唐鴻凱，朱東弼

(延邊大學 工學院 電子信息通信學科，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、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照，意味著中國5G商用時代的正式來臨[1]。獨立部署 (standalone,SA) 和非獨立部署 (non-standalon,NSA) 是5G網(wǎng)絡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營商5G網(wǎng)絡部署策略，還影響著終端設備的設計與生產(chǎn)。5G網(wǎng)絡部署模式直接決定5G網(wǎng)絡是否引入了5G新功能新業(yè)務以及能否面對移動數(shù)據(jù)爆發(fā)式需求的挑戰(zhàn)，直接影響用戶體驗及地區(qū)未來5G業(yè)務的發(fā)展。因此網(wǎng)絡部署模式的選擇是各運營商在引入5G網(wǎng)絡時必須明確的核心選項。本文主要分析了5G網(wǎng)絡部署模式的類型及特點，進一步探討了獨立部署和非獨立部署的優(yōu)劣勢，為5G網(wǎng)絡的部署提供了理論依據(jù)。

1 5G網(wǎng)絡部署模式類型及特點

5G網(wǎng)絡部署模式被定義為獨立組網(wǎng)(SA)與非獨立組網(wǎng)(NSA)兩大類模式，其中獨立組網(wǎng)有option1、option2、option5、option6，非獨立組網(wǎng)有option3、option4、option7、option8。option3部署的子選項有3、3a、3x，option4部署的子選項有4、4a，option7部署的子選項有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，對5G功能限制較大。option8使用4G核心網(wǎng)，運用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，因為對4G核心網(wǎng)需要進行升多次級改造，成本高，改造復雜，option6及option8僅為理論中的網(wǎng)絡部署模式，2017年時已被舍棄,在此不做論述。網(wǎng)絡部署模式如圖1所示。

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

1.1 獨立組網(wǎng)模式類型及特點

option2：standalone NR，5GC connected獨立組網(wǎng)：5G終端、5G基站、5G核心網(wǎng)組成獨立的5G網(wǎng)絡。以5G NR作為控制面錨點接入5GC，直接引入5G網(wǎng)元，不需升級改造現(xiàn)網(wǎng)，對現(xiàn)有的2G/3G/4G網(wǎng)絡無影響且5G核心網(wǎng)提供了新的功能與業(yè)務，但是當基站未連續(xù)覆蓋的時候，終端連續(xù)性的體驗依賴于5G到4G系統(tǒng)的切換，切換時有明顯網(wǎng)絡延時，前期部署時間長、費用高、無法利用現(xiàn)有4G LTE資源。

option5：standalone LTE,Rel-15,5GC connected獨立組網(wǎng)：4G LTE 升級為 eLTE后，接入5G核心網(wǎng)。5GC即要處理5G業(yè)務，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)絡部署不建議采用option5。

1.2 非獨立組網(wǎng)模式類型及特點

option3：Non-standalone,LTE assisted非獨立組網(wǎng)：option3將LTE作為控制面和用戶面的錨點，需要改造核心網(wǎng)EPC設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)點對數(shù)據(jù)進行匯聚、處理、分發(fā),4G LTE為控制面錨點，充分利用了NR設備處理能力更強的優(yōu)勢，大大提升網(wǎng)絡處理能力。3x將用戶面數(shù)據(jù)分成兩個部分，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部署標準凍結(jié)時間最早, 可較早提供5G高速率, 有利于運營商市場宣傳，吸引用戶。對NR覆蓋無要求,即不必全面覆蓋便可提供5G業(yè)務，由于未接入5G核心網(wǎng)，無法引入5G新功能新業(yè)務。此外，支持5G NR和4G LTE雙連接,帶來巨大的流量增益，對LTE現(xiàn)網(wǎng)改動小,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)的匯聚點與分發(fā)點，LTE處理能力不及5G NR，所以3x與3a網(wǎng)絡部署模式作為3的優(yōu)化方案使用。

option4：Non-standalone,NR assisted非獨立組網(wǎng)：option4以NR作為數(shù)據(jù)匯聚、分發(fā)點和控制面錨點，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，要對基站進行硬件升級改造到增強型4G基站。5GC部署引入了譬如網(wǎng)絡切片的5G新業(yè)務新功能。4a與4不同之處在于用戶面數(shù)據(jù)分流節(jié)點的差異，4a模式下，用戶面數(shù)據(jù)上傳時直接傳輸?shù)?GC，核心網(wǎng)在下發(fā)數(shù)據(jù)時，已經(jīng)完成數(shù)據(jù)分流，4G基站分擔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。但是需要對現(xiàn)網(wǎng)的LTE設備軟硬件升級至eLTE，又要部署5G基站和核心網(wǎng)，部署成本高。

option7：Non-standalone,LTE assisted非獨立組網(wǎng)：option7以5GC作為核心網(wǎng)，將升級后的eLTE為數(shù)據(jù)匯聚、分發(fā)點和控制面錨點。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。option7的eLTE不僅要承載數(shù)據(jù)還要承載業(yè)務處理，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)務及網(wǎng)絡切片等等新功能。Option 7x可以實現(xiàn)所有的5G新業(yè)務新功能，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 獨立組網(wǎng)模式與非獨立組網(wǎng)模式優(yōu)劣勢分析

