【摘? 要】5G的平滑演進是業(yè)界關注的重點。在介紹5G NSA和SA網絡架構基礎概念的基礎上，對NSA和SA網絡架構的價值差異化進行了分析，通過對NSA和SA相關產業(yè)進展的調研，總結出5G架構演進的建議，并提出運營商需要權衡各種方案的利弊，才能最終選擇出最合適的方案。

【關鍵詞】NSA;SA;5G網絡架構

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.01.008? ? ? ? 中圖分類號：TN929.5

文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2019）01-0046-06

引用格式：周彥. NSA與SA共存網絡架構能力對5G平滑演進的必要性研究[J]. 移動通信， 2019，43（1）： 46-51.

Research on the Necessity of 5G Smooth Evolution Based on the Network Architecture Capability under NSA and SA Coexistence

ZHOU Yan

（Huawei Technologies Co.， Ltd.， Shenzhen 518129， China）

AbstractThe 5G smooth evolution is the focus of the industry. Based on the introduction of basic concepts of 5G NSA and SA network architecture， the value differentiation of NSA and SA network architecture is analyzed in this paper. According to the investigation on industrial progress related to NSA and SA， the suggestion on 5G architecture is summarized. Also， operators should weigh the advantages and disadvantages of various schemes to finally choose the most appropriate scheme.

[Key words]NSA; SA; 5G network architecture

1? ?引言

5G初期建網架構應該選擇非獨立組網（NSA， Non-standalone）還是獨立組網（SA， Standalone），NSA如何向SA目標網演進等問題一直是業(yè)界討論的重點。截至目前，5G首個標準版本已完成一年，韓國三大移動運營商率先提供5G商用服務，其中尤為突出的LG U+率先采用華為NSA版本，已建設7 000站點規(guī)模的5G商用網絡。這標志著基于NSA的5G部署超出預期地邁開了一大步。

但是，5G在未來的演進中，仍然存在諸多不確定性因素：全球運營商對5G架構選擇、投資節(jié)奏不盡相同;5G R16標準未定，R17、R18還將陸續(xù)發(fā)布，產業(yè)規(guī)范存在未知的發(fā)展;除了現有運營商熟悉的移動寬帶和無線家庭寬帶，新的5G低時延和超大連接業(yè)務和商業(yè)模式的需求也將不斷呈現。

產業(yè)變革，架構先行。本文接下來將以目前5G產業(yè)最新發(fā)展的視角，再次回顧5G網絡架構選擇與演進的問題。

2? ?5G NSA和SA網絡架構的基礎概念

2017年3月的3GPP RAN全會75次會議開始啟動R15 5G NR（New Radio）的標準化工作。基于業(yè)界絕大多數運營商和廠商的選擇，該會議通過決議，R15 5G NR包括兩個時間節(jié)點：2017年12月完成Stage 3 5G NR非獨立組網，即網絡架構Option3家族;2018年6月完成Stage 3 5G NR獨立組網，即網絡架構Option2。

5G NSA和SA架構選型如圖1所示。

Option3家族率先演進無線接入網，保持LTE系統(tǒng)和核心網不變動，可以有效降低初期的部署成本。以eNB為主基站，所有的控制面信令都經由eNB轉發(fā)。Option3包含3種模式：Option3/3a/3x，區(qū)別是分別通過eNB/EPC/gNB將數據分流至eNB。

Option7家族以LTE eNB為主基站，所有的控制面信令都經由eNB轉發(fā)，LTE eNB與NR gNB采用雙鏈接的形式為用戶提供高數據速率服務。Option7包含3種模式Option7/7a/7x，區(qū)別是分別通過eNB/NGC/gNB將數據分流給gNB。

Option2完全由gNB和NGC組成，被普遍認為是5G網絡部署的最終目標架構。要想在LTE系統(tǒng)（Option1）的基礎上演進到Option2，需要完全替代LTE系統(tǒng)的基站和核心網，同時還得保證覆蓋和移動性管理等。

Option4同時引入了NGC和gNB。eNB和gNB都連接至NGC，所有的控制面信令都經由gNB轉發(fā)。類似地，Option4也包含兩種模式，分別通過gNB/NGC將數據分流給eNB。

