UE 不需要同時支持多于 8 個切片。網絡運營商根據服務等級協議（SLA：Service Level Agreement）管理每個用戶有資格使用的切片類型和業務。NSSAI（Network Slice Selection AssistanceInformation：網絡片選擇輔助信息）包括一個或多個 S-NSSAI（單 NSSAI）。每個網絡片由 S-NSSAI 唯一標識。
SA和NSA
5G 網絡架構分成了 SA 和 NSA，R15 版本分成了兩個階段，第一個階段發布的是 NSA，第二階段發布的是SA，它們的部署是不相同的。SA 即是 Standalone獨立組網，即一套全新的 5G 網絡，包括全新的基站和核心網。NSA 為非獨立組網，使用現有的 4G 網絡，進行改造、升級和增加一些 5G 設備，使網絡可以讓用戶體驗到 5G 的超高網速，又不浪費現有的設備。
SA 選項 2：全新的 5G 核心網和無線網 gNB 組網，優勢是可以完全發揮出 5G 的各項性能，按照 3GPP 的標準推進。缺點就需要浩大的投資。
SA 選項 5：和上面的選項 2 相比，在這個模式下，把原來的 4G 基站進行升級接入，它也屬于獨立組網。
NSA 選項3：在LTE雙連接構架中，UE（用戶終端）在連接態下可同時使用至少兩個不同基站的無線資源(分為主站和從站)。5G基站可以通過4G基站接到4G核心網。但是4G基站必須升級為增強型4G基站。
NSA 選項3a：當運營商不愿意花錢升級4G基站，5G基站的用戶面直接通4G核心網，控制面繼續錨定4G基站。
NSA 選項3x：把用戶面數據分為兩部分，會對4G基站造成瓶頸的那部分，遷移到5G基站。剩下的部分繼續走4G基站。
NSA 選項7系列：當把4G核心網更換為5G核心網，則3系列升級為7系列。
NSA 選項4系列：當5G作為錨定站時，且核心網使用5G核心網，則升級為4系列。4系列為用戶面和數據面均走5G基站，4a系列為用戶面走4G基站直達5G核心網，控制面板走5G基站到達核心網。
5GC NF功能說明
5G需要達到RTT為1毫秒級別的響應，需要達到每平方公里100萬連接數的用戶需求，決定了5GC不能在使用以往的MME+SGW的模式，5GC的主要關鍵技術包含：SBA（ServiceBased Architecture：基于服務式構架）、CUPS（Control and User Plan Separation:控制面板和用戶面分離）、NS(Net Slicing:網絡切片)。
接入和移動性管理AMF功能
AMF：Core Access and Mobility Management Function ，負責控制面的移動性和接入管理,4G的MME包含接入、移動性管理、會話管理、安全性管理等功能，5G中將接入、移動性管理、安全性管理歸屬到AMF中，將會話管理歸屬到SMF中， 5G RAN通過N2接口和AMF連接，UE則通過虛擬端口N1和AMF連接，多個AMF之間通過N14端口連接。
AMF 的單個實例中可以支持部分或全部AMF 功能，無論網絡功能的數量如何，UE 和 CN 之間的每個接入網絡只有一個 NAS 接口實例，實現 NAS 安全性和移動性管理的網絡功能之一，即只有一個AMF為UE提供安全和移動性管理服務。
AMF的3GPP服務功能：
為RAN網絡提供CP接口(N2接口)即控制面接入；
為UE提供N1接口實現加密和完整性保護；
為UE提供接入身份驗證，接入授權，注冊管理，連接管理，可達性管理，移動性管理；
定位服務管理和移動事件通知；
用于與EPS互通的EPS承載ID分配。
為UE和SMF之間的 SM 消息提供透明代理和傳輸；
為UE和SMSF之間提供 SMS 消息的傳輸；
為UE和LMF之間以及RAN和LMF 之間的位置服務消息提供傳輸；
SEAF的安全錨功能；
合法攔截（AMF事件和L1系統接口）
AMF還支持安全策略的相關功能和非3GPP網絡的某些功能，并非所有功能都需要在網絡切片的實例中使用，支持使用部分或全部功能靈活部署。
會話管理功能SMF
SMF：SessionManagerment Function ,負責會話管理，在4G中MME負責ESM會話管理，在5G中SMF獨立處理，專門負責會話管理。5G的用戶平面的功能是UPF,SMF通過N4接口和UPF連接控制會話管理，通過N11接口和AMF連接交互信息。
SMF的功能說明：
會話管理，維護UE和AN之間的通道，如會話的建立，修改，釋放；
UE的IP V4 和V6地址分配（DPCH V4 和V6功能）；
響應IP V4 ARP（AddressResolution Protocol：地址解析協議）和IP V6的NDP（Neighbor Discovery Protocol：鄰居發現協議）的請求和流量轉發；
配置 UPF 的流量控制，將流量路由導到正確的目的地；
提供到策略控制功能的路徑；
收費數據采集和計費接口提供；
SM消息的SM部分處理；
下行數據通知；
AN 特定 SM 信息的發起者，通過 AMF 通過 N2 發送到 AN；
確定會話的 SSC 模式；
合法攔截（SM事件和L1系統接口）
SMF 的單個實例中可以支持部分或全部SMF 功能，并非所有功能都需要在網絡切片的實例中得到支持。
SMF 還可以包括與安全策略相關的功能和漫游功能。
用戶平面功能UPF
UPF：User PlanFunction ,用戶平面功能，在4G中用戶面由S-GW和P-GW構成，在5G中UPF負責用戶面的功能。UPF通過N3口和RAN連接，通過N4口和SMF連接，通過N6口和DN連接，UPF之間通過N9口連接。
5G會話是基于PDU（Packet Data Unit: 數據包單元）交互，PDU連接業務即UE和DN（Data Network ,類似4G的PDN的概念，但是DN更側重萬物互聯的概念，即以前PDN網絡已經擴展到了每個終端均已通過IPV6地址接入網絡，即每個終端都是外網的終端，則PDN網絡擴展為DN網絡。4G中APN的概念在5G中叫DNN）之間交換PDU數據包的業務；PDU連接業務通過UE發起PDU會話的建立來實現。一個PDU會話建立即建立了一條UE和DN的數據傳輸通道。UE可以建立多條通過不同的UPF連接到同一個DN的PDU會話連接，每條PDU會話對應的SMF也可以不同。每條PDU會話的服務SMF信息會登記在UDM中。
UPF的功能說明：
用于RAT(Radio Access Type)內和RAT間的移動性錨定點
外部PDU和DN之間的會話點
分組路由和轉發
數據包檢查和合法攔截（UP面）
UP面策略規則實施和Qos處理
流量使用報告和上行鏈路流量驗證
上行鏈路和下行鏈路中的傳輸級分組標記
下行數據包緩沖和下行數據通知觸發
UPF 的單個實例中可以支持部分或全部UPF 功能，并非所有 UPF 功能都需要在網絡切片的用戶平面功能的實例中得到支持。一個會話中存在多個UPF時，則UPF和UPF之間通過N9口連接，中間的UPF充當中繼UPF。
策略控制功能PCF
PCF:Policy Control Function 策略控制功能，類似4G的PCRF。PCF是5G的策略整體框架。