獨立組網(wǎng)直接引入5G新網(wǎng)元，對現(xiàn)網(wǎng)無須改造，不會對4G用戶體驗產(chǎn)生影響。5G核心網(wǎng)的引入，提供了增強移動帶寬場景(eMBB)、超高可靠、低時延通信場景(uRLLC)、海量機器通信(mMTC)三大場景及網(wǎng)絡切片等其他5G新業(yè)務新功能。終端在NR覆蓋邊緣時，由5G到4G需要跨系統(tǒng)切換，對用戶業(yè)務連續(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較少, 理論峰值速率相比SA方案更高[3]。在獨立組網(wǎng)區(qū)域下，終端僅需要支持4G或5G一種通信方式即可，而非獨立組網(wǎng)需要支持雙連接功能，終端在4G和5G網(wǎng)絡同時駐留，因此，獨立組網(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。

非獨立組網(wǎng)中為了支持5G新空口的接入，需要對EPC進行升級以增強4G核心網(wǎng)網(wǎng)元功能。用戶在接入網(wǎng)絡時，通過LTE基站接入網(wǎng)絡后，5G新空口和LTE空口提供數(shù)據(jù)承載，LTE負責用戶控制面。option3不需對LTE軟硬件升級，但是由于未使用5GC，所以無法提供5G新功能新業(yè)務。而option4/7需要對4G LTE升級至eLTE，option4還需要對硬件BBU進行升級,其核心網(wǎng)采用5GC，引入了5G新功能新業(yè)務，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，網(wǎng)元更改少，與現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡耦合程度深，適合初期NR基站比例小的情況，因此非獨立組網(wǎng)初期一般采用option 3X。NSA標準凍結(jié)早，產(chǎn)業(yè)成熟，業(yè)務連續(xù)性更好。因為5G部署和LTE強行綁定，所以從NSA升級到SA要對無線網(wǎng)、核心網(wǎng)進行多次升級改造，升級完成后4G核心網(wǎng)卻不再使用，只能用作備用設施。

5G網(wǎng)絡部署可按照運營商的需要，選擇按照獨立組網(wǎng)還是非獨立組網(wǎng)方式部署。運營商可以采取初期利用現(xiàn)有LTE EPC核心網(wǎng)設備, 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。隨著5G無線網(wǎng)絡開通范圍的增加, 可將4G核心網(wǎng)逐步升級至5G核心網(wǎng)。隨著5G網(wǎng)絡的全網(wǎng)部署, 基于無線雙連接方式的網(wǎng)絡架構(gòu)將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?G基站獨立建站的部署方式[4]。在5G網(wǎng)絡普及之后，NR將面臨4G所面對的用戶數(shù)量過高的風險。當獨立部署產(chǎn)業(yè)成熟, 且擁有3.5GHz低頻頻譜可實現(xiàn)連續(xù)覆蓋, 則推薦選擇采用Option2方式建網(wǎng)。在NR連續(xù)覆蓋場景下, Option2架構(gòu)可以逐步過渡到Option4/4a架構(gòu)。當獨立部署產(chǎn)業(yè)未成熟, 或未擁有3.5GHz低頻頻譜無法實現(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), 可滿足運營商循序漸進逐步推廣5G發(fā)展的策略[5]。因此，無論初期選擇option2，還是option3/7網(wǎng)絡部署模式，5G網(wǎng)絡部署模式未來都會逐步過渡到option4部署模式以期解決5G用戶數(shù)過多引起5G基站移動數(shù)據(jù)處理不足應對的問題。

3 結(jié)語

5G技術(shù)作為一場新的技術(shù)革新，有望改變整體通信網(wǎng)絡架構(gòu)的格局。即將逐漸普及的5G 技術(shù)目前則正處于研發(fā)期和建設期并存發(fā)展的關(guān)鍵階段。目前，5G設備產(chǎn)業(yè)鏈尚不完善且獨立組網(wǎng)前期投資成本高。因此，初期建網(wǎng)運營商需因地制宜、綜合考慮，若采用非獨立組網(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；若采用獨立組網(wǎng)方式建網(wǎng)，則以option2模式部署，在不改動現(xiàn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上直接部署5G網(wǎng)絡，建站及后續(xù)優(yōu)化不影響4G用戶體驗。