除此之外，Option5和Option6屬于混搭模式。Option5是LTE系統(tǒng)的eNB連接至5G的核心網NGC，可以理解為首先部署了5G的核心網NGC，并在NGC中實現了LTE EPC的功能，之后再逐步部署5G無線接入網。Option6是5G gNB連接至4G LTE EPC，先部署了5G的無線接入網，但暫時采用了4G LTE EPC。此場景會限制5G系統(tǒng)的部分功能，如網絡切片等。

Option7相對Option3需要額外部署NGC，Option3家族在快速5G部署上有較大優(yōu)勢，同時LTE升級至eLTE連接NGC的商業(yè)驅動力也有待進一步明確。在Option3家族中，Option3x引入NR對現有LTE網影響最小，性能最優(yōu)。具體參考圖2中的Option3/3a/3x分析。

總體來說，Option3x作為NSA的普遍選擇，Option2作為SA的普遍選擇，已成為大部分運營商的共識。

3? ?NSA和SA網絡架構的價值差異化分析

下文將以NSA Option3x和SA Option2為基準，詳細分析NSA和SA兩種架構的各自差異化價值。

3.1? NSA為5G提供快速部署能力

目前，4G LTE網絡的部署非常廣泛，（在發(fā)達國家）幾乎可以與GSM的覆蓋相比擬。然而運營商部署5G網絡不可能是一步到位的，必定是逐步部署，這樣才能避免短期內的高投入，也能有效地降低部署風險。

一方面，為滿足首批5G網絡建設需求，R15 NSA版本標準較SA版本早半年完成。另一方面，NSA避免了新建NGC核心網。通常NGC核心網新建需要完成大量互聯(lián)互通等測試驗證工作，甚至需要核心網尚未完成虛擬化和云化改造，這又為5G部署節(jié)省了半年至一年的時間。

另外，NSA語音方案門檻較低，若尚未全面開通VoLTE，2G/3G CSFB可以基本滿足語音要求?？稍诓渴?G NSA網絡的同時，逐漸完善VoLTE網絡建設。而5G SA建網建議全面開通VoLTE網絡，否則在初期沒有5G覆蓋情況下將降低用戶體驗，即：沒有VoNR和VoLTE，兩次回落到2G/3G，接入時長約8 s，體驗落后于現有語音網絡。

3.2? NSA網絡較SA網絡性能占優(yōu)勢，超過1年

Option3x LTE eNB與NR gNB采用雙連接的形式，顯著提高用戶下行峰值速率。以5G NR 1.4 Gbit.s-1下行峰值為例，添加3CC載波聚合的LTE峰值為900 Mbit.s-1，能整體提升超過60%的用戶下行峰值。當然，用戶實際平均速率體驗取決于網絡負載情況和與站點的距離。

另外，NSA Option3x能根據4G網絡負載制定靈活的分流策略，在充分利用網絡資源的同時，避免造成現有4G網絡擁塞。

3.3? NSA移動性體驗略優(yōu)于SA，

用戶感知不明顯

NSA網絡下，用戶承載在LTE網絡，移動性管理復用LTE已有的移動性管理。當UE移動出NR覆蓋范圍，數據面不中斷，維持LTE連接。SA網絡下，初期NR覆蓋不足，異制式inter RAT切換，數據面中斷時延為300 ms。

3.4? 網絡部署復雜度NSA和SA相當

首先理論架構上來說，Option3x需要依賴于X2/Xn接口與LTE互聯(lián)互通，網絡升級改造需要相應的LTE容量匹配和版本配套，包括產品實現符合最新標準技術規(guī)范。而Option2 5G網絡和4G網絡是獨立的，僅在核心網測互聯(lián)互通，所以SA的網絡單純從理論架構上而言相對NSA組網更簡單。然而，SA架構網絡實際建網規(guī)劃需要解決首頻段3.5 GHz在上行覆蓋上的短板，避免大量新增站點投資。初期依托現有4G站點快速部署5G，已成業(yè)界共識。NSA架構EN-DC方案能顯著提高上行覆蓋，實現4G和5G共站同覆蓋。除此之外，上下行解耦SUL方案和載波聚合CA方案都是結合低頻段優(yōu)勢。以上方案都是基于結合空閑的低頻資源協(xié)同來實現，那么與現有低頻基礎網絡設施結合，也將成為實際規(guī)劃SA網絡方案的必要部分。綜上所述，NSA和SA在實際建網規(guī)劃上，都需要考慮現有低頻網絡的互聯(lián)互通，所以部署復雜度差異不大。