AM策略：AMF在PCF中創建和管理與接入和移動性管理策略關聯，其他NF通過該關聯獲取UE的接入和移動性管理相關的策略。
Authorization策略：鑒權AF（Application Funtion）請求，并且為已鑒權的AF綁定PDU會話創建策略。
SM策略：SMF在PCF中創建和管理會話策略關聯，其他NF通過該關聯獲取PDU會話的策略信息。
BDT策略：來自開放網絡的AF獲取后臺傳輸策略并且根據AF的選擇更新后臺傳輸。
UE策略：NF在PCF中創建和管理UE的策略關聯，其他NF通過該關聯獲取UE策略觸發信息，PCF可以將該信息通過NAS信令發送給UE。
EveryExposure策略：該策略使其他NF可以訂閱和獲取PCF事件。
PCF策略控制管理不僅管了UE的策略，也管理其他NF之間的訪問策略，它是5G的一個整體策略框架。
網絡開放功能NEF
NEF: Network Exposure Function, 網絡開放功能，5G網絡基于服務化構架SBA，每個功能均是一個NF，當某個NF需要處理某些信息則需要調用其他NF的服務，NEF充當了重要的角色，它完成了NF的能力公開和事件公開，同時NEF也是和其他外部網絡交互的重要樞紐。
NEF的功能說明：
NF的能力和事件公開
外部網絡到3GPP的信息交互和安全信息控制
網絡存儲庫功能NRF
NRF: NF Repository Function，NF貯存功能，5G網絡中NEF是完成了NF的能力和事件公開，但是NF實例的具體信息是通過NRF獲取。
NRF的功能：
從NF實例接收NF發現請求，并將發現的 NF 實例（被發現）的信息提供給 NF 實例。
維護可用 NF 實例及其支持服務的NF 配置文件。
UDM,AUSF,AF
UDM：Unified DataManagement,統一數據管理，生成3GPP AKA身份驗證和用戶識別。
AUSF: Authentication Server Function,身份驗證服務器，支持3GPP和非3GPP的接入認證。
AF: Application Function,應用服務，即將某些應用如騰訊QQ等應用直接歸屬到5G核心網中，當然也可以是其他服務，比如網絡信號的MR分析等服務。
5G接入網構架
5G的接入網一般叫AN，即Access Network,有時候會加上Radio，即無線接入網，則簡寫為RAN,接入網和核心網之間的接口為NG接口，故可以寫成NG-RAN表示5G接入網。
由于5G構架分為SA和NSA 2種模式，在SA的情況下5G基站直接連接5G核心網相對比較簡單，在NSA情況下5G基站需要和4G基站組成主從站的形式接入核心網。目前非獨立組網均使用3X模式組網，即5G基站的用戶面和控制面均和4G基站連接，5G基站用戶面也直接和核心網連接，把用戶面數據分為兩部分，會對4G基站造成瓶頸的那部分，遷移到5G基站。剩下的部分，繼續走4G基站。
NR:5G基站和UE之間的接口，即New Radio,新無線。
EN-DC：E為ENB（4G基站），N為EN-GNB（5G基站），DC為Dual Connectivity即雙連接，則EN-DC表示4/5G基站雙連接模式組網，即UE分別和4G基站、5G基站連接。
SA 構架
SA構架中使用5G的核心網，基站主要包括純5G基站(gNB)和由4G升級的5G基站(ng-eNB)。
節點名稱解釋：
NR：New Radio，即5G新的空口技術；
gNB：向 UE 提供 NR 用戶面和控制面協議終端的節點（基站），并且經由 NG 接口連接到 5GC。G表示nextGeneration，即下一代。
en-gNB：4G核心網下的5G基站，主要是NSA模式下的5G基站，使用EN-DC的模式和核心網連接。
ng-eNB：當組網模式為NSA 4時，5G作為錨定站，4G通過5G基站接入核心網，提供4G服務，則成為ng-eNB，需要注意的是該基站提供4G信號服務。
5GC：5G 核心網
NG 接口就是無線接入網和 5G 核心網之間的接口，其中：
NG-C：NG-RAN 和 5GC 之間的控制面接口。
NG-U：NG-RAN 和 5GC 之間的用戶面接口。
Xn:5G核心網下的基站之間的接口，在4G中成為X2接口。
NG-RAN功能說明
NG-RAN網絡的功能主要涉及UE和核心網，主要功能如下圖：
主要功能：
無線接入控制，無線承載控制，移動性連接控制，在上行鏈路和下行鏈路中向 UE 的動態資源分配（調度）；
IP 報頭壓縮，加密和數據完整性保護；
用戶面和控制面的路由；
當不能從 UE 提供的信息確定到AMF 的路由時，在 UE 附著處選擇 AMF；
調度和傳輸尋呼消息和系統廣播信息；
用于移動性和調度的測量和測量報告配置；
上行鏈路中的傳輸級別數據包標記；
會話管理，網絡切片，QoS 流量管理和映射到數據無線承載
NG-RAN接口
2.3.6.1 NG接口
NG接口為RAN和5GC之間的接口，該接口為邏輯接口，即定義了這個結構實現的功能，具體實現的方式由各廠家自行決定和完成。
NG 接口分為 NG-C 接口（NG-RAN 和 5GC 之間的控制面接口）和 NG-U 接口（NG-RAN 和5GC 之間的用
戶面接口）。
任何一個 NG-RAN 節點和5GC 可能存在多個 NG-C 邏輯接口。然后，通過 NAS 節點選擇功能確定 NG-C接口的選擇。任何一個 NG-RAN 節點和5GC 可能存在多個 NG-U 邏輯接口。NG-U 接口的選擇在 5GC 內完成，并由 AMF 發信號通知 NG-RAN 節點。
接口協議如下：
2.3.6.2 XN接口
XN接口為NG-RAN內部接口，即gNB或eNB之間的接口，該接口為邏輯接口，具體實現由各廠家決定，邏輯接口的概念是即便2個設備之間無物理連接，也可以通過路由實現接口功能。
XN接口分為XN-C和XN-U接口，分別對應控制面和用戶面。具體協議層如下：
XN-C的功能：
切換準備功能:該功能允許在源NG-RAN 節點和目標 NG-RAN 節點之間交換信息，以便啟動某個 UE 到目標的切換。
切換取消功能:該功能允許通知已準備好的目標 NG-RAN 節點，不會進行準備好的切換。它允許釋放準備期間分配的資源。
檢索 UE 上下文功能:NG-RAN 節點從另一個節點檢索找回 UE 上下文。
RAN 尋呼功能：NG-RAN 節點為處于非活動狀態的 UE 啟動尋呼。數據轉發控制功能：源和目標 NG-RAN 節點之間建立和釋放傳輸承載以進行數據轉發。雙連接功能：在NG-RAN 中的輔助節點中使用附加資源。
激活功能：通過在 Xn 接口上指示小區激活/停用來降低能耗。
XN-U的功能：數據傳輸和流量控制。
NG-RAN網絡層和協議
5G RAN網絡和4G存在區別，主要是用戶面增加了SDAP層，控制面和4G區別不大。
NG-RAN網絡層
PHY：Physical Layer，物理層，目前一般是網線或者光纖完成傳輸，信號為二進制的電信號或者光信號。
2.3.7.1.1 MAC層說明
