# 第1章. 这本电子书的前言 ([视频解说](https://www.bilibili.com/video/BV1pS4y1B7Zw/))

**作者**：目前供职于某大型通信设备制造商，具体坐标：苏轼笔下淡妆浓抹总相宜的城市

**声明**：本电子书记录本人学习5G过程中的心得体会，仅代表个人观点，不代表所在公司立场

**版权**：本电子书采用 [知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0](https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/) 国际许可协议进行许可

**鸣谢**：长期奋战在3GPP标准化工作前线的各公司研究人员

==**提示**：如果遇到图片显示不清晰的情况，请右击鼠标，选择在新页面中打开或者保存原始图片==


## 前言
大家知道在 2019.6.6 这个六六大顺的日子，工信部给三大运营商以及中国广电颁发了5G牌照，实际上这比原计划提前了半年多，之所以要提前，你懂的，为了与美国别苗头。

让我们首先回顾一下4G的历史：2013年12月，工信部在其官网上宣布向三大运营商颁发4G牌照，移动互联网时代真正到来，各种应用如雨后春笋般涌现出来，比如基于位置服务的滴滴，美团，各种短视频应用，像是快手，抖音等，迅速地融入了大家的日常生活。

掐指一算，从4G到5G只用了短短的7年时间，也许运营商在4G上面的巨额投资到现在都还没有完全收回，又要开始部署5G了，这不是吃饱了撑的么，你以为运营商愿意？其实5G最初确实有那么一点点催生的味道，3GPP也是被逼无奈才提前出手开始制定5G规范的（这里面其实是有故事的），还孕育出了NSA这种奇葩的解决方案。

不管怎么说，今天我们还是历史性的站在了5G全面商用阶段，说实话，5G真正的杀手锏应用（特别是我们小老百姓真正刚需的，而4G还做不到的）的确还没有找到，有一句话（广告）说得好：**4G改变生活，5G改变社会！** 所以5G真正的舞台或者说应用创新是在千行百业。
> 其实这一点从目前3GPP参会的企业也可以看出来，越来越多的非传统的通信企业（车企，能源，制造）都已经积极参与到3GPP的讨论中来，为自己争夺一些话语权。

言归正传，作为通信行业的从业者，面对日益繁杂的5G移动通信网络，我们究竟应该如何学习（当然了主要是自学），从而形成较为完备的知识体系，尽快构建起自己的能力地图呢？

答案肯定因人而异，依我的经验来看，好记性不如烂笔头，有时候自己前些天刚看过的东西可能今天就已经忘记了，因此在平时的工作和学习中，主动记录自己学到的知识，总结自己获得的经验（踩过的坑）将会是一件十分有益的事情，同时也可以为今后进一步深入探讨5G专题内容积累良好的素材。

荀子说：不积跬步无以至千里，不积细流无以成江河。相信随着时间的积累，你一定能够把支离破碎的知识点串起来，最终在自己的脑海中形成一幅相对比较完整的5G知识体系图谱（大功告成）！

## 提纲

> **总体原则**

以3GPP协议规范作为切入点，协议中没有的东西（私有的实现）尽量不讲。

> **5G网络总体架构**

5G接入网和核心网架构，5G空口协议栈，NSA/SA部署选项等。重点关注比如用户面新增的SDAP层，5G新型Qos架构、RRC新增的inactive状态等。

> **5G空口原理与过程**

5G使用的频段，帧结构，参数集numerology，时隙配比，部分带宽BWP，上下行物理信道/信号，5G物理层调制、编码、资源映射，峰值速率，以及随机接入过程等。重点关注4G(LTE)没有的特性，比如波束管理等。

> **5G端到端信令流程**

结合高层协议规范，从端到端的角度来理解，比如5G网络接口（E1、F1、NG、Xn），UE标识（包括接入层AS和非接入层NAS标识），NR空口承载（包括信令无线承载SRB和数据无线承载DRB），NSA组网的信令流程（NSA 初始Attach流程、初始SCG添加和删除流程、NSA 移动性管理流程），SA组网的信令流程（UE开机入网流程、PDU会话建立流程、RRC状态转换流程、切换流程等）。

> **5G协议规范学习探讨**

主要是找一些自己感兴趣的（或者和工作强相关的）协议规范，类似精读，记录协议规范学习过程中的重要内容（架构图、流程图、核心逻辑等），以及自己对协议的理解和想法，以便于查阅和复习。

> **ORAN技术初步探索**

ORAN作为3GPP的补充，已经得到了运营商和设备商一定程度的重视，在这里探讨与之相关的技术。

## 5G到底有多难学

答案因人而异，也许我们可以换个角度来问：5G究竟是4G的演进还是革命？这个问题可能一下子不太好回答，需要我们从5G核心网和无线接入网的角度来分别看待和琢磨。

首先，5G核心网确实发生了相当显著的变化，不仅架构上发生了变化（采用了基于服务的架构：即SBA），而且还要支持新的业务类型如网络切片，支持新的基于QoS flow的模型等，因此核心网相比4G(EPC)来说可以说是革命。

其次，我们站在无线接入技术的角度看，相较4G(LTE)技术，5G技术的改变也许不超过33.3%（这也从侧面印证了空口技术再次实现质的飞跃的难度还是很大的，当然了这里面不光是技术的问题，还有商业的因素，比如实现的成本），因此无线接入技术相比以前来说可以说是演进。凡事都有两面性，对于无线接入网的从业人员来说，这应该也算是一个好消息吧，这就意味着，如果你曾经学过4G(LTE)，那么你可以对照着4G(LTE)来理解5G(NR)，相信学习5G将会事半功倍。

## 5G入门书籍推荐

有朋友也许会问：既然我们有协议规范了，那为什么还要看中文书籍呢？主要基于两点考虑：
1. 3GPP协议以文字和表格为主，如果你英语阅读不熟练的话，肯定一脸懵逼…
2. 3GPP协议只告诉你这么做，不会告诉你为什么这么做，肯定又是一脸懵逼…

因此，不妨从中文书籍阅读开始，但是市面上5G技术相关的书籍那么多，怎么来做选择呢？以下书籍都是我亲自阅读过了之后才推荐给你的（主要是针对初学者，排名不分先后），也欢迎大家补充。

推荐的第一本书是《5G NR标准：下一代无线通信技术》，这本书由爱立信5G专家、3GPP 5G NR标准推动及制定者撰写，以3GPP R15版5G商用标准为基础，详解5G NR技术规范，提供了对5G NR的洞察，不仅描述NR规范本身，而且揭示技术决策背后的成因，容易读懂，目前本书已经出到了第二版。

推荐的第二本书是《5G移动通信系统设计与标准详解》，作者来自大唐移动，团队亲身参与了LTE与5G国际标准化的过程，本书基于他们对技术和标准化的独到而深入的认识及理解编撰而成，很不错。

推荐的第三本书是《从局部到整体：5G系统观》，作者来自vivo移动通信有限公司通信研究院，本书每部分的论述既自成体系又前后呼应，而对于技术本身的描述也不单单阐述技术“是什么”，还思考了“为什么”，这本书的强项在于给读者一个端到端、全程、全网的系统视野，特色还是比较明显的。

推荐的第四本书是《5G技术核心与增强：从R15到R16》，这本书由OPPO研究院深入参与3GPP 5G标准化的第一线代表人员撰写，他们对5G技术原理和系统设计有深入的理解，对5G标准化过程有切身的体会，是精通5G标准的专家团队。本书的编写素材也全部来自3GPP技术规范、标准化文稿、会议记录等第一手资料，具有较高的时效性、权威性和实用性。

最后，推荐一本英文书《5G New Radio in Bullets》，写的也很棒，可惜的是目前没有中文的译本。



> **备注**：尽管这些都是5G标准制定领域先行者编著的书，极具权威性和前瞻性，但是，书籍的知识毕竟是他人归纳总结的间接性（二手）知识，一定会存在“过时”的可能性，所以你想要溯其根源，拿到一手资料的话，还是要学会自己去参考3GPP组织在官网发布的5G协议规范，事无巨细，涉及架构、协议流程等方方方面。

如果你还是一个小白，不知道如何查找协议规范，请先移步至《附录2. 3GPP协议规范那些事儿》。

## 5G入门视频推荐

我发现有不少朋友喜欢看视频（我也喜欢），在这里推荐一些我个人认为还算是优质的视频内容。

[爱立信研究院专家埃里克·达尔曼（Erik Dahlman）的5G讲座（1小时左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1Cz411q7GZ/)
[诺基亚贝尔实验室大牛的最新5G讲座 (Antti Toskala) （45min左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1gT4y1A7Wc?spm_id_from=333.999.0.0)
[诺基亚贝尔实验室大牛的最新5G讲座 (Harri Holma)（45min左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1uZ4y1N78g?spm_id_from=333.999.0.0)

[从局部到整体：5G系统观（来自vivo通信研究院）（5小时左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1C44y147XE/)
[本人拙作：5G网络架构与关键技术指南（3小时左右）](https://edu.51cto.com/course/24904.html)


