2.1 NR-RAN架构

下一代无线接入网（Next Generation-Radio Access Network,NG-RAN）的网络架构如图2-1所示，一个NG-RAN节点或者是gNB，或者是ng-eNB。gNB提供面向用户设备（User Equipment,UE）的NR用户面和控制面协议终结，也即gNB与UE之间是NR接口；ng-eNB提供面向UE的E-UTRA用户面和控制面协议终结，也即ng-eNB与UE之间的是LTE接口。

gNB之间、ng-eNB之间以及gNB和ng-eNB相互之间都是通过Xn接口互相连接。同时， gNB和ng-eNB通过NG接口连接到5GC，也即通过NG-C接口连接到AMF，通过NG-U接口连接到UPF。

NG-RAN的网络接口包括连接到5GC的NG接口和NG-RAN节点之间的Xn接口。其中，NG接口包括NG-C接口和NG-U接口；Xn接口包括Xn-C接口和Xn-U接口。

NG用户面接口（即NG-U）是NG-RAN节点和UPF之间的接口，NG-UP栈如图2-2所示。传输网络层以IP传输为基础，GTP-U在UDP/IP之上以便在NG-RAN和UPF之间传输用户面的协议数据单元（Protocol Data Unit,PDU）,NG-U并不保证用户面PDU的可靠传输。

NG控制面接口（即NG-C）是NG-RAN节点和AMF之间的接口，NG-CP栈如图2-3所示。传输网络层以IP传输为基础，为了保证信令的可靠传输，在IP层之上增加了流控制传输协议（Stream Control Transmission Protocol,SCTP）,NG-C接口的应用层协议称为NG应用层协议（NG Application Protocol,NGAP）。SCTP层为应用层信息提供可靠传送，在传输层，IP层的点对点传输用于传送信令PDU。

NG-C提供的功能包括NG接口管理、UE上行文管理、UE移动性管理、非接入层（Non-Access Stratum,NAS）信息的传送、寻呼、PDU会话管理、配置转发、告警信息传送。

Xn用户面接口（即Xn-U）是两个NG-RAN节点之间的接口，Xn-UP栈如图2-4所示。传输网络层以IP传输为基础，GTP-U在UDP/IP之上以便传输用户面PDU。Xn-U并不保证用户面PDU的可靠传输，Xn-U主要支持数据转发和流控制两个功能。

Xn控制面接口（即Xn-C）是两个NG-RAN节点之间的接口，Xn-CP栈如图2-5所示。传输网络层以SCTP为基础，SCTP层在IP层之上。Xn-C接口的应用层协议称为Xn应用层协议（Xn Application Protocol,XnAP）。SCTP层为应用层信息提供可靠传送，IP层的点对点传输用于传送信令PDU。

Xn-C接口支持的功能包括Xn接口管理、UE移动性管理（包括上下文转发和RAN寻呼）、双连接。

NR接口的用户面协议栈如图2-6所示，该协议栈由服务数据适配协议（Service Data Adaptation Protocol,SDAP）、分组数据汇聚层协议（Packet Data Convergence Protocol, PDCP）、无线链路控制（Radio Link Control,RLC）、介质访问控制（Medium Access Control,MAC）和PHY（物理层）组成。

NR接口的控制面协议栈如图2-7所示，该协议栈由NAS、RRC、PDCP、RLC、MAC和PHY组成。

NR接口的用户面协议架构（下行）如图2-8所示。图2-8中的实体并不是应用在所有情形，例如，基本系统消息的广播不需要MAC层调度，也不需要用于软合并的混合自动重传请求（Hybrid Automatic Repeat reQuest,HARQ）。NR用户面协议架构在上行方向上与图2-8类似，但是在传输格式的选择等方面存在一些差异。

每层（子层）都以特定的格式向上一层提供服务，物理层以传输信道的格式向MAC子层提供服务；MAC子层以逻辑信道的格式向RLC子层提供服务；RLC子层以RLC信道的格式向PDCP子层提供服务；PDCP子层以无线承载的格式向SDAP子层提供服务。无线承载分为两类：用于用户面数据的数据无线承载（Data Radio Bearer,DRB）和用于控制面信令的信令无线承载（Signalling Radio Bearer,SRB）;SDAP子层以QoS流的格式向5GC提供服务。