MAC地址為識別網絡節點的標識，通常有48位長。網卡的物理地址通常是由網卡生產廠家燒入網卡的EPROM(一種閃存芯片，通常可以通過程序擦寫)，它存儲的是傳輸數據時真正賴以標識發出數據的電腦和接收數據的主機的地址.MAC地址公司前綴由IEEE統一管理，當同一個網絡中存在相同MAC地址，則MAC沖突導致網絡傳輸故障。
MAC層：Media AccessControl,介質訪問控制層，單個 MAC 實體可以支持多個數字，傳輸定時和小區。該層的示意圖如下：
邏輯信道和傳輸信道之間的映射、復用和解復用
調度信息報告;
HARQ 進行糾錯重傳（在 CA 的情況下每個小區一個 HARQ 實體）;
動態調度在 UE間和UE內的邏輯信道的優先級;
填充
HARQ:混合自動重傳,HARQ 功能確保在物理層的對等實體之間的傳遞。當物理層未配置用于下行鏈路/上行鏈路空間復用時，單個 HARQ進程支持一個 TB，并且當物理層配置用于下行鏈路/上行鏈路空間復用時，單個 HARQ 進程支持一個或多個 TB。
2.3.7.1.1 RLC層說明
RLC:Radio Link Control,無線鏈路控制層，層位于PDCP層和MAC層之間。它通過RLC通道（RLC channel）與PDCP層通信，并通過邏輯信道與MAC層進行通信。RLC配置是邏輯信道級的配置，一個RLC實體（RLC entity）只對應一個UE的一個邏輯信道。RLC實體從PDCP層接收到的數據，或發往PDCP層的數據被稱作RLC SDU（或PDCPPDU）。RLC實體從MAC層接收到的數據，或發往MAC層的數據被稱作RLC PDU（或MACSDU）。RLC層分為AM,TM,UM 3種模式。
TM模式：TransparentMode，透明傳輸模式，只包含一個實體：發送與接收在同一個實體中。TM模式不對傳入RLC的SDU做任何處理，直接透傳。TM模式可以從BCCH，DL/UL CCCH和PCCH接收或者發送RLC PDU。
UM模式：UnacknowledgedMode，非確認模式，UM發送實體為RLC SDU添加協議頭；如果需要還對RLC SDU進行分割在更新協議頭。UM模式可以從DTCH中接收或者發送RLC PDU，UM模式接收側維護一個接收窗口。
UM接收實體時探測RLC SDU是否丟失，無丟棄重組RLC SDU并把RLC SDU傳輸給上層；丟棄無法重組為RLC SDU的UMD PDU。
AM模式：AcknowledgedMode，確認模式，AM模式可以從DTCH和DCCH中接收或者發送RLC PDU。AM模式傳輸的數據PDU稱為AMD PDU；控制PDU稱為 STATUS PDU。
AM發送實體為RLC SDU添加協議頭；如果需要還對RLC SDU進行分割，然后更新協議頭。AM發送實體支持ARQ重傳，當重傳的RLC SDU大小與MAC指示的大小不符時，可以對RLC SDU進行分割或者重分割。AM模式發送側和接收側都維持一個窗口。
AM接收實體：探測AM PDU是否重復接收并丟棄重復的AM PDU；檢測丟失的AM PDU并請求重傳；恢復RLC SDU并提交給上層。
AM模式發送端優先級：ControlRLC PDU > 重傳PDU > 普通PDU
RLC層功能說明：
1.傳輸上層的PDU
2.編號（與PDCP層編碼獨立）（UM與AM模式）
3.通過ARQ糾錯（AM模式）
4.對RLC SDU進行分割（UM與AM模式）和重分割（AM模式重傳時）
5.重組RLC SDU（UM與AM模式）
6.重復檢測（根據編號進行，AM模式）
7.RLC SDU丟棄（UM與AM模式）
8.RLC層重建
9.協議錯誤檢測（AM模式）
2.3.7.1.3 PDCP層說明
PDCP: Packet Data Convergence Protocol,分組數據匯聚協議層，PDCP層為映射為DCCH和DTCH邏輯信道的無線承載提供傳輸服務。每個無線承載對應一個PDCP層實體，每個PDCP實體對應1個，2個，或者4個RLC實體（根據單向傳輸/雙向傳輸，RB分割/不分割，RLC模式等確定）。
如果RB不分割，則一個PDCP實體對應1個UM RLC（單向），或者2個UM RLC實體（雙向各一個），或者1個AMRLC實體。如果RB分割，則一個PDCP實體對應2個UM RLC（單向），或者4個UM RLC實體（雙向各一個），或者2個AMRLC實體。
PDCP控制面/用戶面通用功能：
1. 編號
2. 加密、解密和完整性保護
3. 傳輸數據
4. 重排序和重復檢測
5. PDCP PDU復制
PDCP用戶面附加功能：
1.頭壓縮和解壓縮（ROHC算法）
2.PDCP PDU路由（當存在BearSplit時）
3.PDCP SDU重傳和丟棄
4.PDCP重建、為RLC AM恢復數據
2.3.7.1.4 SDAP層說明
SDAP：Service DataAdaptation Protocol，服務數據適配協議層，SDAP協議是為了保證5G QoS 而設置的層，SDAP子層是通過RRC信令來配置。
QoS: Quality of Service，服務質量, 當網絡發生擁塞的時候，所有的數據流都有可能被丟棄；為滿足用戶對不同應用不同服務質量的要求，就需要網絡能根據用戶的要求分配和調度資源，對不同的數據流提供不同的服務質量：對實時性強且重要的數據報文優先處理；對于實時性不強的普通數據報文，提供較低的處理優先級，網絡擁塞時甚至丟棄。QoS針對某種類別的數據流，可以為它賦予某個級別的傳輸優先級，來標識它的相對重要性，并使用設備所提供的各種優先級轉發策略、擁塞避免等機制為這些數據流提供特殊的傳輸服務，增加了網絡性能的可預知性，并能夠有效地分配網絡帶寬，更加合理地利用網絡資源。
DRB: Data Radio Bears，數據承載，用來承載用戶面數據的承載。
QoS flow to DRB mapping rule：將一個QoS流的packet映射到哪條DRB上的規則，用于發送方向。
Reflective QoS flow to DRB mapping：UE監測下行的QoS流到DRB的映射規則，然后將其應用到上行方向上。
QFI：QoS Flow ID：QoS流ID
RDI：Reflective QoSflow to DRB mapping Indication：
RQI：Reflective QoSIndication
SDAP子層負責將QoS流映射到對應的DRB上；一個或者多個QoS流可以映射到同一個DRB上，一個QoS流只能映射到一個DRB上。
RRC的SDAP配置：
pdu-Session：PDU會話ID，表示這條DRB屬于哪個PDU會話的，也就是說這個DRB是為哪個PDU會話建立的。
sdap-HeaderDL：present表示配置，absent表示不配置，如果沒有配置就相當于SDAP層不存在，PDCP后應用packet。
sdap-HeaderUL：上行數據傳輸是否配置SDAP頭，如果沒有配置就相當于SDAP層不存在，packet直接扔給PDCP處理。
defaultDRB：是否為這條PDU會話的默認DRB；一個PDU會話中的所有SDAP配置實例中，最多只能有一個默認DRB，可以沒有默認DRB。
