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OAI 5G-NR gNB源码架构分析.docx

发布时间：2022-06-02 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.92M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    1特性范围
    2gNB源码解析
    2.1代码框架时序图
    2.2重要函数及过程
    2.2.1主进程
    2.2.2ru_thread线程
    2.2.3rrc_gnb_task线程
    2.2.4随机接入过程
    2.3数据结构
    3接口
    3.1nFAPI（P5 &P7）
    3.1.1架构
    3.1.2过程
    3.2EN-DC
    3.2.1架构
    3.2.2过程
    3.3F1AP（CU-DU）[38.401 38.473]
    3.3.1F1接口功能
    3.3.2F1接口实现
    3.3.2.1CU侧
    3.3.2.2DU侧
    OAI 5G-NR 源码架构分析 1 特性范围 目前 gNB 和 5G-NRUE 支持如下的配置  工作模式：TDD  CP 长度：Normal CP  子载波间隔： 30kHz  信道带宽：40MHz(106PRB)、80MHz(217PRB)、100MHz(237PRB)  天线端口：单波束  时隙格式：14 OFDM 符号  编码方式：LDPC、polar 当前开源项目进展：  具备 EN-DC 功能，从开发进展来看还有一些 bug；  SA 还在开发中，RRC、SDAP、N2 Interface 和 N3 Interface 还在开发中，随机接入的调 试中，Msg2 还不能被 UE 成功解析。 2 gNB 源码解析 2.1 代码框架时序图 gNB 源码主框架图如下图所示。 Main：主进程，主要功能包括： 1） 命令行参数解析 2） 系统配置文件解析 3） 各子层初始化工作，包括重要数据结构、接口初始化工作 4） 线程初始化，gNB 管理线程、包括 RRC 层处理线程、rx/tx 处理线程、传输网接口线程、 x2 口交互线程 5） 射频 phy 层及 RU 单元初始化及配置工作 6） 物理层算法模块数据初始化 7） 用户面数据业务缓存开辟 gNB_app_task：gNB 管理线程，主要功能包括： 1） gNB 主要数据结构初始化 RCconfig 2） MAC 层与 PHY 层的 P5&P7 接口初始化，回调函数注册 3） 调用 P5 接口向 RRC 发送承载配置命令 4） 处理核心网下发的一些消息 5） 处理各种超时处理消息等 rrc_gnb_task：RRC 处理线程，主要功能包括： 1） RRC 配置消息处理，如果支持 NSA 方式，还需要处理 MN 设备发送的 RRC 重配置消息。 2） 双连接副站添加相关处理 3） 随机接入消息处理（Msg3，Msg4）
    4） 测量相关处理 5） 系统消息处理 sctp_eNB_task：传输网接口线程，主要功能包括： 1） NG 口连接建立相关的消息处理 2） 与 F1AP 控制面的消息处理（包括 CU 和 DU 两部分） ru_thread：rx/tx 处理线程，主要功能包括： 1） RU 设备库加载 2） 上行流程处理，包括 PHY、MAC、RLC、PDCP 3） 下行流程处理, 包括 PHY、MAC、RLC、PDCP 2.2 重要函数及过程 2.2.1 主进程 [nr-softmodem.c] Main() 1. get_options() 通过解析命令行参数来对系统做配置。 重要的数据结构：RAN_CONTEXT_t， 存储 gNb 实例、macrlc 实例、L1 实例，RU 实例信息。 2. netlink_init() 3. init_pdcp()
    4. create_gNB_tasks(1) 起来几个主要线程 a. 1） L1 配置信息初始化 2） 完成对 phy 层、rlc 子层、PDCP 子层的初始配置工作，若支持 noS1 模式，还要读 itti_create_task(TASK_GNB_APP, gNB_app_task,NULL)： 取 rrc 子层的配置信息。 3） 初始化 MAC 与 PHY 之间的接口（具体描述详见 ），回调函数注册： Nr_ul_indication：层 2 上行接收接口函数，当物理层从空口接收到上行数据，经 过物理层过程后将会触发该函数将解码后的数据 pdu 上送至 MAC 层 nr_phy_config_request：系统参数配置入口处理函数。在 SA 模式下，系统读取初 始化配置文件，然后将其传送给 RRC 层，RRC 层根据配置文件信息形成 RRC message （如：SI 系统消息），在 5G NR NSA 模式下，其接收的配置消息基本上就是 MIB 以及 服务小区从 X2 接口传来的重配置消息。（目前 SA 下该过程还没有） nr_schedul_response：MAC 与 PHY 的下行接口处理函数。该函数可对 MAC 层下 行 pdu 进行调度，包括 MIB、PRACH 消息、rrc 消息业务数据 pdu 以及一些半动态配 置消息，并根据调度结果生成 DCI。 