5G網絡部署模式分類及特點分析

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、中國聯通、中國廣電發放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網絡引入初期必須考慮的關鍵問題[2]。組網方式的不同不僅影響運營商5G網絡部署策略，還影響著終端設備的設計與生產。5G網絡部署模式直接決定5G網絡是否引入了5G新功能新業務以及能否面對移動數據爆發式需求的挑戰，直接影響用戶體驗及地區未來5G業務的發展。因此網絡部署模式的選擇是各運營商在引入5G網絡時必須明確的核心選項。本文主要分析了5G網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劣勢，為5G網絡的部署提供了理論依據。

1 5G網絡部署模式類型及特點

5G網絡部署模式被定義為獨立組網(SA)與非獨立組網(NSA)兩大類模式，其中獨立組網有option1、option2、option5、option6，非獨立組網有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是現有4G部署架構，option6部署方式是先部署5G基站，沿用4G核心網，不使用5G核心網將無法引入5G新業務，對5G功能限制較大。option8使用4G核心網，運用5G基站將控制面命令和用戶面數據傳輸至4G核心網中，因為對4G核心網需要進行升多次級改造，成本高，改造復雜，option6及option8僅為理論中的網絡部署模式，2017年時已被舍棄,在此不做論述。網絡部署模式如圖1所示。

圖1 3GPP協議定義的八種5G網絡部署模式及其子模式

1.1 獨立組網模式類型及特點

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

option5：standalone LTE,Rel-15,5GC connected獨立組網：4G LTE 升級為 eLTE后，接入5G核心網。5GC即要處理5G業務，也要兼顧4G核心網的功能。無線網中的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，限制了無線側的優化發展。5G網絡部署不建議采用option5。

1.2 非獨立組網模式類型及特點

option3：Non-standalone,LTE assisted非獨立組網：option3將LTE作為控制面和用戶面的錨點，需要改造核心網EPC設備到支持雙連接功能和4G無線網。option3x以5G NR作為數據匯聚和分發點對數據進行匯聚、處理、分發,4G LTE為控制面錨點，充分利用了NR設備處理能力更強的優勢，大大提升網絡處理能力。3x將用戶面數據分成兩個部分，4G基站可以傳輸的數據延用4G基站傳輸，其余數據通過5G基站傳輸至核心網。option3/option3a/option3x部署標準凍結時間最早, 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業務，由于未接入5G核心網，無法引入5G新功能新業務。此外，支持5G NR和4G LTE雙連接,帶來巨大的流量增益，對LTE現網改動小,初期部署速度快, 投資較少。option3a則是NR和LTE分別將用戶面的數據直接傳輸到核心網，option3是以4G LTE作為數據的匯聚點與分發點，LTE處理能力不及5G NR，所以3x與3a網絡部署模式作為3的優化方案使用。

option4：Non-standalone,NR assisted非獨立組網：option4以NR作為數據匯聚、分發點和控制面錨點，接入5G核心網5GC，而傳統4G基站數據處理能力有限，要對基站進行硬件升級改造到增強型4G基站。5GC部署引入了譬如網絡切片的5G新業務新功能。4a與4不同之處在于用戶面數據分流節點的差異，4a模式下，用戶面數據上傳時直接傳輸到5GC，核心網在下發數據時，已經完成數據分流，4G基站分擔5G基站的數據壓力。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。但是需要對現網的LTE設備軟硬件升級至eLTE，又要部署5G基站和核心網，部署成本高。

option7：Non-standalone,LTE assisted非獨立組網：option7以5GC作為核心網，將升級后的eLTE為數據匯聚、分發點和控制面錨點。opiton7、option7a和option7x的主要區別在于用戶面路徑不同, 在option7模式下，用戶面數據在eLTE進行分流，而7a和7x分別以5GC和NR作為數據匯聚、分發點。option7的eLTE不僅要承載數據還要承載業務處理，4G基站數據處理壓力大。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，引入了5G新業務及網絡切片等等新功能。Option 7x可以實現所有的5G新業務新功能，在5G核心網發展比較成熟的情況下，可以采用此種部署模式。

2 獨立組網模式與非獨立組網模式優劣勢分析

獨立組網直接引入5G新網元，對現網無須改造，不會對4G用戶體驗產生影響。5G核心網的引入，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)三大場景及網絡切片等其他5G新業務新功能。終端在NR覆蓋邊緣時，由5G到4G需要跨系統切換，對用戶業務連續性影響大，所以5G基站NR必須連續覆蓋，否則用戶體驗不高。SA方案由于支持終端上行雙發和雙流SU-BF, 覆蓋和系統吞吐量性能都優于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]。在獨立組網區域下，終端僅需要支持4G或5G一種通信方式即可，而非獨立組網需要支持雙連接功能，終端在4G和5G網絡同時駐留，因此，獨立組網功耗更低，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核心網網元功能。用戶在接入網絡時，通過LTE基站接入網絡后，5G新空口和LTE空口提供數據承載，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,其核心網采用5GC，引入了5G新功能新業務，但前期不僅部署NR，還部署5G核心網。雖然帶來了巨大的流量增益，但是成本高。Option 3X部署時，網元更改少，與現有LTE網絡耦合程度深，適合初期NR基站比例小的情況，因此非獨立組網初期一般采用option 3X。NSA標準凍結早，產業成熟，業務連續性更好。因為5G部署和LTE強行綁定，所以從NSA升級到SA要對無線網、核心網進行多次升級改造，升級完成后4G核心網卻不再使用，只能用作備用設施。

5G網絡部署可按照運營商的需要，選擇按照獨立組網還是非獨立組網方式部署。運營商可以采取初期利用現有LTE EPC核心網設備, 采用無線雙連接的組網架構, 快速開通5G試商用/商用網絡。隨著5G無線網絡開通范圍的增加, 可將4G核心網逐步升級至5G核心網。隨著5G網絡的全網部署, 基于無線雙連接方式的網絡架構將逐步轉變為5G基站獨立建站的部署方式[4]。在5G網絡普及之后，NR將面臨4G所面對的用戶數量過高的風險。當獨立部署產業成熟, 且擁有3.5GHz低頻頻譜可實現連續覆蓋, 則推薦選擇采用Option2方式建網。在NR連續覆蓋場景下, Option2架構可以逐步過渡到Option4/4a架構。當獨立部署產業未成熟, 或未擁有3.5GHz低頻頻譜無法實現連續覆蓋, 則推薦優選Option3或Option7建網, 若NGC產業成熟度高, 則推薦采用Option7建網。在NR不連續覆蓋場景下, Option3/3a架構可以逐步過渡到Option7/7a架構, 直至過渡到NR連續覆蓋下的Option4/4a架構, 可滿足運營商循序漸進逐步推廣5G發展的策略[5]。因此，無論初期選擇option2，還是option3/7網絡部署模式，5G網絡部署模式未來都會逐步過渡到option4部署模式以期解決5G用戶數過多引起5G基站移動數據處理不足應對的問題。

3 結語

5G技術作為一場新的技術革新，有望改變整體通信網絡架構的格局。即將逐漸普及的5G 技術目前則正處于研發期和建設期并存發展的關鍵階段。目前，5G設備產業鏈尚不完善且獨立組網前期投資成本高。因此，初期建網運營商需因地制宜、綜合考慮，若采用非獨立組網的話，先以option3模式部署再逐步接入5G核心網，在未來引入5G新功能新業務；若采用獨立組網方式建網，則以option2模式部署，在不改動現網的基礎上直接部署5G網絡，建站及后續優化不影響4G用戶體驗。