3.4? SA使能全業(yè)務接入，是5G目標網架構

相比于4G，5G不僅可以應用于移動通信技術，也可應用于物聯(lián)網，目前主要包括三大應用場景eMBB（enhanced Mobile Broadband，增強型移動寬帶）、mMTC（massive Machine Type Communications，大規(guī)模物聯(lián)網）和uRLLC（ultra-Reliable and Low Latency Communications，超可靠低延遲通信）。

SA Option2相對NSA Option3x，引入NGC核心網新架構，預計隨著R16、R17的版本完成，能提供完善的5G全業(yè)務，也將具備網絡切片的能力，更靈活地調度網絡資源滿足多樣化的業(yè)務同時接入。

3.5? NSA和SA終端共產業(yè)分析

NSA和SA使用相同的物理層設計，利于業(yè)界產品開發(fā)面向SA/NSA的共硬件平臺。NSA和SA兩者的差異主要在高層協(xié)議上，所以，終端使用相同的基帶芯片硬件，主要是基帶軟件的不同將帶來額外的開發(fā)成本。

NSA和SA終端主要的硬件差異在射頻前端，SA目前預計需要比NSA新增1套5G NR頻點的射頻前端，原因在于目前預計NSA將采用NR和LTE獨立單通道方式，而SA的NR將采用獨立雙通道方式。

4? ?NSA和SA相關產業(yè)進展調研

4.1? R15標準late drop版本推遲，不影響首批5G

網絡建設

據3GPP官網報道，2018年12月10日至13日，標準組織3GPP在意大利索倫托舉行的TSG RAN全體會議上做出一項決定：原計劃于2018年12月凍結的R15標準late drop版本將推遲三個月，改為2019年3月。

R15標準late drop版本即前文所述2017年12月完成的NSA Option3家族（Early drop）和SA Option2（Main drop）之后的版本。在2018年3月的RAN全會79次會議上，一小部分運營商希望把其他一些網絡架構保留在R15，經過反復辯論，該會議通過決議，同意在不影響5G NR非獨立組網和5G NR獨立組網進度和功能的前提下，引入R15 5G NR的第三個時間節(jié)點：2018年12月完成Stage 3的late drop，包括網絡架構Option4、Option7以及NR-NR雙聯(lián)接。

（1）late drop版本不影響R15標準重要階段5G NR非獨立組網（NSA）和獨立組網（SA）的協(xié)議

5G NR非獨立組網（NSA）已于2017年12月完成Stage3功能，5G NR獨立組網（SA）已于2018年6月完成Stage3功能，這兩個版本為主流運營商的選擇。2018年12月3GPP RAN全會推遲的僅為R15 NR第三時間節(jié)點late drop的完成時間，即2019年3月完成late drop的Stage3功能。3GPP RAN副主席徐曉東表示，“l(fā)ate drop的Option4和Option7只是可能的兩個選項。在5G部署初期，如果將LTE從EPC遷移到5G NGC，將影響4G網絡的穩(wěn)定性和可靠性。因此運營商在建網初期幾乎不會采用這兩種架構。同時late drop不會影響現有已凍結的R15協(xié)議版本（NSA和SA），因此不會影響運營商5G部署計劃和時間點。”

（2）R16標準相應推遲3個月

late drop的推遲勢必需要占用原R16標準工作的時間和會議資源。為了確保未來版本有更好的完整性和穩(wěn)定性，會議也通過決議，原有R16標準的完成時間推遲3個月，如圖3所示。