[5G R16标准解读 (紫光展锐标准专家解读) （1小时左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1pq4y1M7aC)
[5G R16标准解读与R17展望 (中国移动研究院专家解读) （2小时左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1xz411v72P?from=search&seid=16853864979414178919&spm_id_from=333.337.0.0)
[5G R17标准解读 (紫光展锐标准专家解读) （1小时左右）](https://www.bilibili.com/video/BV15Y4y1n7HX)
[5G R18标准立项解读 (中国移动研究院专家解读) （3小时左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1TP4y1E7Yy)


# 第2章. 5G总体网络架构
## 5G基本场景和需求（38.913）([视频解说](https://www.bilibili.com/video/BV113411373y/))

TR 38.913里面描述了针对下一代无线接入（即5G）的典型部署场景和关键性能指标，图示如下：

**备注1**：图中1ms时延是指空口单向时延，即基站/手机发送出去到手机/基站接收到达的时间延迟。
实际上我们想要的最终目的是端到端的时延尽可能低，站在无线侧的角度空口时延不应该成为瓶颈。

**备注2**：频谱效率的计算单位是bps/Hz，5G的目标是下行30bps/Hz，上行15bps/Hz。


另外，在该文档的第8章中，提出了RAN的架构设计应该满足以下需求（可以认为是设计指南）：
* RAN的架构应该支持和LTE之间的紧密协作(==支持双连接==)
* RAN的架构应该支持多点传输
* RAN的架构应该具备可选性和弹性
* RAN的架构应该具备部署的灵活性
* RAN的架构应该允许==控制面和用户面分离==
* RAN的架构应该允许使用网络功能虚拟化进行部署(Network Function Virtualization, a.k.a. NFV)
* RAN的架构应该允许RAN和CN独立演进
* RAN的架构应该允许==网络切片(Network Slicing)==
* RAN的架构应该允许多个运营商之间的RAN共享
* RAN的架构应该允许快速和高效地部署新的服务Service
* RAN的架构应该允许支持3GPP 定义的服务类别(比如交互型，后台型，流类型，会话型)
* RAN的架构应该允许降低/更低的CAPEX/OPEX
* RAN的架构应该保持RAN-CN接口和RAN内部==接口的开放==以便多厂商之间的互操作
* RAN的架构应该…

## 5G无线接入网描述（38.300）([视频解说](https://www.bilibili.com/video/BV1NB4y197xD/))

### 无线接入网总体架构
TS 38.300里面描述了5G无线接入网的总体架构，如下图所示：

* gNB：向UE提供NR用户面和控制面协议终结的节点，并且经由NG接口连接到5GC
* ng-eNB：向UE提供E-UTRA用户面和控制面协议终结的节点，并且经由NG接口连接到5GC
* gNB和ng-eNB通过Xn接口相互连接
* gNB和ng-eNB通过NG接口连接到5GC, 更具体地说：通过NG-C连接到AMF (接入和移动管理功能)，通过NG-U连接到UPF (用户面功能).

> **5G有线接口的协议栈(1)**：***==NG接口==***


> **5G有线接口的协议栈(2)**：***==Xn接口==***


### 无线接入网功能划分
> **NG-RAN和5GC之间的功能划分 (1)**：***==gNB / ng-eNB==***


* 无线资源管理: 无线承载控制, 无线接入控制, 连接移动性控制, UE动态资源分配(调度)
* IP 包头压缩, 加密和完整性保护
* 当不能从UE提供的信息确定到AMF的路由时，在UE附着的时候选择AMF
* 用户面数据向UPF路由
* 控制面数据向AMF路由
* 连接建立和释放
* 调度和发送寻呼消息
* 调度和发送系统广播消息
* 测量和测量报告配置
* 上层传输级别的数据包标记
* 会话管理
* 支持网络切片
* QoS 流管理和映射到数据无线承载
* 支持RRC_INACTIVE 状态的UE
* NAS 消息的分发
* 无线接入网共享
* 双连接
* NR 和E-UTRA紧密互通

> **NG-RAN和5GC之间的功能划分 (2)**：***==AMF==***

* NAS信令终止
* NAS信令安全
* AS安全控制
* 3gpp接入网间移动性的网间信令
* 空闲模式UE可达性（包括寻呼重传的控制和执行）
* 注册区域管理
* 支持系统内和系统间移动性
* 接入认证
* 接入授权，包括检查漫游权
* 移动性管理控制（订阅和策略）
* 支持网络切片
* SMF选择

> **NG-RAN和5GC之间的功能划分 (3)**：***==UPF==***

* 相同RAT内/不同RAT间的移动性锚点（适用时）
* 与数据网络互连的外部PDU会话点
* 分组路由和转发
* 数据包检查和用户面部分的策略规则实施
* 话务量(流量)使用报告
* 上行链路分类，支持将流量路由到数据网络
* 支持多宿主PDU会话的分支点
* 用户面的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）
* 下行数据包缓冲和下行数据通知的触发

> **NG-RAN和5GC之间的功能划分 (4)**：***==SMF==***

* 会话管理
* UE IP地址分配和管理
* UP功能的选择和控制
* 配置UPF的流量导向，将流量路由到正确的目的地
* 策略执行和QoS的控制部分
* 下行数据通知

### 无线协议栈分层分面

无线协议栈：用户面和控制面 （水平分层，垂直分面）





### ==5G引入的新型QoS架构==


### ==5G引入的网络切片需求==

## 5G无线接入网架构（38.401）([视频解说](https://www.bilibili.com/video/BV1NB4y197xD/))


TS 38.401里面描述了CU/DU分离的架构以及由此引入的新接口，这正好满足了TR 38.913的设计指南中的控制面与用户面分离以及RAN接口开放的要求。


进一步地，CU内部也进行了控制面和用户面的分离，这下就分离的比较彻底了。


> **CU/DU分离的驱动力是什么？**
> [color=#669901]


> **思考：现网中真正做到了CU/DU分离么？**
> [color=#669901]

CU和DU虽然可以在逻辑上分离，但物理上是不是要分开部署，还要看具体业务的需求才行。比如网元的增加和传输接口带来的时延，对uRLLC业务会带来很大的影响，所以最好是CU/DU合设，而对于eMBB或者mMTC业务则可以考虑分离。
所以对于5G的终极网络，我认为CU和DU必然是合设与分离这两种架构共存的。

## 5G核心网总体架构（23.501）([视频解说](https://www.bilibili.com/video/BV1Va411s7wi/))




> **建议可以结合具体的业务（比如注册流程）来理解各个网络功能之间的协作关系。**
> [color=#669901]


## 5G网络部署的选项（Option）([视频解说](https://www.bilibili.com/video/BV1QZ4y1i79v/))

> 当初3GPP讨论了众多的部署场景，参见TSG RAN第72次全会的讨论文稿（其中描述了12种）：https://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/TSG_RAN/TSGR_72/Docs/RP-161266.zip
> [color=#669901]

> 6，8/8a选项，是通过EPC演进来支持5G的各种场景，其有效性会受到限制，而且5G NR需要同时支持到EPC和5G核心网的接口，从而增加了复杂性，最终从候选架构中去除了，不予考虑。

3GPP在最终的规范中定义了若干种5G网络的架构，如下图所示（来源：[三星电子5G SA技术白皮书](https://images.samsung.com/is/content/samsung/p5/global/business/networks/insights/white-papers/0107_5g-standalone-architecture/5G_SA_Architecture_Technical_White_Paper_Public.pdf)）

总体上分成两种部署场景: ==SA==部署方式仅使用单种无线接入技术 (single RAT)，==NSA==部署方式会利用现有的（或者升级后的）LTE系统，从这个角度来说，我们通常把Options 1，2，5归为SA，Options 3，4，7归为NSA，貌似也看到过其他的分法，不用纠结，理解它们之间的区别即可。


针对MR-DC (Multi-Radio Dual Connectivity)，又可以细分成多个种类，参见下表：


### 选项3/3a/3x

选项3根据用户面数据分流点的不同而进一步细分为3个子选项，如下图所示：


### 选项4/4a

选项4根据用户面数据分流点的不同而进一步细分为2个子选项，如下图所示：


### 选项7/7a/7x

选项7根据用户面数据分流点的不同而进一步细分为3个子选项，如下图所示：


### LTE到5G的架构迁移路线图

下图展示了一些可能的架构演进路线图，最终的目的都是演进到SA.

