唐鴻凱，朱東弼

(延邊大學(xué) 工學(xué)院 電子信息通信學(xué)科，吉林 延吉 133002)

0 引言

隨著2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照，意味著中國5G商用時(shí)代的正式來臨[1]。獨(dú)立部署 (standalone,SA) 和非獨(dú)立部署 (non-standalon,NSA) 是5G網(wǎng)絡(luò)引入初期必須考慮的關(guān)鍵問題[2]。組網(wǎng)方式的不同不僅影響運(yùn)營商5G網(wǎng)絡(luò)部署策略，還影響著終端設(shè)備的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。5G網(wǎng)絡(luò)部署模式直接決定5G網(wǎng)絡(luò)是否引入了5G新功能新業(yè)務(wù)以及能否面對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)爆發(fā)式需求的挑戰(zhàn)，直接影響用戶體驗(yàn)及地區(qū)未來5G業(yè)務(wù)的發(fā)展。因此網(wǎng)絡(luò)部署模式的選擇是各運(yùn)營商在引入5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)必須明確的核心選項(xiàng)。本文主要分析了5G網(wǎng)絡(luò)部署模式的類型及特點(diǎn)，進(jìn)一步探討了獨(dú)立部署和非獨(dú)立部署的優(yōu)劣勢(shì)，為5G網(wǎng)絡(luò)的部署提供了理論依據(jù)。

1 5G網(wǎng)絡(luò)部署模式類型及特點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)部署模式被定義為獨(dú)立組網(wǎng)(SA)與非獨(dú)立組網(wǎng)(NSA)兩大類模式，其中獨(dú)立組網(wǎng)有option1、option2、option5、option6，非獨(dú)立組網(wǎng)有option3、option4、option7、option8。option3部署的子選項(xiàng)有3、3a、3x，option4部署的子選項(xiàng)有4、4a，option7部署的子選項(xiàng)有7、7a、7x。option1：standalone LTE，EPC connected-legacy是現(xiàn)有4G部署架構(gòu)，option6部署方式是先部署5G基站，沿用4G核心網(wǎng)，不使用5G核心網(wǎng)將無法引入5G新業(yè)務(wù)，對(duì)5G功能限制較大。option8使用4G核心網(wǎng)，運(yùn)用5G基站將控制面命令和用戶面數(shù)據(jù)傳輸至4G核心網(wǎng)中，因?yàn)閷?duì)4G核心網(wǎng)需要進(jìn)行升多次級(jí)改造，成本高，改造復(fù)雜，option6及option8僅為理論中的網(wǎng)絡(luò)部署模式，2017年時(shí)已被舍棄,在此不做論述。網(wǎng)絡(luò)部署模式如圖1所示。

圖1 3GPP協(xié)議定義的八種5G網(wǎng)絡(luò)部署模式及其子模式

1.1 獨(dú)立組網(wǎng)模式類型及特點(diǎn)

option2：standalone NR，5GC connected獨(dú)立組網(wǎng)：5G終端、5G基站、5G核心網(wǎng)組成獨(dú)立的5G網(wǎng)絡(luò)。以5G NR作為控制面錨點(diǎn)接入5GC，直接引入5G網(wǎng)元，不需升級(jí)改造現(xiàn)網(wǎng)，對(duì)現(xiàn)有的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)無影響且5G核心網(wǎng)提供了新的功能與業(yè)務(wù)，但是當(dāng)基站未連續(xù)覆蓋的時(shí)候，終端連續(xù)性的體驗(yàn)依賴于5G到4G系統(tǒng)的切換，切換時(shí)有明顯網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，前期部署時(shí)間長、費(fèi)用高、無法利用現(xiàn)有4G LTE資源。

option5：standalone LTE,Rel-15,5GC connected獨(dú)立組網(wǎng)：4G LTE 升級(jí)為 eLTE后，接入5G核心網(wǎng)。5GC即要處理5G業(yè)務(wù)，也要兼顧4G核心網(wǎng)的功能。無線網(wǎng)中的e LTE與部署NR相比，在容量、時(shí)延、峰值速率等方面有明顯的不足，限制了無線側(cè)的優(yōu)化發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)部署不建議采用option5。

