5G核心網組網架構研究

李 朋

（廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310）

0 引 言

時代在發展中更新與升級了科學技術?，F今，5G移動網絡高速發展，為人們日常生活與工作帶來便捷。因此，本文聯系5G網絡的現實需要，分析了5G網絡的應用潛力及其關鍵技術，討論了5G通信系統核心網架構。

1 5G核心網組網架構與標準進展

1.1 組網結構介紹

5G核心網包括獨立組網和非獨立組網的8個選項，組網架構如圖1所示。其中，獨立組網有1、2、5、6，非獨立組網有3、4、7、8。非獨立組網的選項還包括若干子選項，這部分選項中，選項1的實現方式為4G結構，選項6和8以理論方式完成場景部署，而非實際意義的部署。目前階段，獨立組網主要針對選項2，非獨立組網針對選項3。

圖1 5G組網架構

1.2 現網部署情況

第一批基站基于可知的5G終端、3GPP規范協議凍結、主設備以及產業鏈進度等，確定了3x的架構，改造升級了4G核心網和4G基站版本，逐步提高了3x架構的運行能力與錨點接入功能。當獨立組網與產業鏈的發展不斷成熟，后期以選項2的架構完成網絡部署，初步形成了端對端的5G業務能力。

非獨立組網選項3利用現有4G的基礎設施科學部署5G網絡。5G載波的NSA架構對用戶數據實現承載，借助4G網絡傳送控制命令，該選項基站與4G核心網連接，且在4G網絡分布了控制錨點，為5G部署創造了條件，但不能連續覆蓋。5G的作用是補充4G無線寬帶，通常以選項3x進行部署。4G基站利用選項3部署分流點，提高了4G基站處理數據的能力，升級硬件。在4G核心網上部署3a分流點，積極改造核心網，5G基站上部署3x分流點，因5G基站新設備可高效轉發和處理數據，初步產生了分流能力，這也是非獨立組網架構通過選項3x完成部署的原因[1-3]。

獨立組網選項2為建立5G網絡提供了條件，具體分為新基站與核心網，簡化了組網結構。SA合理運用了新網元與接口，還引入了新技術，即網絡虛擬化和軟件定義網絡。選項3x與選項2的組網結構見圖2。

圖2 Option 3x與Option 2組網架構

2 NSA和SA網絡架構

按3GPP的實際規劃內容，將5G標準劃分為獨立組網與非獨立組網兩種，而標準的劃分前提是采取業務控制面獨立建立5G核心網，或科學應用4G網絡的核心面與控制面[1-3]。5G對SA和NSA難以有效彰顯自身技術優勢。而5G是采取非獨立組網還是獨立組網架構，加之怎樣發展SA目標網是需要研究的問題[4-6]。

2.1 網絡結構

非獨立組網終端接入點的主要作用是對4G基站實現升級改造。4G基站接收信令數據，以對終端用戶面實現調整，通過5G基站完成承載。廠商科學部署了4G基站與5G基站，5G網絡在發展過程中形成獨立組網架構，利用5G基站與終端接入，共同承載終端控制面與用戶面。

核心網以NSA完成升級作業，這也是發展5G NSA網絡業務和功能配置的基礎，SA主要是對5G核心網實現重建。智能手機終端選擇NSA單模，在不斷發展過程中出現NSA與SA雙模。

2.2 業務性能

2.2.1 業務場景

非獨立組網架構僅能發展eMBB業務場景，加上4G核心網的存在，無法令網絡切片發揮作用。而獨立組網采用的5G網絡架構實現了端到端操作，且在終端、無線新空口以及核心網應用5G標準，一定程度支持5G各接口運行作業。

2.2.2 連續覆蓋

根據非獨立組網架構場景，通過4G基站承載控制面板與語音業務，終端通過雙連接技術在4G、5G基站應用，有利于5G基站連續完成覆蓋作業?；赟A組網場景，5G基站對所有業務實現承載，4G切換為5G不利于用戶感知業務，而且提高了5G基站的覆蓋要求。

2.2.3 覆蓋能力

NSA終端在4G與5G基站間實現連接，5G頻段上行覆蓋被上行功率約束。同時，上行難以產生SUMIMO雙流波束的功能，下行阻止了MU-MIMO和SU-MIMO并行操作，嚴重影響了終端上行和小區下行的吞吐率。

3 5G網絡架構演進方向

3.1 NSA網絡架構前期過渡

NSA架構利用Optin 3x網絡保證了升級改造的質量，降低了投資成本。5G載波對用戶數據實現承載，以4G網絡對控制信令實現傳送。5G載波與4G系統的關聯性提高了業務水平，有利于運營商優化站點，擺脫了持續連片覆蓋的困境，預防5G初期部署的運行風險。目前韓國三大運營商提供了5G商用服務，表明5G部署NSA的做法非常成功，但綜合運用4G系統核心網和控制面造成NSA架構不能支持機器類通信的各種不同業務需要。4G核心網對現網用戶發揮了承載作用，短期內無法實現虛擬化改造升級[7,8]。

3.2 實現SA網絡架構的挑戰

SA架構運用了最新設計理念重新定義了軟件網絡，綜合應用了網元接口和5G NR技術，提高了操作的互通要求，增加了開發部署的技術難度。SA架構為4G網絡提供低時延與高可靠技術，吸引大量客戶資源，部署5G時需擴大覆蓋規模，進一步達到應用標準[9]。

3.3 5G網絡架構演進建議

結合各個網絡架構的優劣勢，全球運營商一般在建設架構初期選擇NSA Option 3x和SA Option 2，相應解決了網絡產品規劃方案和芯片終端等同步發展中的問題，形成了較成熟的產業鏈。運營商極少投資NSA Option 3x，提高了熱點覆蓋的水平，為部分用戶提供了服務。國內主流企業華為近期公布了NSA方案，為升級5G SA基站軟件提供了技術支撐，借云化核心網改進與優化了NGC，結合廠商的具體方案，網絡不斷推進，升級網絡基礎設施軟件至SA，避免運營商浪費投資資源，實現了平滑升級的目標。5G網絡架構核心網演進承載網的措施見圖3[9]。

圖3 5G網絡架構演進

首先，利用NSA Option 3x部署NR主要區域，避免形成負荷容量，提高網絡虛擬化的效率。合理界定網絡技術內容，成功連接了5G核心網[10]。其次，軟件對SA Option 2實現升級與改造，并列存儲NSA與SA。應用5G核心網，根據本地網絡覆蓋特性為NSA與SA選擇用戶終端類型提供了參考。最后，聯系5G終端的支持情況和5G用戶數量，結合5G終端產業鏈與技術指標，在全網范圍內升級，達到SA Option 25G目標網。

4 結 論

5G移動網絡新技術時代已來臨，但依然出現了部分問題，有必要系統了解5G移動網絡新技術和網絡架構的內容，促進5G移動新技術研發。在社會發展過程中，人們也提高了對移動網絡的實際要求，未來的通信發展必然將5G移動網絡新技術作為重要趨向，提高4G運行速率的同時滿足了人們對通信提出的質量要求，達到高速處置數據的目的。