> 实际上3GPP最初的TR报告38.801第14章中也提及了多种5G的迁移方案（由不同的运营商提出）


个人思考：实际上存在着多种潜在的5G迁移路线和方式，确定哪种独特的方法最适合给定的运营商需要仔细权衡许多因素，包括每种架构选项的标准化工作完成时间、运营商持有的频谱、重耕战略、业务和技术规划、网络升级和重构的投资等，因此没有最好的路线，只有最适合的路线。

**扩展阅读**：[诺基亚官方发布5G部署及迁移的白皮书](https://onestore.nokia.com/asset/202255?DID=D0000000011H)

## 5G总体网络架构（其他视频推荐）
* [5G无线接入网架构（来自3GPP无线WG3副主席）：5G无线接入网架构介绍（25min左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1Lr4y117WU/)
* [5G核心网架构（来自Mpirical）：5G核心网架构（20min左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1XR4y1J72P?spm_id_from=333.999.0.0)

# 第3章. 5G空口原理及通信过程（视频解说，暂无）

## 5G NR 物理层相关的协议规范

| 规范编号 | 英文名称 | 中文名称 | 下载链接 |
| -------- | -------- | -------- | --- |
| 38.201 | NR; Physical layer; General description | 物理层概述 | [38.201](https://www.3gpp.org/ftp/Specs/Archive/38_series/38.201/) |
| 38.202 | NR; Services provided by the physical layer | 物理层提供的服务 | [38.202](https://www.3gpp.org/ftp/Specs/Archive/38_series/38.202/) |
| 38.211 | NR; Physical channels and modulation | 物理层信道与调制 | [38.211](https://www.3gpp.org/ftp/Specs/Archive/38_series/38.211/) |
| 38.212 | NR; Multiplexing and channel coding | 物理层复用和信道编码 | [38.212](https://www.3gpp.org/ftp/Specs/Archive/38_series/38.212/) |
| 38.213 | NR; Physical layer procedures for control | 物理层的控制流程 | [38.213](https://www.3gpp.org/ftp/Specs/Archive/38_series/38.213/) |
| 38.214 | NR; Physical layer procedures for data | 物理层的数据流程 | [38.214](https://www.3gpp.org/ftp/Specs/Archive/38_series/38.214/) |
| 38.215 | NR; Physical layer measurements | 物理层的测量 | [38.215](https://www.3gpp.org/ftp/Specs/Archive/38_series/38.215/) |

38.201文档中描述了物理层各个协议规范之间的关联：


我们可以首先了解一下5G NR 信道和信号（以下图片摘自https://www.sharetechnote.com/)

**逻辑信道**只关注传输的信息是什么，**传输信道**只关心怎么传，**物理信道**就是信号实际传输的通道。

## 5G NR 频率范围/频段/频点/同步栅格
5G NR中，3GPP主要指定了两个频率范围，一个范围通常称为Sub6G，另一个范围通常称为毫米波，这里主要针对NR频率范围、频段、频点计算、信道栅格、同步栅格等方面进行探讨。
* **频率范围**
3GPP 38101规范，分为3部分：
38101-1是prat1, Range 1 standalone;
38101-2是prat2, Range 2 standalone;
38101-3是part3, Range 1 and Range 2 Interworkingoperation with other radios

具体的频率范围如下表所示（摘自38101，频率范围可能还会随着版本的演进而进行微调）：


==FR1支持的信道带宽最大100MHz，FR2支持的信道带宽最大400MHz==

*概念：信道带宽 vs 传输带宽配置，即信道带宽并不能全部都拿来做传输，两边需要留一些保护带*


具体来说，协议规定的最大传输带宽配置和最小保护带如下：


以SCS=30kHz为例，最大RB数是273，实际使用的带宽是273 * 12 * 30 = 98.28MHz，两边的保护带是1.72MHz，左右保护带可以不对称，但是最小是845kHz，那么可以是845kHz + 875kHz。

* **频段定义**
具体的频段如下表所示（摘自38101）：
注1：TDD：时分双工；FDD：频分双工；SDL：补充下行；SUL：补充上行
注2：==这张表也从侧面反映出，上行覆盖的增强是5GNR重点考虑的内容，新增了很多的SUL频段==



==另外，需要注意的一点是，并不是所有FR1的频段最大都能支持100M带宽==，每个频段支持的带宽和子载波间隔（参见下一个小节中介绍的SCS参数集）也有关系，实际支持的带宽如下（摘自38101）：


* **频点计算（全局栅格，信道栅格）**
具体的频点（官方名称：NR绝对无线信道号，NR-ARFCN）计算公式如下（摘自38104）：


针对每个频段，我们实际使用的是全局频率栅格ΔFGlobal的一个子集，即粒度为ΔFRaster的信道栅格，ΔFRaster>=ΔFGlobal，通过下面的表可以看出，ΔFRaster是ΔFGlobal的整数倍（步长）。
同时这样的设计也可以让UE扫描频点的时候更加快速。==备注：LTE信道栅格固定为100kHz。==

我们以n1频段1920MHz为例，它对应的频点号为384000，步长为20，则可以得出：
1920MHz+100KHz频点号：384020，1921MHz频点号：384200，1922MHz频点号：384400


* **同步栅格**
手机开机以后搜索信号，两眼一抹黑，什么都不知道，这个时候手机需要通过同步信号来寻找网络，如果还是按照上述的全局频率栅格ΔFGlobal或者信道栅格ΔFRaster搜索的话会非常慢，我们需要尽可能减少手机扫描次数，加快扫描SSB所在频率位置，由此设计了同步栅格，协议中的正式名称是GSCN（全局同步信道号)，用于标记SSB的信道号。

NR中，出现了SSB的概念，简单的说就是由原来的主同步序列、辅同步序列、物理广播信道和解调参考信号组合在一起构成的，每一个GSCN对应一个SSB的频域位置SSBref（SSB的RB10的第0个子载波的起始频率）。

以n41频段为例，100MHz带宽的载波，SCS=30kHz，有273个RB。如果按照1200kHz扫描，1200/30=40个SCS，扫描273×12/40=82次就能扫完整个载波；如果按照15kHz的信道栅格，则需要扫描6552次才能完成。这显然非常有利于加快UE同步的速度。


## 5G NR 采样周期/参数集/帧结构/时隙格式
这里主要针对5G采样周期(与LTE的对比)、参数集、帧结构、时隙格式等方面进行探讨。

* **采样周期**
5G NR的采样周期如下（摘自38211），可以看出处理能力较LTE有所增强。

LTE的子载波间隔是15kHz，采样点数也是固定的2048，所以每个符号的长度也是固定的，进而一个子帧中的符号个数也是固定的，即15个符号：14个常规符号+1个符号（用作CP）

*==让我们来一起复习CP的作用==：
可以克服多径干扰ISI(符号间干扰)，同时还可以避免ICI(子载波间干扰)，可谓一举两得。*

5G的子载波间隔不固定，采样点数是固定的4096，导致的结果就是符号的长度会随着子载波间隔发生变化，子载波间隔越大，符号长度越短，因此一个子帧中的符号个数也是不固定的，从而引入了所谓的参数集Numerology的概念，以满足不同业务类型对于带宽和时延的要求。

* **参数集**
NR支持的子载波间隔如下（摘自38211），协议中把它称为参数集Numerology：
注1：==仅子载波间隔60KHz支持扩展CP==


下面这个图可以帮助我们更好地理解上面的含义（摘自https://www.sharetechnote.com/）：

* **帧结构**
所谓帧结构，其实就是终端与基站之间的定时关系。

普通CP和扩展CP、符号、时隙、子帧、无线帧之间的关系如下（摘自38211）：


下面这个图可以帮助我们更好地理解上面的含义（摘自https://www.sharetechnote.com/）：


==以普通CP为例，一个时隙固定为14个符号，但是子帧中的时隙个数会随着子载波间隔变化。==

* **时隙格式**
我们知道，在LTE中，子帧（1ms）有上下行之分，在NR中变成了符号级，在一个时隙中D表示下行符号，U表示上行符号，X表示灵活的符号，我们把它称为时隙格式（摘自38213）


==基站有那么多种可能的时隙格式，UE如何知道网络配置的是哪种时隙格式呢？==
实际上协议允许层级配置的方式，Cell-Specific，UE-Specific，通过DCI调度动态配置时隙，但是现网主要还是采用Cell-Specific的方式，因为使用UE-Specific的方式容易引起干扰。

因此绝大多数时候UE都是通过SIB1或者RRC重配消息中的RRC信元TDD-UL-DL-ConfigCommon获得小区的时隙配比信息。


我们还是举个例子来说明，下图是中国移动、联通、电信的现网典型时隙配比表（图片来自网络）


这里以2.5毫秒双周期为例：双周期是指两个周期的配置不同，一起合成一个大的周期，其中含有5个下行时隙（D），3个上行时隙（U），2个灵活时隙（S），如下图所示：


针对上图的灵活时隙，可配置为：10个下行符号 + 2个灵活符号 + 2个上行符号。其中两个灵活符号用作下行到上行之间转换的隔离（GP），这种是10:2:2的分配方式。

==补充知识：GP==
个人觉得下面这张示意图较好地说明了GP的意图（来源：中国电信：lte_tdd与lte_fdd差异对比）：


GP是TD-LTE网络中就有的概念，GP时间范围之内基站不传送任何信号，主要用来保证距离基站远近不同的UE的上行信号都落在基站期望的接收窗口范围之内。

==你也许会问，为何只有下行到上行有隔离（GP），而上行到下行之间没有有隔离（GP）?== 事实上，上行到下行之间也是存在时间间隔的，只不过它不像GP那样可以根据小区半径动态配置，这个时间是相对固定的，比如36.211中提到，UE上行发送的时间是：TA+TAoffset，假定TAoffset为624个Ts，那么大致上就是20.3125us，38.211中同样也提到，UE上行发送的时间是：TA+TAoffset，参照38.133中的TAoffset表格（下图所示），假定TAoffset固定为25600个Tc，那么大致上就是13.0208us，实际上这里UE上行发送的时间中的TAoffset就是上行到下行的时间间隔，只不过协议没有明确指出而已。


## 5G NR 部分带宽（BWP）
**学习参考材料**：https://www.sharetechnote.com/ QuickReference -> BWP(Bandwidth Part)

部分带宽BWP是5G引入的概念，说白了就是UE的带宽自适应，为什么需要引入部分带宽BWP呢？
因为它可以带来诸多的好处，比如可以给UE省电，满足不同的业务需求等。

下图是TS 38.330中的示意图，可以帮助我们理解。


BWP的具体定义写在TS 38.211中, 本质上它就是一段连续的CRB.