4） configure_nr_rrc：初始化 RRC 实体，生成 rrc 配置消息，包括物理层及射频单元配 置。通知 RRC 处理线程。 b. c. d. itti_create_task(TASK_SCTP, sctp_eNB_task,NULL)： gNB NG-C 的接口线程，也可作为 F1-C 的接口。 itti_create_task(TASK_X2AP, x2ap_task,NULL)： X2 接口线程 itti_create_task(TASK_RRC_GNB, rrc_gnb_task,NULL) RRC 子层的处理线程，主要应包括系统消息、随机接入的 Msg3、Msg4 相关处理、 一些测量相关消息处理（但目前该部分只有初始的静态配置消息处理以及 X2 接口收到的 rrc 重配置消息，其他部分有待后续跟踪关注）。 5. init_gNB() 注 册 MAC 层 与 PHY 层 接 口 回 调 函 数 ： Nr_ul_indication 、 nr_phy_config_request 、 nr_schedul_response（详细描述见 4）。 6. wait_gNBs() 此处采用了停等的模式。至此，系统参数配置以及生效，phy 及 mac 层以上子层均完 成初始配置工作。 7. init_NR_RU() 1） 射频单元参数初始化。主要参数包括：uhd driver 地址、类型、同步时钟源，接收 增益，参考信号能量等。 2） 回调函数注册，主要回调有： ru->fh_south_in：RU 与 phy 的上行接口处理函数 ru->fh_south_out：RU 与 phy 的下行接口处理函数 ru->feptx_ofdm：射频前端处理函数 ru->feprx ：射频前端处理函数 3） init_RU_proc()：空口线程管理，此处起了 gNB 上下行处理的主线程 ru_thread 8. wait_RUs() 此处采用线程同步方式（pthread_cond_signal(&RC.ru_cond)，RC.ru_mask）。至此，包 括射频单元在内的所有模块初始配置工作完成。 9. init_eNB_afterRU() 1） 初始化物理层算法模块使用的数据表格、配置物理层处理过程的一些关键参数 2） 回调函数注册：gNB_top, gNB 上/下行数据处理入口函数。
    3） 为 ULSCH/DLSCH 开辟存储 buffer 10. 至此，所有 RU 单元及 gNB 实体 ok，发送同步信号（pthread_cond_broadcast(&sync_cond)） 通知所有处理线程可以开始上/下行数据处理。 2.2.2 ru_thread 线程 1. nr_init_frame_parms() 这里计算了空口帧的许多重要参数信息，包括每帧的时隙数、每子帧的时隙数、每个时 隙的符号数、每帧的采样点数、每个时隙的点数、接收/发送天线数、频率范围、帧类型、 子载波间隔等信息。 2. fill_rf_config() 根据 numerology 及 PRB 配置信息得到系统的信道带宽及采用率等信息上下 行频点，天线 tx_gain,rx_gain 等信息 3. nr_phy_init_RU() 初始化与 phy 层的接口 buffer 4. openair0_device_load() 加载 RF 设备库 5. 线程同步，启动 RF 设备，开始正常的接收发送 6. 上行处理流程 7. 下行处理流程 2.2.3 rrc_gnb_task 线程 RRC 子层处理线程 1. RRC 配置/重配置 接收 gNB 管理线程的 rrc 配置消息 NRRRC_CONFIGURATION_REQ，调用 init_NR_SI,该函 数最终会调用 P5 接口对底层设备进行配置。如下图所示： 2. 副站添加 接收 X2 接口发送的副站添加消息 X2AP_ENDC_SGNB_ADDITION_REQ
    2.2.4 随机接入过程 1. preamble 接收  调用函数 L1_nr_prach_procedures()在上行 PRACH 信道上接收 preamble，最多能检测 到 64 个 preamble。获取 preamble 序列，找到当前 root 序列下的 preamble 循环偏移 位置，计算输出检测到的 pramble 的 TA（时间调整值）和能量。  选取能量最大的 preamble  gNB->UL_INFO.rach_ind.number_of_pdus = 1, 发起随机接入流程 2. 初始化发起随机接入  handle_nr_rach()  调用 nr_initiate_ra_proc()  将状态改为 ra->state = Msg2  初始化随机接入过程 3. 发送 RAR  nr_schedule_RA()  nr_generate_Msg2()生成 Msg2，分别处理 DCI，PDCCH，PDSCH 设置，  赋值 tx_req  在发送时隙，调用 phy_procedures_gNB_TX()  生成 DCI  执行 PDCCH、PDSCH 过程  将状态改为 ra->state = WAIT_Msg3 4. Msg3 接收  调用 nr_schedule_reception_msg3()存储 msg3 主要信息（ul_req）：包大小，包地址， 当前帧号和时隙。  