【2】从局部到整体-5G系统观

• LTE标准历史：LTE协议从R8开始，到R15结束，其中R8-R9称为3.9G，R10认为是LTE-Advanced的第一个版本，R13及其之后的版本被3GPP定义为LTE-Advanced Pro。

 

• LTE网络架构：主要分为核心网(EPC)与接入网(E-UTRAN)。LTE是全IP网络，只有分组交换域而没有电路交换域，且另一大特性为尝试了用户面与控制面的分离。
• LTE的接入网由eNode和UE组成，后期演进中又引入中继节点(RN，Relay Node)与家庭基站(HeNB，home eNB)，这也标示这异构网架构的提出。LTE网络架构如下所示，注意接口的不同：

 

eNode主要负责所有与无线相关的功能：无线资源管理：包括所有与无线承载相关的功能，如无线承载控制、无线准入控制、无线接口的移动性管理、UE上下行调度和动态资源分配。IP头压缩：对IP数据头的压缩有助于无线接口的有效利用。安全性：所有通过无线接口发送的数据分组都需要加密。

• LTE核心网的几个主要节点为MME(移动性管理实体，控制节点)、S-GW(服务网关)、(PDN网关，负责IP地址分配与QoS保证，流量计费)。
• 核心网的局限：

1) 控制面与用户面解耦不彻底，阻碍了后续的边缘计算、云计算、网络功能虚拟化等新技术的引入；

2)LTE核心网仍然是“专用网络”，也就是说，除了LTE接入网，其他系统无法直接接入核心网，而需要借助专门的网管节点来实现兼容，接入网系统的多样化是发展的一个趋势。比如在LTE时代，2G、3G接入网和Wi-Fi就与LTE接入网长期并存。在5G时代，这个趋势也不会变化，甚至更加明显。因此，对于固定接入和各种各样的无线接入，核心网应该具有汇聚功能，从而保证核心网与接入无关；

3)虚拟化和云化：虚拟技术的目的是提供电信设备的硬件基础设施和上层网络功能应用的解耦

4)业务多样性的支持

• LTE协议架构：需要从接入网与核心网两个维度考虑或者从用户面与控制面两个维度进行考虑，如下所示：

 

RRC层：无线资源控制；

NAS层：非接入层控制；

PDCP层：分组数据汇聚协议；

RLC层：无线链路控制层

MAC层：媒体接入控制层

5G在用户面PDCP层之上还增加了SDAP层：服务数据适配协议

 

• LTE物理层相关的内容：

LTE中TDD采用半静态配置，有7种上下行子帧配比，以适应不同的业务需求，问题是：1）不利于需求快速变化的业务；2）复杂的HARQ时序关系，不利于低时延业务。因此在R12中引入了动态TDD技术 eIMTA(Enhanced Interference Mitigation & Traffic Adaptation)。eIMTA的原理很简单，就是采用物理层信令进行上下行子帧配置，可选的上下行配置仍然是前面介绍的7种配比之一，可以实现最快每10ms改变上下行配比。但存在的问题是：比如对于一个不支持eIMTA功能的旧版本终端(Legacy UE)来说，它仍然按照RRC广播信令指示的TDD上下行配置工作，它并不知道eIMTA开启后网络采用了动态的子帧配比。针对所有RRC广播信令通知的下行子帧，Legacy UE都必须监听PDCCH获取调度信息，因此，如果此时部分下行子帧被网络动态改变为上行子帧，则Legacy UE将无法获知该信息，而继续在这些子帧进行PDCCH盲检，造成不必要的能量消耗。除了因为版本原因带来的实现和协议复杂度外，eIMTA的引入还导致了交叉干扰。相邻小区与本小区的上下行子帧配比不同，于是可能带来交叉干扰。

载波聚合：将多个连续或非连续的成员载波聚合以达到高带宽传输，但问题是：1）需要较大时延的RRC信令进行非动态的配置，带来了较大的信令开销与操作时延；2）提高了终端的能耗水平，5G中引入了BWP技术，通过物理层信令DCI动态配置用户的工作带宽，以实现能耗与需求带宽的匹配。

HARQ与ARQ协议：当前向纠错FEC无法完全纠正错误时，就需要接收端发送ARQ请求重传，接收端根据收到的数据反馈ACK信号或者NACK信号，LTE中采用的时并行HARQ技术，最大8个，以提高吞吐量和减少时延。其中固有时延为4ms+1ms，当发送重传时，HARQ时序会更大。

LTE与NR的对比：

具体见图：