> A bandwidth part is a subset of contiguous common resource blocks
> defined in clause 4.4.4.3 for a given numerology μ i in bandwidth
> part i on a given carrier.

关于BWP的配置：初始BWP，下行/上行UE专用BWP，激活BWP，默认BWP，BWP切换

## 5G NR 同步广播块（SSB）
**参考视频：**[Synchronization Signal Blocks in 5G NR (from matlab)](https://www.bilibili.com/video/BV1Uv411k7kT?p=10)

==同步广播块（SSB, Synchronization Signal/PBCH Block）==
如图所示，一个同步广播块包含PSS, SSS, PBCH及其解调参考信号DMRS（图中没有画出，在每一个PBCH的RB内，都有用于解调PBCH的DMRS，具体的位置可以参考[5G/NR - PBCH DMRS](http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_PBCH_DMRS.html)）

其中PSS使用m序列，SSS使用Gold序列，总共支持1008个物理小区ID。

==时域和频域特性==
SSB时域上相对简单，始终占据4个OFDM符号。

SSB频域上相对复杂一些，这里举一个例子。
**TODO**
[大笨牛的文章](https://blog.csdn.net/Graduate2015/article/details/118613213)总结的很到位，值得一看。
[NR小区搜索流程介绍](https://www.bilibili.com/video/BV1XX4y1M7Hm):35min

==与LTE的异同==
其实在LTE中同样包含PSS, SSS, PBCH，只是没有称呼SSB罢了，并且它们的时频位置相对固定。

==同步广播块集合（SSB Burst）==，就是下图中5ms半帧中的那些连续的SSBs，或者说传输格式。
备注：大部分中文材料里面把SSB Burst翻译成SSB突发集，个人觉得翻译很奇怪，还不如保留英文。


* **需要特别注意一下上图的Case C**：
针对TDD，载波频率界限一直在变，从38.213 v15.3.0版本开始，从3 GHz调整为2.4 GHz，到了v16.2.0版本，该界限又调整为了2.3 GHz，而到了v16.3.0版本又进一步调整为了1.88 GHz。
* SSB发送有各式各样的图样，取决于子载波间隔和不同的频段，以及其他的高层参数。具体的图样CaseA~CaseE的描述可以在38.213 - 4.1 Cell search 中找到，
* 与LTE中PSS/SSS的传输周期固定为5 ms不同，NR中SSB的传输周期从5 ms到160 ms不等。NR中，SSB的周期可以配置为5 ms、10 ms、20 ms、40 ms、80 ms和160 ms，由高层参数ssb-periodicityServingCell给出。

**需要注意的是**，上述同步广播块集合中定义的SSB数量是系统可以使用的最大值，实际并不要求发送所有的SSB,基站可以根据覆盖一个小区所需要的波束数量确定实际使用的SSB个数，并且可以通过SIB1或者UE专用的RRC信令指示UE哪些SSB被使用了，这意味着部分SSB的发送可以为空。

举例来说，SA场景下可以通过SIB1消息指示UE哪些SSB被使用了：


NSA场景下可以通过RRC重配消息指示UE哪些SSB被使用了：


| 问题 | 回答 |
| -------- | -------- |
| UE如何知道小区的SSB索引号？ | 参见38.213 - 4.1，总的来说，部分来自DMRS, 部分来自PBCH|

## 5G NR 初始搜索过程 (Initial Acquisition)

关于5G SA手机的搜网过程，规范没有明确规定，手机芯片厂家自行实现，实际的手机开机搜索是个非常复杂的过程，为了帮助大家理解，这里贴一个流程图 (图片来自网络，仅供大家参考），不同的手机终端实现会有所差异，流程上也比这个更加复杂，手机厂家甚至可能有专门做搜网的团队。


概括来说，手机的搜网过程至少会包括以下几个方面：
* 首先在它支持的频段范围内搜索SSB信号（实际是按照之前说过的同步栅格进行搜索），解出PSS，SSS，PBCH，评估RSRP，仅当RSRP大于某个阈值，比如-110dbm的时候才进行下一步。
* 假设检测到的RSRP的值大于某个阈值，这个时候是不是就可以知道PLMN了呢？不是的，因为PBCH中仅仅存放了MIB，而PLMN信息是存放在SIB1当中的（SIB1也被称作剩余最小系统信息或RMSI），为此需要先解调出SIB1，SIB1的时域频域位置指示可以通过MIB信息获得（具体如何获得在其他专题中探讨）。
* 假设手机可以顺利读取SIB1的信息，从而读取到PLMN，但是需要注意的是，读取到的PLMN未必就是适合手机驻留的，PLMN的搜索有对应的规则，如果不合适那么重新搜索下一个SSB信号（返回第一步）。
* 假设手机认为这个PLMN是合适的，那么手机将会进行小区选择，这里需要满足一定的小区选择准则，比如最小接入电平等，如果不满足小区选择准则，那么重新搜索下一个SSB信号（返回第一步），否则可以发起随机接入和注册流程等。

**其他参考视频**：[Initial acquisition Procedures in 5G NR (from matlab)](https://www.bilibili.com/video/BV1Uv411k7kT?p=12)

## 5G NR 随机接入过程（PRACH）
**随机接入的目的是什么？**
随机接入无论在哪一代移动通信网络中都是非常重要的过程，接入是目的，随机是方式，为啥是随机的？因为UE不需要（也不应该）一直接入网络，毕竟网络是所有UE共享的，没事占着资源可不好，实际上UE发起随机接入的主要目的就是为了获得与基站之间的上行同步。

**随机接入的类型有哪些？**
随机接入从类型上来区分，主要分为竞争性随机接入（contention-based random access ，即CBRA，意味着可能发生冲突）和非竞争性随机接入（contention-free random access ，即CFRA）。

**5G随机接入的典型场景有哪些？**
5G随机接入的典型场景（摘自38.300-9.2.6）大致上有以下几种（比4G又多了几种）：

**5G和4G的随机接入有哪些异同点？**
5G和4G的PRACH信道使用的前导码都是ZC（Zadoff-Chu）序列，说明ZC序列经受住了4G长达十年时间的考验，无论是从相关性，资源数量，效率来讲，表现确实优异:)，序列长度也保持不变，即L_RA = 139 和 839，但是5G使用的PRACH信道的时频域特性相比4G更加灵活（复杂）。

> 接下来我们一起来看看5G使用的PRACH信道的时频域特性。

==时域上，PRACH随机接入的时机PO与上下行时隙有着密切的联系，UE并不是在任意的时刻都可以向基站发起随机接入请求的==，具体参见 38.211 Table 6.3.3.2-3，这里另外隐含的一层意思就是，TDD的上下行时隙配置不能与PRACH的时隙冲突。


这里以PRACH Configuration Index=79为例，表达的含义如下：


==频域上，前导码的长度还是839或者139，但是格式上，5G比4G的格式更多，更加灵活==，参考下图：


关于上面这张表，你可以问自己一个问题：为啥5G前导格式3在时域上是4*6144 K(Kappa)？因为重复传输了三次，可以获得时间分集的效果，接收可靠性更好，下面这张示意图更好地表达了这个思想。


这里还是拿5G前导格式3举例说明：


不同的子载波间隔的前导码，在频域上的特性如下图所示：


大家知道，5G和4G的一个显著不同就是，5G不仅在用户面，在控制面也引入了波束，因此5G UE为了随机接入需要检测和选择一个最佳的波束，如下图所示：

问题来了，UE在小区搜索过程中通过SSB index已经确定了下行最合适自己的beam，但是UE还要设法告知基站自己扫到的最合适的那个beam，那么==基站怎么知道UE在随机接入的时候选择了哪个beam呢？这里就涉及到SSB和PRACH Occasion（简称RO）的映射关系了==，说白了就是基站通过检测在哪个PRACH Occasion上UE发送了PRACH来搞清楚UE选择的波束。它由下面两个RRC参数来定义：