4.2? 技術和產品規(guī)范驗證

2018年10月底，IMT-2020（5G）推進組在第三屆5G創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上公布了中國5G技術研發(fā)試驗的第三階段最新測試結果。結果顯示，截至目前，第三階段NSA測試已全部完成，同時，SA測試也進程過半。華為驗證了最豐富的場景，展現了最優(yōu)的性能，并攜手產業(yè)合作伙伴唯一同時完成NSA和SA架構下芯片終端互聯(lián)互通測試。工信部信息通信發(fā)展司司長聞庫曾指出，“5G技術研發(fā)試驗第三階段將是5G實現‘18歲成人之前的關鍵一步”，可見第三階段測試結果的重要性。

4.3? 面向eMBB的5G智能手機2019年商用

在5G基站與終端芯片互聯(lián)互通方面，英特爾、高通、愛立信及華為等完成基于3GPP R15標準的5G互操作測試（IoDT）。在Option3和Option2兩種架構下的測試完成，意味著5G的商用系統(tǒng)端到端打通，推動5G產業(yè)的成熟發(fā)展。

華為面向全球發(fā)布了首款3GPP標準的5G商用芯片——巴龍5G01（Balong 5G01），以及基于該芯片的首款3GPP標準5G商用終端：華為5G CPE（用戶終端）。

2018年底，華為、英特爾、高通、三星等也推出了針對手機的5G芯片樣片，預計明年各大終端廠商將推出商用5G手機。

值得注意的是，高通驍龍855+X50的平臺支持NSA非獨立組網。據了解，支持SA的版本要等到2019年三季度才能發(fā)布，預計基于高通芯片的5G手機最快也要在2020年后才能支持SA網絡，而此前的手機僅支持NSA網絡。

4.4? 全球已開啟5G商用進程

全球主流運營商基于Option3和Option2架構已經進行了5G規(guī)模網絡測試驗證，并且有進一步的商用計劃。據了解，中國工信部發(fā)布5G中低頻段試驗頻率使用許可，三家運營商在拿到頻譜后加速開展外場試驗和業(yè)務規(guī)范測試，預計2019年試商用和2020年商用可以順利實現;韓國三大運營商SK、KT和LG U+已于2018年12月1日正式開啟5G商用;德國電信宣布將于2020年正式推出5G商用服務;英國電信BT/EE將于2019年在英國16個城市開啟5G站點;法國電信將于2019年在17個主要歐洲主要城市推出5G服務，為2020年5G全面商用做準備。

華為已經在全球簽署26個5G商用合同，以NSA架構在歐洲、亞太、中東等多個國家展開5G規(guī)模商用部署。

5? ?5G架構演進的建議

目前運營商的LTE網絡部署較為廣泛，要想從LTE系統(tǒng)升級至5G系統(tǒng)并同時保證良好的覆蓋和移動性切換等非常困難。為了在加快5G網絡的部署同時，降低5G網絡初期的部署成本，各個運營商需要根據自身網絡的特點，制定相應的演進計劃。

演進計劃都是從Option1（LTE RAN + EPC）開始，終極目標是5G的全覆蓋（Option2）。各個運營商的演進計劃各有不同，初期探討中出現過非常多的潛在演進路徑，具體不一一列舉，可以參考3GPP TR38.801的“Migration towards RAN for NR”章節(jié)。

綜合以上網絡架構差異化的價值和相關產業(yè)進展情況，重點推薦三步演進步驟：Option1 ->Option3x->Option3x+Option2->Option2，具體如圖4所示：

第一步：通過NSA Option3x實現NR快速部署，吸收熱點容量，用戶數較少時逐步進行云化核心網改造。

第二步：軟件升級SA Option2，一張網絡實現NSA和SA并存。引入5G New Core后，可以根據網絡覆蓋、終端類型、業(yè)務需求在NSA和SA之間做靈活選擇。gNB和核心網通過軟件升級滿足NSA終端和SA終端同時使用。

第三步：根據終端SA支持程度、全5G業(yè)務需求和5G網絡連片建設規(guī)模等因素，適時將全網升級至SA Option2 5G目標網。

以上演進方案主要有以下主要理由：

（1）選擇產業(yè)普遍支持的NSA Option3x和SA Option2作為初期建網架構選項和5G目標架構選項：

1）標準已經完成，并不會受到后續(xù)R15標準Late drop延遲及R16標準工作的變化而影響;

