51学通信

深度解析 3GPP TS 23.501：5.35 Integrated Access and Backhaul (IAB - 集成接入与回传)

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本文技术原理深度参考了3GPP TS 23.501 V18.9.0 (2025-03) Release 18规范中，关于“5.35 Support for Integrated access and backhaul (IAB)”的核心章节，旨在为读者提供一个5G如何通过集成接入与回传技术，实现无线覆盖的灵活、经济高效扩展的全景视图。

深度解析 3GPP TS 23.501：5.35 Integrated Access and Backhaul (IAB - 集成接入与回传)

欢迎来到“解构5G核心网”系列。随着我们对5G网络架构的探索日益深入，今天我们将触及一个极具工程智慧与商业价值的领域——集成接入与回传（Integrated Access and Backhaul, IAB）。

想象一下，在广袤的乡村、崎岖的山区，或是需要为大型临时活动（如音乐节、体育赛事）快速部署5G覆盖的场景，铺设光纤作为基站的回传链路，往往成本高昂、耗时漫长，甚至根本不可行。IAB技术，正是5G为解决这一“最后一公里”回传难题而量身打造的“无线光纤”解决方案。它巧妙地利用5G NR（新空口）技术本身，既为用户提供无线接入，又为基站自身提供无线回传，实现了“用5G信号来延伸5G覆盖”的创新模式。

为了生动地展现这一技术的魅力，让我们引入今天的场景。资深网络工程师李工接到了一项紧急任务：为即将在一个偏远山谷举行的**“星空音乐节”**提供为期三天的、高质量的5G网络覆盖。山谷入口处是唯一有光纤资源的地方，而广阔的舞台区、露营区和观众区则没有任何有线基础设施。

我们将跟随李工的部署过程，看看他是如何利用IAB技术，在短短一天内，就为整个山谷点亮了5G信号。同时，我们也会从观众小晴的视角，体验她在这张“无线回传”的网络下，进行4K直播和高清通话时的无缝感受。

1. IAB的核心理念：用5G信号延伸5G覆盖 (5.35.1 IAB architecture and functional entities)

IAB的本质，是用无线替代有线，解决基站的回传问题。规范首先定义了构成IAB网络的两个核心角色。

Integrated access and backhaul (IAB) enables wireless in-band and out-of-band relaying of NR Uu access traffic via NR Uu backhaul links… The Uu backhaul links can exist between the IAB-node and:

  • a gNB referred to as IAB-donor; or
  • another IAB-node.

1.1 核心角色解读

  1. IAB-donor (IAB施主节点): 这是IAB网络中的“母站”或“根节点”。它是一个拥有有线回传连接（如光纤）到5G核心网的gNB。它不仅为普通UE提供接入服务，更重要的职责是为其他IAB节点提供无线的“上行链路”。

  2. IAB-node (IAB节点): 这是IAB网络中的“子站”或“中继节点”。它没有有线回传，而是通过5G NR无线接口连接到IAB-donor或其他上级IAB-node，形成无线回传链路。同时，它也作为一个标准的gNB，为下方的UE或其他下一级IAB-node提供无线接入服务。

1.2 “双重身份”的IAB节点

IAB-node最巧妙的设计在于其“双重身份”：

  • 面向核心网，它是一个“UE”： IAB-node内部集成了一个逻辑功能实体，称为IAB-UE。这个IAB-UE会像一个普通的终端一样，通过无线方式注册到上级的IAB-donor，并建立一个用于传输所有回传数据的PDU会话。

  • 面向终端，它是一个“gNB”： IAB-node的另一部分，是一个标准的gNB-DU（分布式单元），负责为下方的UE提供无线接入服务。

1.3 对核心网的“隐身术”

IAB uses the CU/DU architecture defined in TS 38.401 and the IAB operation via F1 (between IAB-donor and IAB-node) is invisible to the 5GC;

IAB架构最优雅的一点，在于它对5G核心网（5GC）是完全透明的。

  • CU/DU分离架构： IAB-donor扮演了**gNB-CU（集中单元）的角色，负责处理核心的RRC信令和高层协议。而IAB-node则扮演了gNB-DU（分布式单元）**的角色，负责处理底层的无线物理层和MAC层。它们之间通过F1接口进行通信。