mappedQoS-FlowsToAdd：這是一個QFI列表，表示要再增加列表中的QoS流映射到這條DRB上；同一個PDU會話的所有SDAP配置實例中，一個QFI值只能出現一次，也就是說不能一條QoS流映射到多條DRB上。
mappedQoS-FlowsToRelease：這是一個QFI列表，表示這些QoS流不能再映射到這條DRB上。
從中可以看出，ngNB會為一個PDU會話的QoS規則為其建立1個或多個DRB，每個DRB負責承載1個或多個QoS數據流
SDAP流程：
上行數據傳輸:
一個發送SDAP實體接收到一個來自上層QoS流的SDAP SDU時：
如果這個SDU沒有滿足已存在的任何一條QoS流到DRB的映射規則，則將這個SDAP PDU映射到默認DRB，否則，映射這個SDU到滿足映射規則的DRB上
如果映射到的DRB配置了SDAPheader，則按照協議構造上行SDAP data PDU,否則按照協議構造另外一種上行SDAP data PDU。
將構造好的上行SDAP data PDU提交給下層（PDCP）
下行數據傳輸：
一個接受SDAP實體在收到來自下層的SDAPPDU時，如果這個SDAP PDU所在的DRB配置了SDAP頭則反射QoS流到DRB的映射的處理在進行RQI處理，去除SDAP data PDU的頭，提取SDAP PDU；否則（未配置SDAP頭）將提取出來的SDAP PDU遞交給上層。
NG-RAN控制面板協議棧
NG-RAN協議棧主要是指控制面協議，控制面主要包括RRC協議和NAS協議。
2.3.7.2.1 RRC協議
RRC：Radio ResourceControl，無線資源控制協議，理解為終端 UE 和網絡相互溝通的共同語言。RRC的主要功能為廣播與 AS 和NAS 相關的系統信息;由 5GC 或 NG-RAN 發起的尋呼;建立，維持，釋放 UE 與 NG-RAN 之間的 RRC連接。
RRC層的具體功能：
發送AS和NAS的系統消息
發送AS和NAS的尋呼信息
建立、維持、釋放RRC連接
小區選擇，重選、測量、切換等移動性管理
無線承載建立、修改、釋放等承載控制
安全功能
載波聚合添加、修改、刪除等載波控制
5G NR支持3種RRC狀態，分別為：RRC_IDLE、RRC_INACTIVE、RRC_CONNECTED。
RRC_IDLE狀態功能：1.PLMN的選擇，2.系統廣播，3.小區重選，4.尋呼
RRC_CONNECTED狀態功能：1.RRC建立和AS上下文，2.專用信道傳輸數據，3.測量和切換。4，RAN知道UE所在小區。
RRC_INACTIVE狀態表示RRC不活躍狀態，狀態功能如下：
PLMN的選擇
系統廣播
小區重選（不可以切換）
尋呼
基于 RAN 的通知區域（RNA）由 NG-RAN 管理;
UE存儲AS上下文
在 RRC INACTIVE 狀態下，終端處于省電的“睡覺”狀態，但它仍然保留部分 RAN 上下文（安全上下文，UE 能力信息等），始終保持與網絡連接，并且可以通過類似于尋呼的消息快速從 RRCINACTIVE 狀態轉移到 RRCCONNECTED 狀態，且減少信令數量。
4/5G狀態轉換如下：（FFS為將來繼續研究）
2.3.7.2.2 NAS 協議
NAS協議分為控制面和用戶面，控制面終止于AMF，分為N1和N2接口，N1為UE和AMF之間的接口，N2位AN和AMF之間的接口。用戶面終止于UPF，接口N3位AN和UPF之間的接口。
NAS協議分為NAS-MM和NAS-SM協議，具體功能如下：
NAS-MM：負責注冊管理、連接管理、用戶面連接的激活和去激活操作，NAS消息的加密和完保。（AMF接口）
NAS-SM：支持用戶面PDU會話的建立、修改、釋放；NAS-SM消息通過AMF傳輸，且其對AMF是透明的（也就是AMF負責透傳SM消息、不對其進行解析處理）。(SMF)
N2-SM消息是NG-AP消息的一部分，這部分消息由AMF負責透傳。從接入網的角度N2-SM消息終結于AMF。
N1 NAS信令的終結點為UE和AMF， UE和5GC間還有多個其它協議（SM、SMS、UE policy、LCS等），這都協議都是通過N1 NAS-MM進行透傳的。
第三章?5G底層
5G物理層概念
無線通信的空中接口是無線通信最重要的部分，5G空口叫NR（New Radio）接口，分為L1層（物理層）、L2層（數據鏈路層）、L3層(RRC層)。
物理層即空中無線電波的傳輸層，媒介為無線信號，為L2的MAC層提供傳輸通道。
物理層的主要功能：
頻率和時間同步;
無線特性測量和對更高層的指示;
編碼傳輸信道與物理信道的速率匹配和信道映射
物理信道的調制和解調;
FEC 編碼/解碼傳輸信道;
傳輸信道上的錯誤檢測和對更高層的指示。
幀結構
幀：Frama，無線通信從2G到4G都是通過幀的形式通信，一般是指從時域和頻域2個維度衡量的資源單位，是數據鏈路層即L2的協議數據單元。幀分為幀頭、數據部分、幀尾，數據部分包含網絡傳輸的數據，幀頭和幀尾放置控制信息。
4G和5G的基本時間單位
在LTE中基本時間單位：
LTE支持6種不同的傳輸帶寬1.4 MHz、3 MHz、5 MHz、10 MHz、15 MHz、20 MHz，子載波間隔為15kHz，所以最大傳輸帶寬20MHz共含有1200個子載波，其余帶寬為保護間隔。這1200個子載波上分別承載著子序列信息，頻域采樣點數不能少于1200才可以保證信息不會丟失，但在計算機系統里，2的冪次方方便計算，必須要2048點的IFFT才能生成OFDM符號。LTE子載波間隔是15kHz，所以OFDM符號長度是1/15000，符號長度除以2048采樣點，得到的就是采樣間隔，所以這個時間單位Ts就是LTE中OFDM符號的采樣間隔，為32.55×10（-9）s。
在5G中基本時間單位：
最大子載波間隔為480khz，100MHZ的頻域帶寬包含RB數為273，一個RB包含12個子載波，即包含子載波3276個，所以使用4096的采樣點，OFDM符號的采樣間隔為5.086×10（-11）s。
幀結構的時域
5G 幀長為10ms，包含2個半幀，每個半幀包含5個子幀(SubFrame)，共計10個子幀，每個子幀的長度時1ms，幀編號從0開始。5G幀結構和LTE相同，為 5G 和 4G 的共存和靈活組合提供了條件，簡化了小區搜索和頻率測量。
時隙長度因子載波間隔不同會有所不同，一般是隨著子載波間隔變大，時隙長度變小。
當子載波間隔為15khz時，一個子幀包含一個時隙，即每個幀包含10個時隙，隨著子間隔間隔的翻倍，每個時隙的長度減半，每個子幀包含的時隙數量翻倍。子載波間隔共15khz-480khz共計6種，每個子幀包含的子載波數量共計1-32共計6種，每個幀包含的子載波數量共計10-320共計6種。
符號：無線電波的一個凸起，在常規CP下每個時隙包含14個符號，在擴展CP下每個時隙包含12個符號。由于時隙的長度不一樣，即在不同的子載波間隔下符號的長度也不相同。
需要注意上圖中當符號的長度減小一半時，循環前綴CP的長度也減小一半。
時隙結構