1.2 非獨(dú)立組網(wǎng)模式類型及特點(diǎn)

option3：Non-standalone,LTE assisted非獨(dú)立組網(wǎng)：option3將LTE作為控制面和用戶面的錨點(diǎn)，需要改造核心網(wǎng)EPC設(shè)備到支持雙連接功能和4G無線網(wǎng)。option3x以5G NR作為數(shù)據(jù)匯聚和分發(fā)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、處理、分發(fā),4G LTE為控制面錨點(diǎn)，充分利用了NR設(shè)備處理能力更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，大大提升網(wǎng)絡(luò)處理能力。3x將用戶面數(shù)據(jù)分成兩個(gè)部分，4G基站可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)延用4G基站傳輸，其余數(shù)據(jù)通過5G基站傳輸至核心網(wǎng)。option3/option3a/option3x部署標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)時(shí)間最早, 可較早提供5G高速率, 有利于運(yùn)營商市場(chǎng)宣傳，吸引用戶。對(duì)NR覆蓋無要求,即不必全面覆蓋便可提供5G業(yè)務(wù)，由于未接入5G核心網(wǎng)，無法引入5G新功能新業(yè)務(wù)。此外，支持5G NR和4G LTE雙連接,帶來巨大的流量增益，對(duì)LTE現(xiàn)網(wǎng)改動(dòng)小,初期部署速度快, 投資較少。option3a則是NR和LTE分別將用戶面的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)，option3是以4G LTE作為數(shù)據(jù)的匯聚點(diǎn)與分發(fā)點(diǎn)，LTE處理能力不及5G NR，所以3x與3a網(wǎng)絡(luò)部署模式作為3的優(yōu)化方案使用。

option4：Non-standalone,NR assisted非獨(dú)立組網(wǎng)：option4以NR作為數(shù)據(jù)匯聚、分發(fā)點(diǎn)和控制面錨點(diǎn)，接入5G核心網(wǎng)5GC，而傳統(tǒng)4G基站數(shù)據(jù)處理能力有限，要對(duì)基站進(jìn)行硬件升級(jí)改造到增強(qiáng)型4G基站。5GC部署引入了譬如網(wǎng)絡(luò)切片的5G新業(yè)務(wù)新功能。4a與4不同之處在于用戶面數(shù)據(jù)分流節(jié)點(diǎn)的差異，4a模式下，用戶面數(shù)據(jù)上傳時(shí)直接傳輸?shù)?GC，核心網(wǎng)在下發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，已經(jīng)完成數(shù)據(jù)分流，4G基站分擔(dān)5G基站的數(shù)據(jù)壓力。該部署模式支持NR和 eLTE雙連接，因此帶來了巨大的流量增益。但是需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的LTE設(shè)備軟硬件升級(jí)至eLTE，又要部署5G基站和核心網(wǎng)，部署成本高。

option7：Non-standalone,LTE assisted非獨(dú)立組網(wǎng)：option7以5GC作為核心網(wǎng)，將升級(jí)后的eLTE為數(shù)據(jù)匯聚、分發(fā)點(diǎn)和控制面錨點(diǎn)。opiton7、option7a和option7x的主要區(qū)別在于用戶面路徑不同, 在option7模式下，用戶面數(shù)據(jù)在eLTE進(jìn)行分流，而7a和7x分別以5GC和NR作為數(shù)據(jù)匯聚、分發(fā)點(diǎn)。option7的eLTE不僅要承載數(shù)據(jù)還要承載業(yè)務(wù)處理，4G基站數(shù)據(jù)處理壓力大。option7同樣支持NR和 eLTE雙連接，擁有巨大的流量增益，且接入5G核心網(wǎng)，引入了5G新業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)切片等等新功能。Option 7x可以實(shí)現(xiàn)所有的5G新業(yè)務(wù)新功能，在5G核心網(wǎng)發(fā)展比較成熟的情況下，可以采用此種部署模式。

2 獨(dú)立組網(wǎng)模式與非獨(dú)立組網(wǎng)模式優(yōu)劣勢(shì)分析

獨(dú)立組網(wǎng)直接引入5G新網(wǎng)元，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)無須改造，不會(huì)對(duì)4G用戶體驗(yàn)產(chǎn)生影響。5G核心網(wǎng)的引入，提供了增強(qiáng)移動(dòng)帶寬場(chǎng)景(eMBB)、超高可靠、低時(shí)延通信場(chǎng)景(uRLLC)、海量機(jī)器通信(mMTC)三大場(chǎng)景及網(wǎng)絡(luò)切片等其他5G新業(yè)務(wù)新功能。終端在NR覆蓋邊緣時(shí)，由5G到4G需要跨系統(tǒng)切換，對(duì)用戶業(yè)務(wù)連續(xù)性影響大，所以5G基站NR必須連續(xù)覆蓋，否則用戶體驗(yàn)不高。SA方案由于支持終端上行雙發(fā)和雙流SU-BF, 覆蓋和系統(tǒng)吞吐量性能都優(yōu)于NSA;NSA方案由于互操作相對(duì)較少, 理論峰值速率相比SA方案更高[3]。在獨(dú)立組網(wǎng)區(qū)域下，終端僅需要支持4G或5G一種通信方式即可，而非獨(dú)立組網(wǎng)需要支持雙連接功能，終端在4G和5G網(wǎng)絡(luò)同時(shí)駐留，因此，獨(dú)立組網(wǎng)功耗更低，但工程前期既要部署5GC，又要部署NR，投入成本高。