  • 5GC视角： 对于AMF和SMF等核心网元来说，它们只与IAB-donor（作为gNB-CU）通过N2/N3接口交互。它们根本不知道某个UE是直接连接在IAB-donor上，还是连接在远端的一个IAB-node上。所有的无线中继复杂性，都被RAN内部消化了。

场景代入：李工的快速部署

  1. 部署IAB-donor： 李工团队在拥有光纤资源的山谷入口，部署了一台大功率的gNB，并将其配置为IAB-donor。

  2. 部署IAB-nodes： 他们用直升机将三台小型的、太阳能供电的IAB-node，分别吊装到了主舞台顶棚、露营区中心和观众区山坡上。

  3. 网络自启动： 这三台IAB-node上电后，其内部的IAB-UE功能自动启动，扫描并连接到信号最强的IAB-donor上，完成了无线回传链路的建立。

  4. 对核心网的呈现： 在核心网侧，李工只看到一个gNB（即IAB-donor）上线了，但这个gNB报告说它拥有了分布在三个新地点的多个小区。整个山谷的5G覆盖，瞬间“点亮”。

2. “双重身份”的注册：5GC系统增强 (5.35.2 5G System enhancements to support IAB)

IAB-node的接入过程，虽然对5GC透明，但AMF需要能够识别并授权这个特殊的“UE”。

The IAB-node provides an IAB-indication to the IAB-donor-CU when the RRC connection is established… When the IAB-indication is received, the IAB-donor-CU selects an AMF that supports IAB and includes the IAB-indication in the N2 INITIAL UE MESSAGE… so that the AMF can perform IAB authorization;

the UE Subscription data… is enhanced to include the authorization information for the IAB operation;

2.1 IAB授权流程

  1. IAB-UE亮明身份： 当IAB-node内部的IAB-UE发起RRC连接建立时，它会包含一个**IAB-indication**的特殊标志。

  2. IAB-donor-CU上报： IAB-donor的CU部分收到这个标志后，在向核心网发送的INITIAL UE MESSAGE（初始UE消息）中，也会带上这个IAB-indication。这相当于向AMF报告：“注意，前来注册的不是一个普通手机，而是一个IAB节点。”

  3. AMF进行授权： AMF收到这个指示后，会触发IAB授权流程。它会从UDM查询这个IAB-UE的签约数据，检查其签约信息中是否包含了“允许作为IAB节点运行”的权限。

  4. 授权结果下发：

    • 如果授权通过，AMF会在后续的流程中，通过IAB-donor-CU，将IAB authorized的指示下发给IAB-node。

    • 如果授权失败，AMF会拒绝其注册，或者指示其不能作为IAB节点提供服务。

2.2 场景代入：IAB-node的“身份核验”

主舞台顶棚的IAB-node-1上电后：

  1. 其IAB-UE向IAB-donor发起连接，并携带IAB-indication。

  2. IAB-donor的CU将这个请求打包，通过N2接口发送给AMF，并附上IAB-indication。

  3. AMF从UDM查询IAB-UE的签约数据，发现其签约档案中明确写着：“设备类型：IAB-node；授权状态：允许在音乐节期间运行”。

  4. AMF授权通过，IAB-node-1被允许正式“上岗”，开始为下方的UE提供服务。

这个流程确保了只有经过授权的、合法的设备才能作为网络的中继节点，保证了整个共享网络的安全。

3. 透明的QoS与数据处理 (5.35.3 Data handling and QoS support with IAB)

IAB架构下，终端用户的业务体验如何保障？核心原则依然是对5GC的透明性。

QoS management for IAB can remain transparent to the 5GC. If NG-RAN cannot meet a QoS requirement for a QoS Flow to IAB-related resource constraints, the NG-RAN can reject the request using procedures defined in TS 23.502.