在LTE中只支持上下行時隙配比，在5G中支持符號配比，即每個時隙中的符號也可以是上行，也可以是下行，協議規定了0-255一共256種格式，R15版本0-61已給出配置，62-255為預留態。相對LTE更加靈活。基站通過SIB1（SA）或者公共消息中的tdd-UL-DL-Configuration和tdd-UL-DL-configurationCommon2消息(NSA)，對UE進行初始slot配置廣播。
NR中時隙格式的配置方法包括：
1 半靜態的Cell-Specific（小區級）時隙格式配置
2 半靜態的UE-Specific（UE級）時隙格式配置
3 動態時隙格式配置（通過DCI Format 2_0調度，也稱為SFI格式配置）
其他可影響時隙格式的因素：
DCI調度
2. Semi-static半靜態相關配置
頻率
5G頻譜分為兩個區域FR1和FR2，FR（FrequencyRange）即頻率范圍。FR1的頻率范圍是450MHz到6GHz，也叫Sub6G（低于6 GHz），經常也會說5G部署在3.5G上。FR2的頻率范圍是24GHz到52GHz，這段頻譜的電磁波波長大部分都是毫米級別的，也叫毫米波mmWave（嚴格來說大于30GHz才叫毫米波（10毫米波））。
FR1的優點是頻率低，繞射能力強，覆蓋效果好，是當前5G的主用頻譜，帶寬范圍為（5,10,15,20,25,30,40,50,60,80,100）MHZ。
FR2的優點是超大帶寬，頻譜干凈，干擾較小，作為5G后續的擴展頻率。未來很多高速應用都會基于此段頻譜實現，5G高達20Gbps的峰值速率也是基于FR2的超大帶寬。帶寬范圍為（50,100,200,400）MHZ。
5G上下行也存在FDD和TDD 2種配置，LTE時FDD和TDD的幀結構是2個標準，在5G中只有一個標準，但是也支持FDD和TDD上下行的配置。目前武漢移動的NSA為TDD配置模式。
目前我國僅對FR1中的頻段進行了分配，其中
中國移動：2515MHz-2675MHz共160MHz，頻段號為n41，以及4800MHz-4900MHz共100MHz，頻段號為n79；目前武漢移動的配置100M:2515`2615,60M:2515`2575
中國電信：3400MHz-3500MHz共100MHz，頻段號為n78；
中國聯通：3500MHz-3600MHz共100MHz，頻段號為n78；
目前中國移動LTE D頻段（2575-2635MHz）? 分為D1、D2、D3三個頻點：
D1頻率范圍為2575-2595MHz，中心頻點為2585MHz，絕對頻點號（EARFCN）37900；
D2頻率范圍為2594.8-2614.8MHz，中心頻點為2604.8MHz，絕對頻點號（EARFCN）38098；
D3頻率范圍為2614.6MHz-2634.6MHz，中心頻點為2624.6MHz，絕對頻點號（EARFCN）38298。?
D7頻率范圍為2634.4MHZ-2654.4MHZ，中心頻點為2644.4MHZ,絕對頻點號（EARFCN）
從頻率上看如果配置5G配置了60M帶寬，則LTE D1,D2,D3,D7均不需要退頻，如果配置了100M，則D1,D2需要退頻,D3,D7不需要退頻。
物理資源
5G的物理資源單位包含時域，頻域和空域3個維度，前面已初步了解時域和頻域的概念。
天線端口：5G關鍵技術MassiveMIMO為大規模多天線技術，從LTE時代的1/2/4/8天線發展到64/128/256天線。信號發射從水平面發展到三維面發射。
天線端口的特性：若在一個天線端口上傳輸的某一符號的信道的大尺度特性，可以從另一個天線端口上傳輸的某一符號的信道推知，則這兩個天線端口被稱為是準共定位（quasi co-located，QCL）。大尺度特性包括一個或多個時延擴展，多普勒擴展，多普勒頻移，平均增益，平均時延，空間Rx參數。
資源塊RB（Resource Block）：頻域上連續
個子載波。
參考資源塊RRB（Reference ResourceBlock）：在頻域上從0開始編號。參考資源塊0的子載波0對于所有的子載波配置是公共的，也被稱為“參考點A”，并且用作其他資源塊格的公共參考點。參考點A從以下高層參數獲得：
1. PRB-index-DL-common for a PCell downlink
2. PRB-index-UL-common for a PCell uplink
3. PRB-index-DL-Dedicated for an SCelldownlink
4. PRB-index-UL-Dedicated for an SCelluplink
5. PRB-index-SUL-common for a supplementaryuplink
公共資源塊CRB（CommonResource Block）：在子載波間隔配置μ的頻域上從0開始編號。子載波間隔配置μ下的公共資源塊0的子載波0與“參考點A”一致。
資源柵格：對于每個參數集和載波，資源柵格（Resource grid）定義為個子載波和 個OFDM符號，起始公共資源塊由高層信令指示。表示DL（downlink）或UL（uplink），在不會產生混淆時，下標可省略。每個天線端口 p、每個子載波間隔配置 μ 以及每個傳輸方向（上行或下行），對應一個資源格。
上下行對應的最大最小RB數：
這里需要注意5G的RB只有頻域的概念，沒有時域的概念，通常就是一個Symbol的長度。RB的DCI授權時，需要指定Symbol的數目。
BWP（Bandwidth Part）：
5G的帶寬最小可以是5MHz，最大能到400MHz。如果要求所有終端UE都支持最大的400MHz，無疑會對UE的性能提出較高的要求，不利于降低UE的成本。同時，一個UE不可能同時占滿整個400M帶寬，如果UE采用400M帶寬對應的采樣率，無疑是對性能的浪費。此外，大帶寬意味著高采樣率，高采樣率意味著高功耗。
NR在調度上和LTE不一樣，LTE按照每個tti來調度， NR調度引入了BWP：Bandwidth Part，即一部分帶寬。也用Bandwidth Adaptation指代這個技術，即帶寬自適應變化。在LTE中，UE的帶寬跟系統的帶寬保持一致，解碼MIB信息配置帶寬后便保持不變。在NR中，UE的帶寬可以動態的變化。如下圖為例來解釋BWP：
T1時刻，UE的業務量較大，系統給UE配置一個大帶寬（BWP1）；T2時刻，UE的業務量較小，系統給UE配置了一個小帶寬（BWP2），滿足基本的通信需求即可；T3時刻，系統發現BWP1所在帶寬內有大范圍頻率選擇性衰落，或者BWP1所在頻率范圍內資源較為緊缺，于是給UE配置了一個新的帶寬（BWP3）。
UE在對應的BWP內只需要采用對應BWP的中心頻點和采樣率即可。而且，每個BWP不僅僅是頻點和帶寬不一樣，每個BWP可以對應不同的配置。比如，每個BWP的子載波間隔，CP類型，SSB（PSS/SSSPBCH Block）周期等都可以差異化配置，以適應不同的業務。
UE可以在下行鏈路中被配置多達四個BWP，并且在給定時間內只有一個DL BWP處于激活狀態。UE不應在激活的BWP之外接收PDSCH，PDCCH，CSI-RS或TRS。