* msg1-FDM：频域上有多少RACH Occasion
* ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblesPerSSB：这个参数可以拆分出来理解
1）ssb-perRACH-Occasion： 每个PRACH occasion可以映射几个SSB
2）CB-PreamblePerSSB：每个SSB使用多少个前导码，最大64个，可以小于64

我们看到ssb-perRACH-OccasionAndCB-PreamblePerSSB这个参数有分数也有整数，假如其值为N，当N<1, 那么一个SSB Index对应1/N个RACH Occasion，每个RACH Occasion中包含所有的Preamble；当N>1，那么一个PRACH Occasion对应N个SSB Index。

RACH Occasion（RO）是一个时频域的概念，SSB和PRACH关联用文字表述太麻烦了，直接上图，通过这种映射关系，基站在检测到终端发射的preamble，就可以确定哪个beam是最合适终端的。


==四步随机接入过程（R15）==

==两步随机接入过程（R16）==

## 5G NR 物理下行控制信道 (PDCCH)
TBD

## 5G NR 物理下行共享信道 (PDSCH)
TBD

## 5G NR 下行传输过程

**特别鸣谢**：
本系列内容取材自MathWorks网络研讨会，本人对英文原稿进行了校对，翻译，裁剪！


英文原稿（含视频）：
https://ww2.mathworks.cn/videos/5g-explained-downlink-data-in-5g-nr-1558600809645.html


本视频中我们将讨论5G NR的下行传输过程， 包括下行共享信道（其中包括LDPC编码）、物理下行共享信道、PDSCH资源分配、不同类型的PDSCH映射，以及传输块的大小。


下行共享信道，简称DL-SCH，是承载用户数据的信道，它还承载其他信息，例如不同类型的系统信息块，简称SIB，对应的处理过程包括通用的一些步骤，例如CRC校验、码块分段 、速率匹配和码块级联，所有步骤均与LTE相似，与LTE的主要区别是5G使用LDPC编码，编码链路的输出对应一个码字Codeword。
5G支持下行链路上的单用户最多传输8层数据，这意味着最多可以并行传输8流数据，流数据来自一个码字或两个码字，如果少于4层则对应一个码字 ，如果多于4层，则使用两个码字，然后编码数据映射到物理下行链路共享信道（PDSCH）。


物理下行链路共享信道是高度可配置的，比LTE中的要多得多，我们将在下一张幻灯片中看到一些细节。我们可以通过DCI和RRC消息配置PDSCH，其中DCI方式可以实现不同的时隙使用不同配置。
和LTE一样，我们会看到加扰，调制，层映射，用于MIMO处理的预编码和资源映射，这些都是已知的模块，没有什么特殊之处，需要指出的是3GPP标准并未明确规定预编码步骤，尽管预编码处理一定会存在。
LTE调制包括从QPSK到256 QAM，5GNR在下行链路上使用的调制方式与LTE完全相同。
层映射是将一个或两个码字映射到最多8层的操作，与LTE相比，该操作有所简化。如前所述。5G NR的一个码字对应最多4层，当层数大于4时才会使用第二个码字。


在将一个或两个码字映射到1~8层之后，需要对这些层进行预编码，有趣的是3GPP标准对下行链路没有规定如何做预编码。==预编码是使用矩阵乘法将层映射到天线端口的操作==。一种预编码的特殊情况是将一层映射到支持波束赋形的多个天线。对于视距传播，这可能意味着波束要指向特定的方向。预编码的另一种情况是将多个层映射到多个天线，这种更普遍的情况有时称为空间复用。5G预编码的一个关键是与PDSCH相关联的解调参考信号(DMRS)必须采用相同的预编码，由于信道估计中包含了预编码器的影响，因此无需让UE知道预编码器，这就是为什么标准中未指定gNB使用的预编码器的原因。


预编码器的输出直接或间接地映射到物理资源块。下行链路信道和信号（包括PDSCH和相关的DRMS）共享OFDM网格资源。


首先将PDSCH符号映射到虚拟资源块，在把PDSCH符号映射到资源格的时候，应该避开那些保留给其他用途的资源格。这包括所有物理信号，DRMS，信道状态信息参考信号 （CSI-RS），以及相位跟踪参考信号（PTRS），其中还包括同步信号块（SSB）。


虚拟块到物理资源块的映射可以采用交织方式或非交织方式，非交织方式映射是将每个虚拟块直接映射到物理资源网格中相同的位置。


交织映射通过在整个带宽部分上分配虚拟块来提供频率分集，交织粒度为2或4个资源块，该方案将连续的虚拟资源块分配给PDSCH，这种模式使用起始资源块的编号和需要的资源块的数量这两个参数，不但配置简单，同时还能获得频率分集带来的增益。


这里我们看到两个在时域分配PDSCH资源的示例，PDSCH可能会占用整个时隙，如网格底部所示。它也可能使用一部分时隙，这有时被称为部分时隙分配，这是5G NR的新功能。LTE总是为PDSCH分配一毫秒的完整子帧。


正如我们已经看到的那样，PDSCH时隙分配可能从一个时隙的起始位置或从时隙的中间开始，这对应为两种不同的映射类型，即映射类型A和B。严格地说，PDSCH映射类型仅影响解调参考的位置信号，映射类型A 的DMRS信号是在一个时隙的第2个符号或第3个符号，映射类型B的DRMS信号是在PDSCH分配的第一个符号。映射类型A和B都支持全部和部分时隙分配，但实践中类型 B是配置部分时隙分配的首选选项，这些数据传输不是从时隙的起始位置开始，这些数据传输先分配资源给DMRS，这样可以减少处理延迟，这对于低延迟通信至关重要。


5G NR使用基于公式的方法来计算传输块大小，而LTE使用许多表格计算传输快大小。由于公式的定义方式包括量化，所有这些参数都有几种略有不同的配置，它们导致相同的传输块大小，但这不是问题，这使操作员可以更灵活地选择不同的参数做数据重传。有关下行数据传输的5G解释视频到此结束。

## 5G NR 物理上行控制信道 (PUCCH)
TBD

## 5G NR 物理上行共享信道 (PUSCH)
TBD

## 5G NR 上行传输过程
TO BE ADD

## 5G NR 下行参考信号 (CSI-RS)
TBD

## 5G NR 上行参考信号 (SRS)
TBD

## 5G NR mMIMO & Beamforming
5G为什么需要mMIMO & Beamforming

数字波束赋形，模拟波束赋形，混合波束赋形

# 第4章. 5G端到端信令流程（视频解说，暂无）

## 5G 高层信令相关的协议


## 5G的典型信令流程介绍

### 5G信令流程：初始注册流程
TO BE ADD

### 5G信令流程：基于X2（Xn）的切换流程

作为对比，我们可以看看LTE X2切换的流程图，摘自：
https://www.3glteinfo.com/wp-content/uploads/2013/12/NMC.LTE-X2-Handover.v1.0.pdf

实际上，切换过程是有着比较严格的逻辑关系的，上下行数据承载需要在不同的阶段实现切换。


### 5G信令流程：EN-DC建立流程
TO BE ADD

## 5G信令流程推荐视频
* [5GC典型信令流程 (中国联通网络技术研究院)](https://www.bilibili.com/video/BV1e5411b72d/)

# 第5章. 5G协议规范学习探讨（视频解说，暂无）
**声明**：5G无线侧协议规范主要指的是38系列，这里所谓的速读，不是翻译，也不是逐句解读，而是站在LTE的角度，来看5G的变与不变，具体内容还是需要大家下载最新的协议规范去阅读。

## TS 38.300
打开TS 38.300，就是浓浓的TS 36.300的味道，以下列举的我的一丢丢体会：
### 没有变的部分（=）
* 下行还是采用OFDMA
* 每个RB 12个子载波
* 协议栈：RRC，PDCP，RLC，MAC，都在
* 下行：PBCH，PDCCH，PSS，SSS，PDSCH
* 上行：PUCCH，PUSCH，SRS
* 一个无线帧10ms，子帧1ms，半帧5ms

### 换马甲的部分（~）
网元与接口都有了新的名称，就好像是换了个马甲，味道还是原来的味道:
* E-UTRAN --> NG-RAN
* eNB --> gNB
* EPC --> 5GC
* MME --> AMF
* SGW --> UPF
* PGW --> SMF
* X2 --> Xn，S1 --> NG

当然，AMF、SMF以及UPF还是有些变化，应该说AMF大致等于MME，比MME少了业务承载的管理，这部分功能与PGW的业务承载的管理合并成SMF。UPF是用户面，相当于SGW与PGW用户面的合并。