  • SMF/PCF视角： 对于SMF和PCF来说，一切照旧。它们根据用户的签约和业务需求，为PDU会话创建QoS Flow，并生成相应的QoS Profile（包含5QI, ARP等）。

  • RAN的“双重使命”： 真正的挑战在RAN侧，即IAB-donor-CU。它收到了来自SMF的QoS Profile后，需要同时为两条无线链路进行资源保障：

    1. 接入链路 (Access Link): IAB-node与最终用户UE之间的无线链路。CU需要确保IAB-node能够满足该QoS Flow在接入链路上的时延和带宽要求。

    2. 回传链路 (Backhaul Link): IAB-node与IAB-donor之间的无线链路。CU必须确保这条无线回传链路有足够的容量和优先级，来承载其下所有UE的所有QoS Flow的汇聚流量。

如果回传链路的资源不足（例如，由于天气原因，IAB-node与donor之间的毫米波回传信号质量下降），IAB-donor-CU可以拒绝为新的高QoS要求的业务流分配资源。

3.4 场景代入：小晴的4K直播

小晴在音乐节现场开启了4K直播，她的手机向网络请求一个GBR QoS Flow。

  1. 核心网操作： 小晴的SMF批准了请求，并将包含高码率视频所需5QI的QoS Profile发送给了AMF。

  2. IAB-donor-CU的决策： AMF将QoS Profile转发给了位于山谷入口的IAB-donor-CU。

    • CU首先检查小晴所连接的IAB-node-1（主舞台顶棚）是否有足够的接入链路资源来支持4K上行。

    • 同时，CU会评估从IAB-node-1到它自己的无线回传链路的当前负载和信道质量，判断是否有足够的回传容量来承载这条新增的4K视频流。

  3. 资源分配： 确认两条链路的资源都充足后，CU才完成QoS Flow的建立。小晴的直播数据，先通过“接入链路”从手机上传到IAB-node-1，再被IAB-node-1通过“回传链路”无线地发送到IAB-donor，最终通过光纤进入核心网。

4. 移动的世界：IAB下的移动性管理 (5.35.4 & 5.35A)

IAB架构需要处理两种截然不同的移动性：UE的移动性和IAB节点自身的移动性。

4.1 UE移动性

For UEs, all existing NR intra-RAT mobility and dual-connectivity procedures are supported when the UE is served by an IAB-node… For a UE served by an IAB-node when the serving IAB-node changes its IAB-donor-CU due to mobility, the mobility support is specified in clause 5.35A.1 and clause 5.35A.3.

  • IAB-node内部/之间： 当小晴从主舞台（IAB-node-1覆盖）走到露营区（IAB-node-2覆盖）时，对于核心网来说，这只是一次由同一个IAB-donor-CU控制的Xn切换（如果node-1和node-2都连接到同一个CU）或N2切换。整个过程对5GC是透明的。

  • IAB-donor之间： 如果小晴从一个IAB-donor的覆盖区移动到另一个IAB-donor的覆盖区，则会发生标准的AMF或SMF变更，流程与非IAB场景相同。

4.2 IAB节点自身的移动性：MBSR（移动基站中继）

The MBSR uses the IAB architecture as defined in clause 5.35 and operates as an IAB node (with an IAB-UE and gNB-DU) with mobility when integrated with the serving PLMN.

MBSR是IAB的自然演进，它将固定的IAB-node变成了移动的IAB-node，例如安装在公交车、火车或无人机上的中继站。

  • 双重移动性： MBSR自身作为一个“超级UE”（IAB-UE），需要在不同的IAB-donor之间进行切换。同时，它又作为一个gNB，需要管理其覆盖下的普通UE的移动性。

  • 场景代入： 音乐节的摆渡巴士上就安装了一台MBSR。

    • 当巴士在山谷中行驶时，MBSR自身的IAB-UE功能，会从连接IAB-donor-1切换到连接IAB-donor-2。

    • 而坐在巴士上的乘客，他们的手机始终连接在这台MBSR上，对他们来说，基站是“静止”的，无需发生切换。只有当他们下车时，才会发生从MBSR到地面固定基站的切换。

MBSR技术极大地拓展了5G覆盖的灵活性，能够为移动的交通工具提供稳定、高速的“移动热点”覆盖。

5. FAQ

Q1: IAB的回传链路会占用普通用户可以使用的频谱资源吗？

A:

是的，这是IAB技术的一个核心权衡。IAB的回传链路和接入链路共享频谱资源。

  • In-band (带内): 回传和接入使用相同的频段。这种方式最灵活，但两者会相互竞争资源，需要在时间和/或空间上进行复用，可能会对总容量造成一定影响。

  • Out-of-band (带外): 回传和接入使用不同的频段。例如，使用高频的毫米波进行回传，使用中频的Sub-6GHz进行接入。这种方式可以避免相互干扰，保证回传带宽，但要求节点具备多频段能力。

RAN（IAB-donor-CU）的智能调度算法，会负责在接入和回传之间动态地分配无线资源，以最大化频谱效率和用户体验。

Q2: IAB网络能支持多少级“中继”（hop）？

A:

规范本身没有对跳数做出硬性限制（IAB supports multi-hop backhauling）。理论上可以构建多跳转发链路（IAB-node → IAB-node → … → IAB-donor）。然而，在实际部署中，跳数会受到严格限制。因为每一跳无线中继都会引入额外的时延和潜在的可靠性风险。在大多数商用场景中，为了保证服务质量，IAB部署通常会限制在1到2跳以内。

Q3: IAB节点（IAB-node）需要单独的计费吗？

A:

是的。IAB-node内部的IAB-UE功能，在核心网看来就是一个UE。它建立的用于OAM（运维管理）和承载所有下层UE流量的PDU会话，同样会产生计费数据。

  • 计费分离： 规范明确指出：“The PDU sessions for the UE and IAB-node are separate from IAB-node onwards to the core network.” 这意味着，小晴的直播流量产生的费用，和IAB-node自身的回传流量产生的费用，在核心网侧是可以被清晰地区分开来的。

  • 运营商内部结算： IAB-node的计费通常是运营商的内部结算，用于核算网络运营成本，而不会直接体现在最终用户的账单上。

Q4: 既然5GC对IAB是“无感”的，那么当网络出现问题时，李工如何定位故障是在接入链路、回传链路还是核心网？

A:

这是一个很好的运维问题。虽然5GC对IAB的结构透明，但RAN侧的OAM系统对IAB的全貌是了如指掌的。

  • RAN侧监控： IAB-donor-CU是整个IAB网络的“大脑”，它会实时监控每一条无线回传链路的质量（如信号强度、速率、时延、丢包率）和每一条接入链路的状态。

  • 故障关联： 当小晴投诉直播卡顿时，李工可以通过OAM系统进行端到端的故障关联分析。他可以查到：

    1. 小晴连接在IAB-node-1上。

    2. IAB-node-1到小晴手机的接入链路信号质量良好。

    3. IAB-node-1到IAB-donor的无线回传链路因为受到同频干扰，丢包率急剧上升。

  • 精准定位： 这样，李工就可以迅速将问题定位在无线回传链路上，并采取相应措施（如调整天线角度、切换回传频点），而无需在核心网侧进行无效的排查。

Q5: MBSR（移动基站中继）和我们车上的Wi-Fi热点有什么区别？

A:

它们在本质上是完全不同的技术。

  • 车载Wi-Fi热点： 它通常是通过一个内置的4G/5G CPE（客户端设备）连接到蜂窝网络，然后再通过Wi-Fi协议将网络共享给车内的设备。这是一个**“路由”**模式，车内所有设备共享CPE的IP地址，对外表现为一个设备。

  • MBSR： 它本身就是一个5G基站（gNB-DU）。车内的UE是直接通过5G NR Uu接口接入到MBSR，每个UE都拥有独立的、由核心网分配的IP地址和PDU会话。MBSR与核心网之间通过IAB-UE功能进行回传。这是一个**“桥接”或“中继”**模式。

核心区别：

  • 移动性管理： 在车载Wi-Fi模式下，当车辆移动时，是CPE在进行切换，车内所有设备的连接会同时瞬断再恢复。而在MBSR模式下，车内UE与MBSR之间是相对静止的，无需切换；移动性管理由MBSR的IAB-UE功能在后台完成，对车内用户是无感的。

  • QoS和策略： MBSR能够将核心网下发的、针对每个UE的精细化QoS策略（如不同5QI的QoS Flow）直接在空口上实现。而车载Wi-Fi只能对所有设备提供一个统一的、尽力而为的Wi-Fi服务质量。

关系图谱