UE可以在上行鏈路中被配置多達四個BWP，并且在給定時間內只有一個UL BWP處于激活狀態。如果UE配置有輔助（supplementary）上行鏈路，則UE可以在輔助上行鏈路中另外配置多達四個BWP，并且在給定時間內只有一個輔助UL BWP處于激活狀態。UE不應在激活的BWP之外傳輸PUSCH或PUCCH。
在NR FDD系統中，一個UE最多可以配置4個DL BWP和4個UL BWP。在NR TDD系統中，一個UE最多配置4個BWP Pair。BWP Pair是指DL BWP ID和UL BWP ID相同，并且DL BWP和UL BWP的中心頻點一樣，但是帶寬和子載波間隔可以不一致。
BWP分類：
Initial BWP : 用于UE接入前的信息接收，主要是用于接收SIB和RA相關信息，一般在Idle態時使用。
First Active BWP: 第一個UE 專有BWP，UE可在這個BWP上進行數據的收發和PDCCH檢索。
default BWP: UE專有BWP，協議提供了參數defaultDownlinkBWP-Id來給UE配置一個默認的DLBWP，如果高層沒有配置這個參數，則UE認為initial DL BWP就是默認的DL BWP。在激活了某個DL BWP時，啟動該定時器，定時器超時后，跳轉到defaultDownlinkBWP，如果沒有配置defaultDownlinkBWP，則跳轉到initialDownlinkBWP。
BWP最基本的配置信息包括：
locationAndBandwidth：通過RIV的形式來指示BWP的PRB起始位置和占用的PRB個數。
2. SCS (subcarrier spacing)。
編碼和速率匹配
在計算機網絡或者無線網絡傳輸中，總會存在各種干擾，導致數據無法解調，如果不通過方法克服，則重傳率會大大增加，編碼的目的就是通過各種方法，讓傳輸錯誤的數據可以解調，如16個1重復3次編碼成48個1，則第一次錯了，通過后面2次的對比可以獲得正確的數據，避免重傳。同時編碼必然帶來編碼效率的問題，即資源浪費的問題，則必須要考慮干擾的嚴重情況，明顯計算機有線傳輸的誤碼幾率要大大小于無線傳輸的誤碼幾率，則對應相同的誤碼率要求情況下，計算機網絡傳輸可以采用編碼率更高的編碼方式，無線傳輸采用編碼率更低的編碼方式。
隨著通信的發展，在4G時采用的是Turbo編碼，在5G中業務信道使用LDPC編碼，控制信道使用Polar編碼。
Turbo編碼:
Turbo編碼是法國電信研究院在1993年提出，1996年被IMT2000確定為3G的編碼標準，一直延續到4G均使用其編碼。
仿真結果表明碼率為1/2 的Turbo碼在達到誤比特率（BER) ≤ 10?5時，Eb/N0僅為約0.7dB （這種情況下達到信道容量的理想Eb/N0值為0db），遠遠超過了其他的編碼方式。
LDPC編碼：
LDPC: Low Density Parity Check Codes，低密度奇偶校驗碼,美國人Gallager 1963年在麻省理工（MIT）博士畢業論文提出，由于當時計算機計算能力不行，一直得不到應用。需要注意的是雖然目前高通主推LDPC，華為主推Polar，但是這2個編碼方式均不屬于2個廠家，他們做的是編碼的實施，如編碼矩陣等等。
Polar編碼：極化編碼，土耳其人Arikan2008年在國際信息論大會上提出，華為2010年開始Polar碼的研究。Arikan的博士論文導師是Gallager，5G的編碼方式之爭某種意義上說是師徒之戰，弟子不必不如師。
3種編碼方式的對比:
目前3GPP只是規定了EMBB的編碼方式，在數據信道（長碼）之爭時，Turbo、LDPC、Polar 3個選項絕大多數廠家均支持LDPC，最終LDPC被確定為長碼的編碼方式，在控制信道TBCC（咬尾卷積編碼）和Polar之爭中Polar獲勝，被確定為控制信道的編碼方式。
速率匹配：Rate Matching，信道編碼后信道速率和物理層資源速率不匹配，需要做速率匹配，完成信道數據對物理層數據的映射。
信道
信道分為邏輯信道、傳輸信道、物理信道，邏輯信道是RLC層和MAC之間的信息交互點，傳輸信道是MAC層和物理層之間的信息交互點，物理信道是空口即ENB和UE之間的信息交互點。
邏輯信道數據經過MAC層處理后映射到傳輸信道，傳輸信道經過物理層處理后映射到物理信道。
回顧下LTE的信道映射圖：
調制介紹
數字信號：通信使用的信息一般用二進制數字來描述，二進制數字即數字信號。
模擬信號：電信號或者光信號，以電平或者光強的大小來模擬的有規律的信號。
A/D轉換器?（Digital to Data Converter:ADC）：將模擬信號轉換為數字信號。
D/A轉換器：將數字信號轉換為模擬信號。
基帶信號：基帶信號是原始的電信號，一般是指基本的信號波形，在數字通信中則指相應的電脈沖。在通信中即二進制轉換后的模擬電信號或者光信號，一般在基站側為電信號，在傳輸側為光信號。（光纖接光電轉換器轉成電信號輸送到基站側）。
調制：將模擬信號調制為具有某些特性，并且適合無線傳輸的信號，一般分為2次調制的過程，第一次調制為增加特性，第二次調制則將低頻信號通過振蕩電路調制為適合無線傳輸的高頻信號。
第一次調制（數字調制）：首先完成加擾，加擾的目的有2個，第一個是避免出現長連續的0或者1，長連續的0或者1容易使信號失真，不容易解調。這個目的完全是為了便于信號解調，第二個是為了加上小區特性，在LTE中加擾是和PCI相關的，通過加擾來區別小區信號。完成加擾后的信號通過QPSK、16QAM、256QAM等調制方式將數字信號調制，完成后在層映射，即在信號上加入層的信息，完成天線端口映射，在信號上加上天線端口的信息。
第二次調制（模擬調制）：通過振蕩電路將低頻電信號調制為適合無線傳輸的高頻信號。高頻信號的調制和網絡部署頻率相關，如將低頻電信號調制到3.5GHZ或者調制到毫米波上。
預編碼、碼本矩陣、非碼本矩陣
在LTE和5G通信中，每個子載波均為一個信道，使用了MIMO技術后則每個天線端口的每個子載波均為一個信道，2*2發射則原來的一個子載波信道擴展成了2個子載波信道。增加系統容量，提升吞吐率，從理論上來看,多天線的空分復用能成倍增加系統容量。但實際上并非如此,如，2*2MIMO的容量C（容量）小于兩倍的SISO容量，因為容量增加必然帶來干擾增大，干擾主要是由于信道矩陣中信道的相關性造成的，為了消除信道相關性造成影響，需要在接收端對H進行評估，并做線性均衡，最大化MIMO信道矩陣H的容量。
預編碼（Precoding）：為了獲取更高的MIMO容量，接收機側需要對MIMO的發射矩陣H中的每個信道都進行均衡處理，消除信道間的影響，這樣增加接收機的實現復雜度和增加系統開銷。另一個是，若通過增加天線空間來消除信道間的影響，但天線近處的雜散環境使實現難度增加。于是提出了通過技術改進解決，通過改變發射機的發射方式，對發射信號進行預處理，輔助接收機消除信道間的影響，這種發射方式的改變就是通過預編碼實現的。