### 增加了的部分（+）
为了适应5G的业务需求，一些基础的内容变得更加灵活了。
* 子载波间隔：从15kHz扩展到30，60，120，240kHz
* SIB拆分为必备信息（最少）以及其他信息

### 缩减了的部分（-）
某些不适合在5G继续存在的内容被删除了。
* 取消了CRS，PHICH、PCFICH

### 变革了的部分（!）
* 业务信道采用LDPC编码
* 控制信道采用Polar编码
* 带宽自适应（引入BWP）
* QoS flow（增加SDAP子层）
* 增加RRC_inactive状态
* gNB架构拆分为CU以及DU
* 网络切片（Network Slicing）

## TS 38.304

### 没有变的部分（=）
* PLMN选择的机制一致，包括RSRP大于等于-110dBm
* 小区选择与小区重选的流程一致
* DRX机制一致，寻呼位置参数：PO/PF

### 增加了的部分（+）
* 5G NR增加了RRC INACTIVE状态，对终端来说，还是待机状态，但是对基站来说，就必须保存终端的业务信息，以备及时恢复。由于增加了RRC INACTIVE状态，配套引入了RNA（RAN-based Notification Area）以及RNAU，类似于TAU。
* 多波束（multi-beam）测量
* MICO模式（ Mobile initiated connection only）， MICO是5G NR引入的一种新的工作模式，可翻译为仅由终端发起连接，目的是为了支持IoT装置。终端进入MICO模式后，就不会响应网络的呼叫，也不会监听网络的状态，只会单向地由终端向网络发起连接。这样的话，终端的功耗可以更低。
* 备注：在规范TS24.501的5.3.6节中详细介绍了MICO

## TS 37.340 (Multi-Connectivity)
本次探讨的内容以Release 16 version 16.7.0为基础，后续如有版本变更会持续更新。
重点内容在第4，7，10章，分别介绍了MR-DC的网络架构，RRC内容和MR-DC的相关流程。

不过，首先需要理解MR-DC中出现的一些基础概念，具体参见第3章：定义，符号和缩略语


从协议的角度来看，MR-DC只不过是LTE中的DC技术的泛化而已.
根据MN主节点连接的核心网是EPC还是5GC，又可以细分为：EN-DC，NGEN-DC，NE-DC，NR-DC


控制面和用户面的协议栈架构如下所示：


# 第6章. ORAN技术架构初步探索 ([视频解说](https://www.bilibili.com/video/BV1oL4y1K7WD/))

## Open RAN、OpenRAN、O-RAN 傻傻分不清楚？

Open RAN，是开放式RAN架构的通用术语，包含了开放式接口、虚拟化和AI智能化等。

[OpenRAN](https://telecominfraproject.com/openran/)，是TIP电信基础设施项目发起的一个子项目，旨在实现开放式RAN，工作范围包括2/3/4/5G。TIP，Telecom Infra Project，电信基础设施项目，于2016年由Facebook发起，目前已有超过500家成员，包括运营商、设备商、芯片商、IT商和系统集成商，其中，沃达丰、西班牙电信、德国电信、英国电信、SK电信、诺基亚、英特尔等企业是主要成员。

==O-RAN==，通常指[O-RAN联盟](https://www.o-ran.org/)，以及由O-RAN联盟制定的标准。O-RAN联盟由中国移动、AT＆T、德国电信、NTT DOCOMO和Orange五家运营商于2018年2月发起成立，由原来的C-RAN联盟和xRAN论坛合并而成（其中，C-RAN联盟主要由中国企业组成，xRAN论坛主要由AT＆T、NTT DOCOMO等美日韩和欧洲企业组成），O-RAN联盟是一个由各个参与方组成的一个利益共同体，包括运营商，设备供应商，芯片制造商，软件供应商等，重点是开发==开放和智能的RAN架构和规范==。


O-RAN和OpenRAN有啥区别？简单的说，O-RAN联盟会制定标准，作为3GPP标准的补充；而OpenRAN并不制定标准，只是推广部署OpenRAN，并参考或采用O-RAN和3GPP规范。

## O-RAN产生的动机

**商业动机**：一直以来，无线接入网的开放和解耦，都是运营商的关注重点。如果有越来越多的设备商可以参与进来，意味着自己可以摆脱那几家传统设备商的“绑架”，能够更灵活地部署网络，运营商的网络综合成本也有望进一步降低。

**政治动机**：随着美国对华为公司以及对整个中国全方位打击的不断升级，O-RAN的技术方案，也成为美国政府试图打破中国通信公司在5G技术上绝对领先地位的一种政治手段，目前，O-RAN背后的主要推动力量成为了美国政府，诺基亚在2021年8月也曾短暂宣布 “暂停在ORAN联盟的工作”，而之所以选择暂停，正是因为该联盟中的部分中国企业在美国的“实体清单”中，诺基亚担心与这些中国企业的合作会遭到美国的指控，付出极高的成本，后来ORAN联盟更改其文件和程序以确保参与者可以在不违反法律的情况下继续进行技术活动后，诺基亚恢复与O-RAN联盟的合作。

**个人观察**：O-RAN虽然听起来很不错，实际上是让更多的企业参与 “搅局”，使得网络的集成和维护变得更加复杂，因此这个问题比较微妙，O-RAN总的建设和运营成本未必可以比现有网络降低很多，性能上也可能达不到预期，或者说不如专用的硬件设备，总的来说O-RAN很难在较短的时间内改变目前5G RAN市场结构，但是还是存在一定的发展空间，比如运营商可以考虑从室内的小基站或者偏远地区的宏基站开始着手进行试验性的部署，O-RAN今后到底会如何发展，还是让我们静观其变吧。


## O-RAN的总体架构

好的，让我们来深入看一下O-RAN的内部架构，如下图所示（图片来自O-RAN联盟）：


上图架构看起来稍微有点复杂，不仅包含了3GPP标准接口（E1、F1），还有新增接口（E2、A1），如果我们把O-RAN和3GPP RAN的架构进行对比，看得就更加清楚了（图片来自[爱立信](https://www.ericsson.com/en/reports-and-papers/further-insights/cloud-ran-security)）：


## O-RAN对3GPP的影响

**逻辑网元**
O-RAN没有对5G 3GPP定义的RU、DU、CU-CP、CU-UP这些逻辑网元进行更改，而是在这些既有的网元的基础上增加了两个新的逻辑网元：

==Non-Real-Time RIC==，它负责RAN中所有网元的配置管理、故障管理、性能管理和生命周期管理，负责处理时延要求较大的业务，比如数据分析、AI模型训练等。

==Near-Real-Time RIC==，位于CU，它负责处理时延要求较小的业务，比如无线资源管理、切换决策、双连接控制、负载均衡等。

非实时RIC通过进行数据分析和AI模型训练，将策略通过A1接口下发给近实时RIC，而近实时RIC实时监控网络和用户行为的变化，并根据非实时RIC下发的策略实时对RAN参数进行调整和优化等，然后通过E2接口，控制RAN的功能组件，从而对RAN进行精确、合理的调度和控制。看起来RIC是O-RAN架构的关键所在。

**接口**
ORAN没有对5G 3GPP定义F1、E1、Xn、NG这些既有的接口进行更改，只在此基础之上增加了新的接口：O1、O2、A1、E2、Open Fronthaul (eCPRI：[规范下载](http://www.cpri.info/spec.html))

**架构角度：低层分割（LLS 7-2x）**


https://www.hubersuhner.com/en/documents-repository/technologies/pdf/fiber-optics-documents/5g-fundamentals-functional-split-overview

## O-RAN的相关工作组

从[O-RAN的协议规范](https://www.o-ran.org/specifications)来看，大致上分成了以下9个工作组：

* WG1: 用例和总体架构工作组
* WG2: 非实时运行的智能控制器和A1接口工作组
* WG3: 近实时RIC和E2接口工作组（诺基亚主导）
* WG4: 开放前传（fronthaul）接口工作组 （诺基亚主导）
* WG5: 开放的F1/W1/E1/X2/Xn接口工作组
* WG6: 云化和编排工作组
* WG7: 白盒硬件工作组
* WG8: 协议栈参考设计工作
* WG9: 数据传输工作组

图片来自 Parallel Wireless

## Open RAN相关的视频介绍

* [关键的Open RAN行业组织介绍 (TIP, ORAN联盟, ORAN政策联盟) （10min左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1Lq4y1N7LW/)
* [NokiaLive: ORAN开放未来无线网络（40min左右）](https://www.bilibili.com/video/BV1M5411x71M/)

# - 附录1. 移动通信知识小科普 （[视频解说](https://www.bilibili.com/video/BV1xa411X72L)）

## 手机，你的辐射危害到底有多大

理论上，一部分电磁辐射对人体健康非常不利，被称作“电离辐射”，它们通常会伴随极大的能量，如太阳光（会造成晒伤乃至皮肤癌）、X光、宇宙射线等，这些高能电磁波会把人体内的原子中的电子给直接轰击出去，失去电子的原子就带上了正电，这个过程叫做“电离”。另外一部分电磁辐射对人体的影响则相对不那么明显，称作“非电离辐射”，它们产生的能量很小，如收音机和微波炉辐射，以及无线设备辐射，这些类型的电磁波频率较低，被人体吸收之后，所含的能量最终都转化成了热量。


电离辐射的危害是巨大的，这一点确凿无疑，因此也没有必要再进行讨论，但是，广泛应用在无线通信中的无线电波或者微波产生的非电离辐射到底是否对人体有害呢？
先说结论，非常遗憾，科学共同体对此的回答是：不知道，因为没有彻底搞清楚，或者说还存在争论。
当电磁波作用于人体时，非电离辐射会产生两种影响：热效应和非热效应。

1. 所谓热效应，即是人体受电磁波的影响，内部产生感应电流，体内的分子运动加剧，电磁波的能量最终转化为热量。手机的发射功率一般只有0.1到2瓦，对人引起的局部温度升高不会超过0.2度，再加之血液的流动，基本不会对人体产生影响。
2. 所谓非热效应，即除了组织发热之外的其它生理影响，比如：细胞生长和增殖会不会受到影响？体内各种酶的活性会不会受到影响？...

