目录
1、5G整体网络架构
2、5G网络接口及无线协议栈
2.1 5G网络接口及协议
2.2 5G无线端到端协议栈
3、5G核心网新架构
4、5G接入网新架构
4.1 4G到5G基站的演进
4.2 5G基站gNB的功能
4.3 CU-DU的部署形态
5、5G组网架构
1、5G整体网络架构
5G网络架构宏观上分为接入网和核心网两部分，5G接入层成为NG-RAN（NR），由5G基站（gNB）组成；5G核心网由控制面（AMF）、用户面（UPF）分离组成。
2、5G网络接口及无线协议栈
2.1 5G网络接口及协议
5G网络接口分为Xn和NG两种接口。
| 接口 | 功能 | 协议 |
| Xn | gNB与gNB间的接口，支持数据和信令传输 Xn-C：Xn接口管理、UE移动性管理（跨栈切换、上下文转移和RAN寻呼）、双连接（DC） Xn-U：提供用户面PDUs非保证传递，主要功能包括数据转发和流控制 | 控制面：Xn-C、NG-C、F1-C接口信令连接基于SCTP协议（可靠性高）； 数据面：Xn-U、NG-U、F1-U用户面传输基于GTP-U协议； |
| NG | gNB与核心网的接口 NG-C(NG2)：NG接口管理、UE上下文管理、UE移动性管理、NAS消息传输、PDU会话管理、配置转换、告警信息传输、寻呼 NG-U(NG3)：提供NG-RAN和UPF间的用户面会话（user plane PUDs）非保证传递 | |
| F1 | gNB-CU和gNB-DU之间的接口 F1-C：F1接口管理、gNB-DU管理、系统消息管理、负载管理、寻呼、F1 UE上下文管理…… F1-U：用户数据转发、流控制功能 | |
| 其他 | gNB和UE之间使用NR控制面和用户面协议 |
2.2 5G无线端到端协议栈
1、5G无线协议栈
SDAP：QoS flow与无线承载的映射。
2、5G端到端控制面协议栈
3、5G端到端用户面协议栈
因此，5G中重要的端口包括：NG2、NG3、NG6、NG9、NG11。
3、5G核心网新架构
5GC基于服务化架构（网络功能服务解耦）和SDN/NFV框架（网络云化），结合网络切片（端到端逻辑专用网络）、边缘计算、5G非公共网络（NPN）、5G局域网等行业专网使能技术，实现网络架构开放性、网元虚拟化、资源灵活调度及定制化场景应用。
5G核心网必须满足低时延业务处理的时效性需求。5G核心网控制面的逻辑功能被进一步细分，AMF和SMF分离为两个逻辑节点，网络用户面进一步下沉，如图7所示。
与4G网络架构相比，5G网络用户面的接口和服务不变，控制面借鉴IT思想，采用服务化网络架构，网络功能拆解为模块化网络服务，接口采用服务化网络接口，实现网络功能的灵活定制。
| 5G网元 | 功能描述 | 与4G网元的对应关系 |
| AMF(Access and Mobility Management Function) | NG1、NG2接口终止； 移动性管理、SM消息的路由； 接入鉴权、安全锚点功能（SEA）； 安全上下文管理功能（SCM） | 类似MME |
| SMF（Session Management Function） | 会话管理（建立、修改、释放等）、UP选择和控制； IP地址分配； 配置UPF的QoS策略 | 类似PGW-C |
| UPF（User Plane Function） | 用户平面的业务处理功能 intra-RAT移动的锚点（锚定功能）； 数据报文路由、包转发、检测及QoS映射和执行； 上行链路的标识识别并路由到数据网络（流量统计及上报）； 下行包缓存和下行链路数据到达的通知出发 | 类似PGW-U |
| UDM（Unified Data Management） | 产生AKA过程需要的数据； 签约数据管理、用户鉴权处理、短消息管理； 支持ARPF | 类似HSS |
| AUSF（Authentication Server Function） | 为鉴权服务器，生成鉴权向量，实现对用户的鉴权和认证 | 类似HSS中的Auc功能 |