碼本矩陣：（Codebook）:在預編碼的過程中使用的編碼方式，由于預編碼時對多個信道預編碼，則編碼方式也是對應多個信道，則多個編碼方式構成了碼本矩陣。3GPP定義了一系列碼本矩陣V，eNodeB和ue側均可獲得，應用時根據PMI選擇一個可以使信道矩陣H容量最大的V。預編碼實際上就是在發射端對發射信號S乘以V。
非碼本矩陣：非碼本預編碼利用了信道的互易性特性，eNode B根據上行發送信號獲得上行信道信息，并基于信道互易性，獲得下行信道信息，利用所獲得的信道信息進行矩陣分解，生成所需的預編碼矩陣。非碼本預編碼方法在TDD系統中有突出的優勢，減少了上行反饋的開銷，有利于eNode B靈活選取預編碼矩陣。非碼本方式的預編碼矩陣的選擇取決于eNode B的具體實現算法，不需要通過下行控制信令通知所用的預編碼矩陣。為了使UE能夠進行相干解調，需要發送專用導頻使UE估計預編碼后的等效信道。專用導頻也經過了與業務數據相同的預編碼處理。
邏輯信道
邏輯信道關注的是傳輸什么內容（廣播、尋呼、業務），什么類別的信息（控制、業務）。根據類型分為：控制消息（控制平面的信令，如廣播類消息、尋呼類消息）和業務消息（業務平面的消息，承載著高層傳來的實際數據）。邏輯信道是RLC傳到MAC層的SAP（Service Access Point:服務接入點）。
5G的邏輯信道:
BCCH:廣播控制信道，承載廣播信息，即系統消息的承載。
PCCH：傳輸控制信道，承載尋呼信息
CCCH：公共控制信道，這個信道和專用控制信道的區別是公共控制信道屬于整個小區，在公共控制中使用，不需要專門分配給某個UE，UE可以通過搶占的形式使用。
DCCH：專用控制信道，小區專門分配給UE的控制信道，屬于某個UE，UE通過該信道和小區交互，存在資源分配的過程。
DTCH：專用業務信道，分為上行和下行，承載上下行業務。
傳輸信道
邏輯信道的數據經過MAC層處理后，由對應的傳輸信道傳輸到物理層，某些由MAC層提供的服務數據也會經過傳輸信道傳輸到物理層。即邏輯信道必然有對應的傳輸信道，但是傳輸信道不一定有對應的邏輯信道。
BCH：廣播信道，承載BCCH的廣播，需要注意BCCH部分內容還映射到DL-SCH。
DL-SCH：下行共享信道，承載下行業務和控制信息。CCCH、DCCH、DTCH和部分的BCCH內容均映射到該信道。
PCH：尋呼信道，PCCH映射到該傳輸信道。
UL-SCH：上行共享信道，承載上行業務和控制信息。CCCH、DCCH、DTCH均映射到該信道。
RACH：隨機接入信道，MAC層隨機接入的信息映射到該傳輸信道。
上行物理信道和物理信號
5G的上行鏈路和LTE類似，包含信道：PRACH、 PUCCH、PUSCH，信號：DM-RS、PT-RS、SRS，信道映射如下：
3.6.5.1 上行物理信號
DM-RS：DemodulationReference Signal,解調參考信號，用于對PUCCH和PUSCH信道解調，伴隨PUCCH和PUSCH信道傳輸。
PT-RS：PhaseTracking Reference Signal,相位跟蹤參考信號，用于校正由于晶振相位誤差引起的干擾，伴隨PUSCH傳輸。
SRS：SoundingReference Signal,探測參考信號，用于上行信道質量評估，便于后期分配上行信道，獨立傳輸。UE可以配置多個SRS組，不同的SRS組可以同時傳輸。
PUSCH信道
PUSCH：PhysicalUplinkSharedChannel，物理上行共享信道，主要承擔上行業務，上行CCCH（公共控制信道）、DCCH（專用控制信道）。DTCH（專用業務信道）映射到UL-SCH（上行共享信道，屬于傳輸信道），UL-SCH信道映射到該物理信道。
從信道映射上看，PUSCH承載公共控制信息、專用控制信息、專用業務信息的傳輸。
下圖是PSUCH的信道編碼過程：
TB：TransportBlock，傳輸塊，從MAC層傳輸過來的信息塊，包含CCCH、DCCH、DTCH信息的傳輸塊。當前為二進制數字格式。
CRC：CyclicRedundancy Check,循環冗余檢校，即在原二進制文件上添加檢校位，便于接收端檢校是否存在傳輸錯誤，一般為二次CRC（先分段，在每段上加CRC，在合并，整體加CRC）。5G的CRC包括6,11,16,24A，24B，24C。（數字表示增加的CRC比特位）。
編碼：PUSCH是業務信道，采用LDPC編碼，分為Graph1和Graph2選項。大包使用Graph1，小包使用Graph2。
加擾：加擾的目的主要在于將干擾信號隨機化，在發送端用小區專用擾碼序列進行加擾，接收端再進行解擾，只有本小區內的UE才能根據本小區的ID形成的小區專用擾碼序列對接收到得本小區內的信息進行解擾，這樣可以在一定程度上減小臨小區間的干擾，一般使用SI-RNTI加擾。
調制：采用QPSK、16QAM、64QAM、256QAM的方式調制，調制出的是數字的復制符號，即Symbol。當采用傳輸預編碼時，還可以使用BPSK的調制方式。采用傳輸預編碼即使用DFT-S-OFDM,由RRC層參數和DCI指示，主要目的是為了降低PAPR。
層映射：首先需要理解碼字的概念，4/5G均屬于碼分通信，即同一個頻率上通過碼分的概念可以形成多個通道，傳輸多個TB塊，那么同一個頻率上傳輸的2個傳輸塊即表示支持2個碼字傳輸。4個傳輸塊表示支持4個碼字傳輸。但是碼字的數量和天線的端口數不一致，需要引入層的概念，如計劃使用4個天線端口傳輸，則需要有4層，并且通過速率匹配將4個碼字映射到4個層，在數據上加上層標識。層的數量小于或等于傳輸天線端口數量。層的數量又用秩RI來表示。
傳輸預編碼：即采用ODFM或者DFT-OFDM方式將層映射后的數據映射到并行的多流數據上，便于后期映射到子載波上。
預編碼：基于碼本或者基于非碼本的預編碼技術，用于構建信道矩陣數據。
VBR/PRB映射：將數據映射到載波上。
PUCCH信道
PUCCH: PhysicalUplinkControlChannel,物理上行控制信道,用于承載UE到GNB的UCI控制信息，包括CSI（PMI/RI/CQI），ACK/NACK，SR等信息，長格式的PUCCH需要傳輸預編碼；PUCCH信道的編碼格式根據UCI的長度。
PUCCH的格式：
伴隨PUCCH的DM-RS和PUCCH時域或者頻域復用：
當有UL-SCH傳輸塊需要傳輸或者無傳輸快需要傳輸卻觸發了CSI傳輸，PUSCH和UCI會同時發生，則UCI可以復用到PUSCH信道。承載1-2比特的ACK/NACK UCI采用PUSCH減碼的方式復用，其他情況則采用速率適配復用。
PRACH信道
PRACH:PhysicalRandomAccessChannel,物理隨機接入信道，傳輸信道RACH映射到該信道。用于UE接入網絡。
LTE系統中使用Zaddof-Chu（ZC）序列作為PRACH信道的上行同步序列；也稱為PRACH Preamble（前導碼）。LTE支持兩種長度的ZC序列，根據根索引序列，通過循環移位生成多個序列。分別支持長度為839或者139的ZC長度序列。NR中的PRACH信道沿用了LTE 的ZC序列設計。在LTE中叫Nzc，在NR中成為Lra,名稱不同，意義相同。