迄今为止，负面的正面的结论都有，有评估报告称无线通信设备产生的电磁场增加了患神经胶质瘤（一种脑瘤）的风险，也有评估报告称毫米波能够抑制皮下肿瘤生长，总结下来还是那句话：迄今为止，没有任何研究表明存在一致的证据，证明接触射频场强度低于造成组织发热的限值，会产生不良健康后果。
那么，手机辐射的国际标准是啥？各个国家和组织制定了相关的电磁辐射暴露健康标准，将手机的辐射严格限制在一个很小的范围内。只要手机遵守这些标准，就可以认为是安全的。这个指标就是：==SAR，电磁辐射比吸收率==， 其定义为「人体的一部分组织，平均一秒钟时间会吸收多少手机发出的电磁波能量」，单位为W/kg。


中国在2007年发布了GB 21288《移动电话电磁辐射局部暴露限值》这一强制标准。该国标借鉴了欧洲的标准，明确规定：任意10克生物组织、任意连续6分钟内的平均比吸收率（SAR）值不得超过2.0W/kg。
比如，我正在使用的是小米10的5G手机，通过 “设置” -> “我的设备” -> “认证信息”，可以看到如下信息：


好吧，手机的辐射客观存在，目前也确实没有办法证明手机辐射无害，只是能是倾向于无害。现如今，无线通信给我们带来了前所未有方便和快捷，利弊权衡，非电离辐射那一点儿未知的风险简直是不值一提。
如果非要我给点建议的话，那么就是：大家睡觉时，把手机放远一些，不要放在枕头边上，拨打和接听电话时，接通后，再靠近耳朵~

## 手机，信号质量的衡量指标是啥
常用来衡量无线信号质量的指标有SINR、RSSI、RSRP和RSRQ，下面来具体介绍一下这几个指标。

LTE网络中手机通过对小区特定参考信号（CRS）的测量获得RSRP，RSSI，RSRQ和SINR值；
5G网络中手机通过对同步信号（SS）和信道状态信息（CSI）的测量获得RSRP，RSRQ和SINR值。
例如SS-RSRP是手机接收到同步信号的功率，而CSI-RSRP是手机接收到CSI参考信号的功率，二者计算方法一样，只不过测量的对象不一样而已。下图是在我的手机上使用某路测软件的相关信息截图。

下面我们通过4G LTE来具体解释一下这几个指标的含义：

**RSRP**：(Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率) ，它是网络中可以代表无线信号强度的关键参数，正式的定义可以在3GPP 36.214中找到，它是承载参考信号的所有RE（资源粒子）上接收到的信号功率的平均值。目前RSRP取值范围：-44~-156dBm。


下图红色部分是发射参考信号的RE，RSRP可以理解为红色部分的功率的线性平均。
From：http://www.sharetechnote.com/html/Handbook_LTE_RSRP.html

==注意: UE测量上报的并不是RSRP的真实值，而是需要做一个简单的转换，具体的转换表参见36.133.==


**RSSI**: （Received Signal Strength Indication，接收信号强度指示），它测量的是含有参考信号的那些符号上接收到的总接收功率(包括有用信号，噪声，干扰等)的线性平均值。UE不需要上报RSSI，但计算RSRQ需要使用到它。另外，RSSI的测量带宽由UE自行决定。

**RSRQ**:（Reference Signal Receiving Quality，参考信号接收质量），这个指标被定义为RSRQ = N * RSRP/RSSI，其中N是RSSI测量带宽内的RB个数。


**SINR**:（Signal to Interference plus Noise Ratio，信号干扰噪声比），也就是常说的“信噪比”，是指接收到的有用信号强度与接收到的干扰信号（噪声和干扰之和）强度的比值，反映当前信道的链路质量。注意这是一个比值，通常用分贝(dB)表示（如果你对dB和dBm不太清楚的话，请参考下面的补充知识），也就是说只是接收到的信号强度大没有用，还得看噪声的水平，就好比你喊得大声没用，如果有人吵得比你还大声，那别人可能还是听不清楚（解调不出来）。

下图是4G和5G协议规范中的测量配置参数，可以看到5G支持基于SINR的测量配置和报告。


==补充知识==
**dBm**: 是用来表征功率绝对值的，计算公式为：10lgP（功率值/1mw）。

[例1] 如果发射功率P为1mw，折算为dBm后为0dBm。
[例2] 对于40W的功率，按dBm单位进行折算后的值应为：
10lg（40W/1mw)=10lg（40000）=10lg4+10lg10+10lg1000=46dBm。

**dB**: 是用来表征功率相对值的，当考虑甲的功率相比于乙功率大或小多少个dB时，计算公式：10lg（甲功率/乙功率）

[例1] 甲功率比乙功率大一倍，那么10lg（甲功率/乙功率）=10lg2=3dB。
[例2] 如果甲的功率为46dBm，乙的功率为40dBm，则可以说，甲比乙大6dB。

## 基站，你的辐射的危害到底多大

我国电磁辐射的标准是根据2014年国标的一个标准《电磁环境控制限值》（GB8702-2014）来限定的，当中有一个电磁辐射的上限值，站在1米远的地方，==每平方米0.4瓦（每平方厘米40微瓦）==。


这项标准中，对于电磁辐射环境的控制限值是根据频率划分的。因为，5G移动通信基站之前，所有移动通信基站的工作频率都在800MHz-3000MHz的范围内，因此对应的限值则可以使用GB8702中规定的频率范围在30MHz-3000MHz这一档的限值标准，也就是常常会被提到的 “基站周围功率密度限制为每平方厘米40微瓦（40μW/cm2）”，一般来说，电吹风的辐射可以达到100微瓦/平方厘米，电磁炉的辐射可以达到580微瓦/平方厘米，所以，5G通讯基站的辐射量还不如你家的电器，和太阳辐射相比，更是微不足道。


放在国际上横向比较来看，美国标准是每平方厘米600微瓦，欧盟是450微瓦，我国要更加严格。

我们来粗略计算一下真实的情况吧 - 首先看看基站

我们来粗略计算一下真实的情况吧 - 再来看看手机

那么，拆除了基站之后会怎么样? 手机不得不以最大功率发射！对人体来说，辐射比拆除之前更大！

## 基站，伪基站到底是怎么一回事

* 据说最早的时候，它是一种公安警用设备，是用来跟踪流动人口，协助破案的技术手段，后来被不法分子利用…

* 典型的伪基站通常由简易天线和专用开源软件组成，模拟目标基站，依据相关协议向目标终端发送信令，可以迫使目标终端进行小区重选，位置更新以及切换，从而达到网络诈骗，获取隐私信息等目的。

* 伪基站诞生于2G时代，2G系统设计中仅支持网络对的终端的单向认证，终端无法判断接入的基站和网络是否可信。4G时代，通过增加基站和手机之间的双向鉴权认证、信令加密和完整性保护、增强安全算法和密匙等方式，安全性得到了空前提升，但是仍然存在一些间接的隐患: 可以制造条件获取用户的IMSI，或者可以制造条件让用户回落到2G伪基站 (参见下页流程图)


从2G到4G，伪基站不断通过技术变革来对抗协议升级和监管手段，5G时代又怎么样呢？


5G理论上支持所谓“基于网络和UE辅助”的方式来捕获伪基站，就是UE终端设备负责收集信息，将信号强度等信息通过测量报告上报给网络，网络结合网络拓扑、配置信息等相关数据，对所有数据进行综合分析，确认在某个区域中是否存在伪基站，同时，通过定位技术，锁定伪基站位置，从而彻底打击伪基站。

题外话：低成本高性能小型化一直是伪基站开发者追求的目标之一，单纯从技术角度来看，伪基站还是有点意思的。但是制造和销售伪基站在我们国家是违法行为。

# - 附录2. 3GPP协议规范那些事儿 ([视频解说](https://www.bilibili.com/video/BV11r4y1G7y1/))([新版](https://www.bilibili.com/video/BV1994y1s74p/))
## 3GPP是个什么神秘组织？