逻辑信道是MAC子层向RLC子层提供的服务，表示传输什么类型的信息，通过逻辑信道标识对传输的内容进行区分，逻辑信道分为控制信道和业务信道两类。

控制信道仅用于传输控制面信息，具体包括以下4个信道。

① 广播控制信道（Broadcast Control CHannel,BCCH）

BCCH是下行信道，用于广播系统控制消息。

② 寻呼控制信道（Paging Control CHannel,PCCH）

PCCH是下行信道，用于传输寻呼消息、系统消息更新通知以及持续的公共预警系统（Public Warning System,PWS）广播指示。

③ 公共控制信道（Common Control CHannel,CCCH）

CCCH是用于传输UE和网络之间的控制信息，当UE与网络之间没有RRC连接的时候，使用公共控制信道。

④ 专用控制信道（Dedicated Control CHannel,DCCH）

DCCH是点对点的双向信道，用于传输UE和网络之间的专用控制信息，当UE与网络之间有RRC连接的时候，使用专用控制信道。

业务信道仅用于传输用户面信息，具体包括以下内容。

专用业务信道（Dedicated Traffic CHannel,DTCH）:DTCH是点对点信道，用于传输用户信息，上行方向和下行方向都有各自的专用业务信道。

传输信道是物理层向MAC子层提供的服务，定义了在空中接口上数据传输的方式和特征，传输信道也分为公共信道和专用信道两类。

下行传输信道包括以下3个。

① 广播信道（Broadcast CHannel,BCH）

BCH有固定预先定义的传输格式，需要在小区的整个覆盖区域内进行广播，可以广播单个BCH信息，也可以通过波束赋形的方式广播不同的BCH实例。

② 下行共享信道（Down Link-Shared Channel,DL-SCH）

DL-SCH支持HARQ，通过调整调制方式、编码速率、发射功率以支持动态链路自适应；可能在整个小区进行广播，也可能使用波束赋形；支持动态和半静态的资源分配；为了UE节电，支持UE非连续接收（Discontinuous Reception,DRX）。

③ 寻呼信道（Paging CHannel,PCH）

为了便于UE节电，支持UE非连续接收，DRX周期由网络通知给UE,PCH需要在小区的整个覆盖区域内进行广播，可以广播单个PCH信息，也可以通过波束赋形的方式广播不同的PCH实例，映射到可动态用于业务/其他控制信道的物理资源上。

上行传输信道包括以下2个。

① 上行共享信道（Up Link-Shared CHannel,UL-SCH）

UL-SCH可能使用波束赋形，通过调整发射功率、潜在的通过调整调制方式和编码速率以支持动态链路自适应，支持HARQ，支持动态和半静态的资源分配。

② 随机接入信道（Random Access CHannel,RACH）

RACH只传输控制信息，有发生冲突的风险。

物理信道是一组对应着特定的时间、载波、扰码、功率、天线端口等资源的集合，即信号在空中接口传输的载体，映射到具体的时频资源上。物理信道属于特定的传输信道，具体包括以下6个信道。

① 物理广播信道（Physical Broadcast CHannel,PBCH）

PBCH承载UE接入网络所需的部分系统消息，另外一部分系统消息由PDSCH承载。

② 物理下行共享信道（Physical Downlink Shared CHannel,PDSCH）

PDSCH用于单播数据传输的主要物理信道，也用于传输寻呼消息和一部分系统消息。

③ 物理下行控制信道（Physical Downlink Control CHannel,PDCCH）

PDCCH用于传输下行控制信息，主要包括用于PDSCH接收的调度分配和用于PUSCH发送的调度授权等信息，以及向以一组UE通知功率控制、时隙格式指示等信息。

④ 物理上行共享信道（Physical Uplink Shared CHannel,PUSCH）

PUSCH是PDSCH的上行对应信道。

⑤ 物理上行控制信道（Physical Uplink Control CHannel,PUCCH）

PUCCH用于传输上行控制信息，主要包括调度请求（Scheduling Request,SR）、HARQ-ACK和CSI。

⑥ 物理随机接入信道（Physical Random Access CHannel,PRACH）

PRACH用于随机接入。

下行信道映射关系如图2-9所示，上行信道映射关系如图2-10所示。BCCH的映射关系比较特别，其中，含有最重要系统消息的主消息块（Master Information Block,MIB）映射到BCH上，再映射到PBCH上，而其他的系统消息块（System Information Block,SIB）映射到DL-SCH，再映射到PDSCH上。