在UE靜止或者低速移動場景下，不考慮多普勒頻移時，循環移位的使用沒有限制（循環移位配置和覆蓋半徑關系是另一回事）。即UE根據小區下發的高層參數zeroCorrelationZoneConfig ，即一共64個隨機接入Preamble。
對于一個根序列，經過循環移位后生成的Preamble個數為Lra，當Lra小于64時，根索引序號+1后，繼續通過循環移位生成Preamble，直到滿足64個Preamble。
當循環移位配置為0時，直接通過根索引遞增的方式，生成64個Preamble。
在UE高速移動場景下，由于多普勒頻移效應，頻偏會導致基站在檢測PRACH信道時，時域上出現額外的相關峰。偽相關峰會影響基站對PRACH的檢測，因此在UE高速移動場景下，針對不同根索引序列，要限制使用某些循環移位，來規避這個問題。因此LTEPRACH的循環移位，支持限制集配置。配置限制集后循環移位集合的計算變得復雜一些。從應用場景上看，通常認為LTE支持UE移動速度可以達到350km/h，而NR則要求支持UE移動速度達到500km/h。LTE和NR中， PRACH信道都支持非限制集，限制集A和限制集B配置。NR的限制集B可以支持更高的高速場景，所能支持的循環移位個數更少。
3.6.5.4.1 839長度的ZC序列
NR支持4種長度為839的Preamble的PRACH格式（PRACH Format 0/1/2/3），子載波間隔{1.25, 5}kHz。支持非限制集，限制集A，限制集B。
K為時間系數單位，值為64，其中Ts=k*Tc，Tc為NR的最小時間單位，Ts為LTE的最小時間單位。
PRACH Format 0：沿用了LTEFormat 0的時域設計，時長1ms，其中CP，Sequence，GAP長度和保持LTEFormat 0一致。GAP支持的最大覆蓋距離14.53km，Format 0用于普通覆蓋場景。
PRACH Format 1：沿用了LTEFormat 3時域設計，時長3ms，其中CP，Sequence，GAP長度和保持LTEFormat 3 一致。GAP支持的最大覆蓋距離107km，Format 1用于超遠距離覆蓋場景。
PRACH Format 2：該Format有點特殊，時長3.5ms，其中Sequence重復發送4次，適用于需要覆蓋增強的場景，例如室內場景，GAP支持的最大覆蓋距離為22.11km。
PRACH Format 3：時長和Format0相同為1ms，子載波間隔為5kHz，適用于高速移動場景（500km/h），GAP支持的最大覆蓋距離為14.53km。
3.6.5.4.2 139長度的ZC序列
PRACH A1/A2/A3/ B1/B2/B3/B4/ C0/C2，短序列格式，子載波間隔可配置{15, 30, 60, 120}kHz。
A1/A2/A3：
B1/B2/B3/B4:
C0/C2：
和LTE類似，通過PRACH 配置索引確定PRACH Format，時域發送幀號，子幀號，PRACH時隙，符號等時域信息。規范38211定義三個表格，分別為對應FR1 FDD/SUL，FR1 TDD，FR2 TDD，PRACH配置索引范圍均為 0-255。
3.6.5.4.3 PRACH信道配置特性
對于長序列PRACH配置（低頻時），PRACH時長為1/3/3.5ms，特點如下：
FDD或者SUL時，PRACH時域配置比較靈活，約束少，可以稀疏配置，也可以密集配置。
TDD Format 0/3（1ms），時域優先配置在子幀9（和上下行子幀配置相關）；在PRACH密集配置時，可以配置在子幀4/9（和上下行子幀配置相關）；在非常密集配置時，也可以配置在多個子幀上，例如7,8,9或者1,3,5,7,9等配置。
TDD Format 1（3ms），配置在子幀7。
TDD Format 2 （3.5ms），配置在子幀6（符號0），在密集配置時，也可以在配置在子幀6（符號7）開始，節省了前面7個符號位置。
對于短序列PRACH配置（子載波間隔15*2μ kHz，遠大于長序列子載波間隔1.25/5kHz），PRACH時長較短，為2-12 OFDM符號，符號長度和子載波間隔相關。
一個子幀內可以包含多個PRACH時隙。
一個PRACH時隙內可以有多個PRACHOccasions（PRACH發送時刻）， 每個子幀內的PRACH開始符號可以較靈活配置。
PRACH從發送時刻開始的時長（OFDM符號）和格式相關。
PRACH信道和小區覆蓋半徑
小區半徑的計算以Format0舉例說明如下：
根據PRACH信道格式分析小區支持的最大覆蓋半徑，需要考慮用戶間干擾和符號間干擾。
用戶間干擾—基站接收到的小區最遠用戶的PRACH最后時域位置，不能和下一個上下行資源沖突。PRACH信道GAP和時長可以保護用戶間干擾。
符號間干擾—小區最遠用戶的PRACH發送信號經過空中無線信道多徑傳輸后，符號之間的干擾不能超過CP時長保護的范圍。CP時長也可以用來保護用戶間干擾。
小區中循環移位的大小Ncs和小區最大覆蓋半徑之間也有關系。通常情況下，是根據PRACH格式和規劃的小區覆蓋半徑，來規劃Ncs的大小，不是用Ncs的值來限定小區最大覆蓋半徑。
長序列覆蓋：
短序列覆蓋（以SCS為15KHZ舉例說明）:
下行物理信道和物理信號
5G的下行物理信道基本延續了4G的物理信道，主要分為PBCH,PDCCH,PDSCH信道，下行信號分為同步信號PSS/SSS,參考信號DM-RS，PT-RS,CSI-RS。
3.6.6.1 PBCH信道
PBCH：PhysicalBroadCastChannel，物理廣播信道，主要承載小區系統消息的MIB信息。具體內容如下：
系統幀號：字符串（長度為6）,10bit
公共子載波間隔：枚舉型SCS15/30/60/120,即傳遞SIB1的PDCCH和PDSCH子載波間隔，1bit
SSB子載波偏置：SSB,即PSS,SSS BLOCK，PSS和SSS傳輸塊。整數（0-15）,4bit
TypeA DM-RS位置：承載SIB1的PDSCH的時域位置，枚舉（Symbol POS2/POS3:），1bit
SIB1的PDCCH配置：與SIB1相關的PDCCH的配置，整數（0-255），8bit
小區禁止：枚舉（Barred/notBarred）,1bit
同頻重選：枚舉（Allowed/notAllowed）,1bit
預留Space: 預留信息位置，1bit
Half Frame Indicator: 半幀指示，1bit
Choice: 指示是否為擴展MIB（用于向前兼容），1bit
SSB索引：當載波大于6GHZ時，指示SSB索引的高3bit，低于6GHZ時，1bit用于指示最高位，2bit預留。
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審核編輯：湯梓紅
工商網監
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