非獨(dú)立組網(wǎng)中為了支持5G新空口的接入，需要對(duì)EPC進(jìn)行升級(jí)以增強(qiáng)4G核心網(wǎng)網(wǎng)元功能。用戶在接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，通過LTE基站接入網(wǎng)絡(luò)后，5G新空口和LTE空口提供數(shù)據(jù)承載，LTE負(fù)責(zé)用戶控制面。option3不需對(duì)LTE軟硬件升級(jí)，但是由于未使用5GC，所以無法提供5G新功能新業(yè)務(wù)。而option4/7需要對(duì)4G LTE升級(jí)至eLTE，option4還需要對(duì)硬件BBU進(jìn)行升級(jí),其核心網(wǎng)采用5GC，引入了5G新功能新業(yè)務(wù)，但前期不僅部署NR，還部署5G核心網(wǎng)。雖然帶來了巨大的流量增益，但是成本高。Option 3X部署時(shí)，網(wǎng)元更改少，與現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)耦合程度深，適合初期NR基站比例小的情況，因此非獨(dú)立組網(wǎng)初期一般采用option 3X。NSA標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)早，產(chǎn)業(yè)成熟，業(yè)務(wù)連續(xù)性更好。因?yàn)?G部署和LTE強(qiáng)行綁定，所以從NSA升級(jí)到SA要對(duì)無線網(wǎng)、核心網(wǎng)進(jìn)行多次升級(jí)改造，升級(jí)完成后4G核心網(wǎng)卻不再使用，只能用作備用設(shè)施。

5G網(wǎng)絡(luò)部署可按照運(yùn)營商的需要，選擇按照獨(dú)立組網(wǎng)還是非獨(dú)立組網(wǎng)方式部署。運(yùn)營商可以采取初期利用現(xiàn)有LTE EPC核心網(wǎng)設(shè)備, 采用無線雙連接的組網(wǎng)架構(gòu), 快速開通5G試商用/商用網(wǎng)絡(luò)。隨著5G無線網(wǎng)絡(luò)開通范圍的增加, 可將4G核心網(wǎng)逐步升級(jí)至5G核心網(wǎng)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的全網(wǎng)部署, 基于無線雙連接方式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?G基站獨(dú)立建站的部署方式[4]。在5G網(wǎng)絡(luò)普及之后，NR將面臨4G所面對(duì)的用戶數(shù)量過高的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)獨(dú)立部署產(chǎn)業(yè)成熟, 且擁有3.5GHz低頻頻譜可實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋, 則推薦選擇采用Option2方式建網(wǎng)。在NR連續(xù)覆蓋場(chǎng)景下, Option2架構(gòu)可以逐步過渡到Option4/4a架構(gòu)。當(dāng)獨(dú)立部署產(chǎn)業(yè)未成熟, 或未擁有3.5GHz低頻頻譜無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋, 則推薦優(yōu)選Option3或Option7建網(wǎng), 若NGC產(chǎn)業(yè)成熟度高, 則推薦采用Option7建網(wǎng)。在NR不連續(xù)覆蓋場(chǎng)景下, Option3/3a架構(gòu)可以逐步過渡到Option7/7a架構(gòu), 直至過渡到NR連續(xù)覆蓋下的Option4/4a架構(gòu), 可滿足運(yùn)營商循序漸進(jìn)逐步推廣5G發(fā)展的策略[5]。因此，無論初期選擇option2，還是option3/7網(wǎng)絡(luò)部署模式，5G網(wǎng)絡(luò)部署模式未來都會(huì)逐步過渡到option4部署模式以期解決5G用戶數(shù)過多引起5G基站移動(dòng)數(shù)據(jù)處理不足應(yīng)對(duì)的問題。

3 結(jié)語

5G技術(shù)作為一場(chǎng)新的技術(shù)革新，有望改變整體通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的格局。即將逐漸普及的5G 技術(shù)目前則正處于研發(fā)期和建設(shè)期并存發(fā)展的關(guān)鍵階段。目前，5G設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善且獨(dú)立組網(wǎng)前期投資成本高。因此，初期建網(wǎng)運(yùn)營商需因地制宜、綜合考慮，若采用非獨(dú)立組網(wǎng)的話，先以option3模式部署再逐步接入5G核心網(wǎng)，在未來引入5G新功能新業(yè)務(wù)；若采用獨(dú)立組網(wǎng)方式建網(wǎng)，則以option2模式部署，在不改動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上直接部署5G網(wǎng)絡(luò)，建站及后續(xù)優(yōu)化不影響4G用戶體驗(yàn)。