ifi->NR_Schedule_response[回调函数：nr_schedule_response]  调用函数 handle_nfapi_nr_ul_dci_pdu 解出 ul dci  调用函数 nr_fill_ulsch()根据 dci 找到 ulsch 位置  在 物 理 层 接 收 主 函 数 phy_procedures_gNB_uespec_RX 中 调 用 函 数 nr_ulsch_procedures()  调用函数 nr_ulsch_decoding()得到解码后的 mac_pdu  rx_ind.number_of_pdus++ ， crc_ind.number_crcs++  mac 上行接收主函数中调用 nr_rx_sdu() 注：openairinterface5g-NR_RRC_PRACH_procedures 分支中并无提供 Msg3 sdu 的解析处理。
    2.3 数据结构 3 接口 3.1 nFAPI（P5 &P7） 3.1.1 架构 FAPI 提供了 MAC 层与 PHY 层之间的接口，实现了 phy 层与 mac 层的分离，其接口架 构如下图所示，其中 P5 口主要用于传送静态配置信息，P7 口主要用来传送数据和半动态配 置信息。 3.1.2 过程 如上图所示，MAC 层从命令行或配置文件获取系统配置参数，然后将其传送至 RRC 层， RRC 层会通过 P5 接口触发 nr_phy_config_req()对 PHY 及 RU 进行配置。在 5G NR NSA 方式 下，RRC 子层接收从 X2 接口来的主校区 rrc 重配置消息。 对于半动态配置消息以及用户面数据信息的传送，MAC 层与 PHY 层之间使用 P7 接口， 对于上行数据，触发 nr_ul_indication()；对于下行数据，触发 nr_schedule_response()。
        NR_UL_INDICATION NR_SCHEDULE_RESPONNSE TX_REQ 携带从 MAC 层到 PHY 层的 PDU. RX_IND 携带从 PHY 层到 MAC 层的 PDU 3.2 EN-DC gNB 支持双连接模式下的 UE 接入，eNB 作为主站 MN，gNB 作为副站 SN。 3.2.1 架构 如下图所示，针对控制信令，gNB 可以通过 X2-C 接口传递给 eNB，再由 eNB 与 EPC 和 UE 进行通信。针对数据信息，gNB 可以通过 X2-U 接口传递给 eNB，再由 eNB 与 EPC 和 UE 进行通信。针对于核心网交互的数据报文，可以通过 S1-U 接口直接与 EPC 进行通信， 也可以通过 X2-U 接口转交给 eNB，再由其将数据发送至 EPC。 3.2.2 过程
    副站添加过程如上图所示，过程描述如下： 1. MN 向 SN 发送 SgNB Addition Request 请求为 UE 分配无线资源，消息中包括：UE 的能 力；最近一次的测量结果；SRB3 的安全验证信息；X2-U 的隧道地址配置信息；Qos level 等信息 2. gNB rrc 处理进程处理该消息，调用函数 rrc_gNB_process_AdditionInformation,副小区组 参 数 中 包 括 无 线 承 载 配 置 以 及 RACH 专 用 配 置 参 数 两 个 部 分 ， 前 者 会 触 发 rrc_mac_config_gNB 函数调用 F5 接口开始物理层参数设置过程。后者是为了与 UE 发起 随机接入过程。 3. gNB 发送 SgNB Addition Request Acknowledge 给 eNB。其中 SgNB Addition Request Acknowledge 包含：分配的无线资源，… 5-9.ｅNB 接收 SgNB Addition Request Acknowledge 消息，生成ＲＲＣ重配置消息，发送给 ＵＥ。 10.ＵＥ收到重配置消息后检测是否所有的配置信息都满足，然后向ｅＮＢ回复重配置完成 消息，消息中携带ＮＲ ＲＲＣ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ消息 11-12. 一旦ｅＮＢ收到了重配置完成消息，则通知ｇＮＢ，表示ＵＥ已经完成了ｒｒｃ重 配置过程 13-15. 如果配置的承载有副小区的无线资源，UE 将执行与 SN 的随机接入过程，并发送 RRCConnectionReconfigurationComplete消息。 16. MN 向 SN 发送 SN status Transfer 17. MN 将其上的数据业务转给 SN，并撤销其对 UE 的无线承载 18 - 21.数据路径更新 3.3 F1AP（CU-DU）[38.401 38.473] F1AP 提供 gNB-CU 节点与 gNB-DU 节点之间的信令服务。服务分为两类： 1）非 UE 相关服务：在 gNB-CU 与 gNB-DU 之间建立 F1 接口实例。 2）UE 相关服务：为 UE 接入核心网提供信令和数据连接。 代码驻留目录 openair2->F1AP
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