2）產業(yè)相對成熟，全球運營商普遍支持這兩個選項;網絡產品解決方案規(guī)劃、芯片終端及其互聯(lián)互通均支持NSA Option3x和SA Option2選項。

（2）利用NSA Option3x領先于NSA至少一年的產業(yè)和性能優(yōu)勢，幫助首批運營商實現5G快速部署。同時，在初期建設中僅用少量投資熱點覆蓋，即可滿足品牌和吸收熱點流量等需求。

（3）以確定的網絡架構演進應對不確定性的新業(yè)務發(fā)展。

面向5G全業(yè)務的標準尚未完成，R16目前延遲3個月。3GPP TSG RAN主席巴拉斯·伯尼在2018年6月宣布5G NR SA功能凍結之時，表示接下來3GPP還會陸續(xù)完成并發(fā)布后續(xù)版本的5G標準：R16、R17和R18等。R16的重點是確保滿足IMT-2020的所有需求，并不斷擴展5G的生態(tài)系統(tǒng)，巴拉斯·伯尼表示，“未來的5～10年，我們將致力于提升移動寬帶網絡效率，并且努力將更多的垂直行業(yè)納入5G生態(tài)系統(tǒng)”。所以，SA網絡的升級可能會依據業(yè)務需求滿足度和業(yè)務需求區(qū)域特點，存在按節(jié)奏、分區(qū)域地進行SA網絡升級的可能。比如發(fā)達區(qū)域率先實現規(guī)模連續(xù)覆蓋，直接升級SA網絡，用戶直接優(yōu)先駐留在5G網絡上，而欠發(fā)達區(qū)域仍然保留NSA熱點覆蓋。另一個例子，局部區(qū)域垂直行業(yè)需要SA網絡滿足全5G業(yè)務需求，僅針對垂直行業(yè)的地域升級SA網絡。

（4）網絡平滑演進，網絡基礎設施軟件升級SA，避免運營商前期投資浪費。

華為在2018年9月30日發(fā)布NSA（Option3/3x）解決方案，將在2019年3月30日發(fā)布SA（Option2）解決方案，滿足引入云化核心網升級NGC，并支持5G NSA基站軟件升級至SA。

（5）需保障用戶終端體驗一致，網絡需向前兼容老舊5G終端。

如前文所述，高通目前芯片僅支持NSA網絡，基于此芯片的終端在后續(xù)將無法接入到SA網絡。所以，網絡升級需要考慮保留NSA網絡能力，既滿足新SA終端接入，又能保證現有NSA終端的正常使用。

（6）NSA和SA共存網絡能力，能滿足漫游客戶的接入。

部分漫游用戶可能是NSA簽約用戶或SA簽約用戶，或終端僅具備NSA或SA能力。否則，漫游用戶無法使用5G網絡，僅能漫游在4G網絡上。

（7）演進計劃避免多次升級，規(guī)避了產業(yè)尚未清晰的其他架構選項，減少不明確的額外網絡投資和不必要的網絡變動。雖然這對所有其他網絡設備提供商提出了更高的網絡能力要求，但從NSA和SA網絡共存逐漸演進到目標網的價值來看，確實將有利于5G的快速高效的部署和平滑健康的演進。

6? ?結論

本文重點對NSA與SA網絡架構技術差異化價值、標準、網絡產品驗證和芯片終端支持度、商用進展等進行了研討，重點總結并推薦了“NSA快速建設5G，并通過NSA和SA共存的方式逐漸走向目標架構SA”的平滑演進模式，同時闡述了NSA和SA共存需求的場景。當然，各種方案的評估是相當復雜的，運營商需要權衡各種利弊，才能最終抉擇最合適的方案。以國內三大運營商為例，上百萬站規(guī)模的網絡建設是需要很長時間的。5G商用進程還處在初期起步階段，隨著產業(yè)的發(fā)展，就架構平滑演進的話題，需要保持關注與探索。

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