| PCF（Policy Control Function） | 应用和业务数据流检测； UE策略配置（网络发现和选择策略、SSC模式选择策略、网络切片选择策略）； 数据流分流管理（不同DN）； QoS控制、额度管理、基于流的计费； 背景数据传送策略协商； 对通过NEF和PFDF从第三方AS配置进行的PDF进行管理； 具备UDR前端功能以提供用户签约信息； 提供网络选择和移动性管理相关的策略 | 类似PCRF |
| NEF（Network Exposure Function） | 网络能力的收集、分析和重组 | 类似SCEF |
| NRF（NF Repository Function） | 业务发现，从NF实例接收你发发现请求，并向NF实例提供发现的NF实例信息 | 全新网元，类似增强DNS |
5G核心网发展的趋势是核心网下移及云化，其最终架构演进分为两个阶段：1、核心网设备虚拟化和架构云化，主要特点是VNFs分层架构、静态网络切片以及软硬件解耦等；2、原生云架构和核心网网元云化，包括EPC云化、IMS云化等，主要面向业务的动态端到端切片，控制面和用户面分离以及功能模块原子化。
4、5G接入网新架构
4.1 4G到5G基站的演进
4.2 5G基站gNB的功能
| 关键功能 | IP头压缩、数据加密和完整性保护； 到UPF的用户面数据路由； 到AMF的控制面路由； 支持网络切片，支持双连接； QoS flow管理和到DRB的映射；（类似细流水管，由图4无线协议栈中SDAP处理） 支持UE RRC_INACTIVE态； NAS消息转发； |
| 其他 | 无线资源管理：无线承载控制，无线准入控制，动态资源分配，连接移动性控制； AMF选择； 连接建立和释放； 寻呼消息和系统广播消息的调度和传输； 测量和测量上报配置； |
4.3 CU-DU的部署形态
根据3GPP，5G的BBU功能被重构为中央单元CU和分布单元DU两个功能实体，控制面集中为多业务提供灵活的扩展能力，为mMTC提供高效的处理能力；DU更靠近用户，满足uRLLC业务需求。CU与DU按处理内容的实时性进行区分：
- CU：主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同时支持部分核心网下沉和边缘应用业务的部署。
- DU：主要处理物理层功能和实时性需求的层2（参考图4中的层级划分）功能，考虑节省RRU与DU之间的传输资源，部分物理层功能也可上移到RRU实现。
CU与DU之间的部署形态多样化，方案1主要用于URLCC场景，有理想前传，可有效控制时延。方案2可用于eMBB场景，有理想前传条件，可同时兼容FWA和mMTC场景。方案3与方案2相似，但方案3无理想前传，需要将DU和AAU放在一个站点。方案4可用于小站，热点覆盖场景。
5、5G组网架构
5G提出了非独立组网（NSA）和独立组网（SA）两种组网方案，具体见工业5G概述、应用与测试床建设。NSA作为过渡方案，以提升热点区域带宽为主要目标，依托4G基站和4G核心网工作。
| 对比维度 | NSA | SA | |
| 业务能力 | 仅支持大带宽业务 | 较优，支持大带宽和低时延业务，便于拓展垂直行业 | |
| 4G/5G组网灵活度 | 较差：option 3x同厂商，option 3a可能不同厂商 | 较优，可以不同厂商 | |
| 基本性能 | 终端吞吐量 | 下行峰值速率优（4G/5G双连接，NSA比SA优7%），上行边缘速率优 | 上行峰值速率优（终端5G双发，SA比NSA优87%），上行边缘速率低 |
| 覆盖性能 | 同4G | 初期5G连续覆盖挑战大 | |
| 业务连续性 | 较优，不涉及4G/5G系统间的切换 | 略差，初期未连续覆盖时，4G/5G系统间切换多 | |
| 对4G现网改造 | 无线网 | 改造较大：4G软件升级支持Xn接口，硬件基本无需更换，但需与5G基站连接 | 改造较小，4G升级支持与5G互操作，配置5G邻区 |