[3GPP](https://www.3gpp.org/)是通信行业内最大的神秘组织，负责协调制定全球通讯业的行业标准，这个组织最初的工作范围就是为第三代移动通信系统制定全球通用的技术标准。

3GPP成立于1998年12月，当初的目标是为了制定3G技术规范，实现[ITU](https://www.itu.int/)国际电联提出的3G目标，国际电联一直使用IMT这个官方的名称，IMT的英文全称是 International Mobile Telecommunications，意思是国际移动通信，IMT-2000指的是3G，IMT-Advanced指的是4G，IMT-2020当然就指的是5G。

国际电联只管5G的定义和标准化的组织和成果鉴定，具体的技术活可干不了。专业组织做专业的事，大名鼎鼎的3GPP由PCG项目协调组和TSG技术规范组组成，负责向国际电联提交正式的技术方案。


国际电联于是乎大笔一挥，[批准通过](https://www.itu.int/en/mediacentre/Pages/pr26-2020-evaluation-global-affirmation-imt-2020-5g.aspx)，5G标准正式生成！全球各设备商可以据此造基站和手机了，各国运营商也可以建设这样的5G网络了！


[批准报告可以到这里下载](https://www.itu.int/rec/R-REC-M.2150)
==值得一提的是，5G标准既包括了5G NR技术，也包括了LTE(含NB-IoT)技术==

## 3GPP技术规范制定的流程？


## 3GPP那帮人开会都讨论点啥？

每个TSG 每个季度会召开一次全体会议(plenary meetings)，所有的WG工作组都会参会，全会的日期和地点可以在：https://www.3gpp.org/3gpp-calendar/3gpp-calendar 找到。

> 备注：近期将要召开的会议可以在：https://portal.3gpp.org 找到。
> [color=#669901]


> 具体的会议安排和相关的技术文档可以在：https://www.3gpp.org/ftp 找到。
> [color=#669901]

比如，我对第92次RAN全会的工作内容挺感兴趣，可以通过下面的链接去下载TDoc（提案）列表。


解压后你会拿到下面那样的一张Excel表格，可以过滤出你自己关心的提案或者公司（以及提案人）。


然后你就可以根据Excel中提供的Tdoc ID号（RP-xxxxxx）通过下面的链接去下载对应的文件了。


> 有些时候，如果能够追溯到原始的讨论，对于你理解某个特性形成的历史背景可能会有所帮助，因为冻结了的协议规范通常只会告诉你做什么以及怎么做，但是不会向你解释为什么这么做
> [color=#669901]

比如，我看到从15.5.0版本开始FR1的范围发生了变化（6GHz -> 7.125GHz），这就意味着我们之前经常说的sub-6G实际上已经不成立了，就会好奇是什么原因导致的。

从15.5.0版本的协议规范的Change History章节中，你会发现这个改动是在由于某个CR首次引入的。

于是，我们可以顺着这个线索找到对应的CR文档，一步一步追溯下去就一定能够找到你想要的答案。

最终得到的答案是，频率范围扩展是因为NR-U而引入的。

## 3GPP规范冻结又是啥意思呢？


每一个（Release）大家的工作只会聚焦在某些Feature特性上面（所有特性的集合被称作一个Package），需要在一定的时间点“冻结”，否则总是变来变去的，设备商没有办法实现呀！

其实，每个组织都会有自己的工作方式，3GPP也不例外，其采用的是 ITU T I.130 建议书中定义的三阶段方法（具体的工作方式在技术报告[TR: 21.900](https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.aspx?specificationId=555)中也有详细的描述）：

* 第1阶段（Stage1）是从用户的角度进行的总体服务描述
* 第2阶段（Stage2）是对网络功能组织的总体描述，以将服务需求映射到网络能力
* 第3阶段（Stage3）是定义支持第 1 阶段定义的服务所需的交换和信令功能


Rel-15作为第一阶段5G的标准版本，按照时间先后顺序分为3个子阶段，相对而言比较特殊：
* Early drop（早期交付）：即支持5G NSA（非独立组网）模式，系统架构选项采用Option 3，对应的规范及ASN.1在2018年第一季度已经冻结。
* Main drop（主交付）：即支持5G SA（独立组网）模式，系统架构选项采用Option 2，对应规范及ASN.1分别在2018年6月及9月已经冻结。
* Late drop（延迟交付）：是2018年3月在原有的R15 NSA与SA的基础上进一步拆分出的第三部分，包含了考虑部分运营商升级5G需要的系统架构选项Option 4与7、5G NR新空口双连接（NR-NR DC）等。标准冻结比原定计划延迟了3个月。

> 值得一提的是，Rel-15只是规范版本的代号，LTE以及5G技术规范都有R15的版本。只不过R15对5G技术而言，有特别的意义，这是一个里程碑，R15是3GPP 5G相关的技术规范的第一个版本，相当于LTE技术的R8版本。

## 3GPP协议规范哪些和5G相关？

> 直接阅读3GPP的协议规范有时会非常困难，一方面因为规范太多，浏览每个规范可能是一项十分艰巨的任务，另一方面没有明确的指南来说明如何使用规范以及如何找到你想寻找的内容
> [color=#669901]

看通信协议至关重要，但是，小白刚开始看通信协议时，可能一脸懵，完全看不懂！无数个生僻的英文缩写，让人看了就头大。不要灰心，通信协议本来就异常琐碎又庞杂，看不懂才是常态，万事开头难，我们永远在学习的路上。通常我们会关心两类文档，即：
* TS：技术规范 [ 这些是已经发布规范的最终版本 ]
* TR：技术报告 [ 包含需要在TS 中完成的特定主题相关的讨论 ]


那么我们该如何查找和阅读 3GPP 规范呢？实际上3GPP 有着不同的规范编号，比如针对5G无线侧来说，最重要的就是38系列的协议规范：https://www.3gpp.org/DynaReport/38-series.htm

如果你是新手并且刚开始接触，建议不要一上来就直接开始阅读规范，因为你会发现协议规范虽然非常详细，但是对新手并不友好，可能也没有进一步的解释，或者要你再去参考另一份文档，你可能会晕头转向，最后甚至会忘记最初你在寻找什么，其实这也从一方面佐证了：3GPP协议并不是拿来学习的，而是拿来查阅的.

> 有些官方的word协议文档很大，比如38.331，堪称word杀手，建议通过ETSI网站下载pdf版本：https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts

## 3GPP协议每个版本有没有总结？

> 有一些归纳总结的文档可以帮助我们总体上了解当前或者下一个Release的工作重点是什么
> [color=#669901]

比如，我想多了解一些Release-17的工作内容，可以直接来到：https://www.3gpp.org/release-17
和这个Release相关的重点Feature列表，详细内容，3GPP相关工作计划，都一目了然。

比如，我还想了解一些Release-18的工作内容，那么可以直接来到：https://www.3gpp.org/release18

> 大家可能也注意到了，从Release-18开始5G的logo也悄悄地变成了5G-Advanced。
> [color=#669901]


> 其实这也从侧面说明了，5G的协议规范工作在经历了R15-R17三个版本之后基本已经完成了。

> 3GPP官网有一些TSG负责人的采访视频，可以看一下，另外还有一本杂志有时间也可以翻阅一下
> [color=#669901]

3GPP官方的采访视频：https://vimeo.com/3gpplive

## 如何从3GPP协议规范中学到更多？

> 3GPP协议规范是一座知识宝库，只要你用心，一定能够学到更多！
> [color=#669901]

胡适先生说过 【发表是最好的回忆】，平时看到一些自己感兴趣的技术，如果恰好和通信协议相关的话，不妨深挖一下，如果在学习过程中获得了沉淀、学习、成长，可以用文字和图片的方式整理出来，不为取悦任何人，自己看了不厌不愧就可以，如果觉得达到了一定的品质和深度，就可以投稿给一些有知名度的公众号，一方面可以获得大家的反馈，另一方面还可以提升自己的知名度，顺便还能获得一定的稿费，何乐而不为呢？以下是我发表在微信公众号 “鲜枣课堂” 的部分5G技术文章：

* [一文读懂蜂窝车联网C-V2X](https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1NTA0MDUyMA%3D%3D&mid=2456674915&idx=1&sn=68f89b601fd786f20541db34e44e6708&scene=45#wechat_redirect)
* [5G and 卫星，到底啥关系？](https://mp.weixin.qq.com/s/-8FK6JRyEdoFL5EcPSzS5Q)

# - 附录3. 常用移动通信类学习网站和工具

**通信类辅助学习网站：**
* 通信技术学习神器（作者目前是Apple的无线协议工程师）：https://www.sharetechnote.com/
* 5G SA注册流程交互图：https://www.eventhelix.com/5g/standalone-access-registration/
* 5G NSA接入流程交互图：https://www.eventhelix.com/5G/non-standalone-access-en-dc/
* 3G，4G，5G通信技术博客：https://blog.3g4g.co.uk/
* 5G 时域频域 resource grid：www.sqimway.com
* 4G 时域频域 resource grid：http://dhagle.in/LTE

###### tags: `5G`