1. 前言
5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中,是采用LTE與5G聯(lián)合組網(wǎng)(Non-standalone,簡(jiǎn)稱NSA)還是采用5G獨(dú)立組網(wǎng)(Standalone,簡(jiǎn)稱SA),是運(yùn)營(yíng)商必須考慮的問(wèn)題。聯(lián)合組網(wǎng)有助于利用LTE的資源來(lái)降低建設(shè)成本,而5G獨(dú)立組網(wǎng)則便于體現(xiàn)出5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)以提高服務(wù)質(zhì)量。
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,雖然一些運(yùn)營(yíng)商之前已經(jīng)做出了不同的選擇,但是目前3GPP標(biāo)準(zhǔn)還是會(huì)優(yōu)先考慮聯(lián)合組網(wǎng),2017年底5G聯(lián)合組網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)首先完成,2018年7月份會(huì)完成5G獨(dú)立組網(wǎng)的相關(guān)規(guī)范。
那么,NSA和SA的主要區(qū)別是什么,運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商又會(huì)如何選擇哪?下文從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、部署方式、遷移路徑等方面予以分析。
2. 5G獨(dú)立組網(wǎng)和非獨(dú)立組網(wǎng)的概念和架構(gòu)選項(xiàng)
概括來(lái)講,5G獨(dú)立組網(wǎng)(SA)就是建立端到端的5G網(wǎng)絡(luò),非獨(dú)立組網(wǎng)(NSA)則是5G與LTE聯(lián)合組網(wǎng)。
根據(jù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)的不同,3GPP規(guī)范中針對(duì)組網(wǎng)方式定義了多種選項(xiàng),以便運(yùn)營(yíng)商有針對(duì)性地進(jìn)行選擇。不同建設(shè)階段的選擇也會(huì)有所不同,比如,是考慮新建5G核心網(wǎng)(NGC)還是考慮EPC升級(jí)、是提供熱點(diǎn)覆蓋還是連續(xù)覆蓋、是否考慮LTE與5G無(wú)線系統(tǒng)之間的互操作等。
2.1 5G非獨(dú)立組網(wǎng)和獨(dú)立組網(wǎng)的概念
2.1.1 5G非獨(dú)立組網(wǎng)
5G非獨(dú)立組網(wǎng)是指LTE與5G基于雙連接技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合組網(wǎng)的方式,也稱LTE與5G之間的緊耦合(Tight-interworking)。
LTE系統(tǒng)中采用雙連接時(shí),數(shù)據(jù)在核心網(wǎng)或者PDCP層進(jìn)行分割后,將用戶數(shù)據(jù)流通過(guò)多個(gè)基站同時(shí)傳送給用戶。而LTE與5G系統(tǒng)聯(lián)合組網(wǎng)時(shí),核心網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)都存在多種選擇。因此,根據(jù)所采用的核心網(wǎng)和控制面連接方式的不同,細(xì)分為以下幾類架構(gòu):
核心網(wǎng)采用EPC
核心網(wǎng)采用EPC時(shí),LTE eNB和5G gNB用戶面可以直接連接到EPC,控制面則僅經(jīng)由LTE eNB連接到EPC。用戶面可以分別經(jīng)由LTE eNB、EPC或者gNB進(jìn)行分流,對(duì)應(yīng)選項(xiàng)3/3a/3x,如圖1所示。

圖1 5G與LTE聯(lián)合組網(wǎng)架構(gòu)3和3a示意圖
核心網(wǎng)采用NGC
核心網(wǎng)采用NGC時(shí),5G gNB可以直接連接到NGC,而LTE eNB則需要升級(jí)到eLTE eNB后連接到NGC。根據(jù)控制面連接方式的不同,分為不同的架構(gòu)類型?刂泼嫱ㄟ^(guò)gNB連接時(shí)為4/4a方式,如圖2所示;而控制面通過(guò)eLTE eNB連接時(shí)對(duì)應(yīng)7/7a/7x方式,如圖3所示。其中的a和x等選項(xiàng)表示不同的分流方式。

圖2 5G與LTE聯(lián)合組網(wǎng)架構(gòu)4和4a示意圖

圖3 5G與LTE聯(lián)合組網(wǎng)架構(gòu)7和7a示意圖
2.1.2 5G獨(dú)立組網(wǎng)
5G獨(dú)立組網(wǎng)時(shí),采用端到端的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),從終端、無(wú)線新空口到核心網(wǎng)都采用5G相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),支持5G各類接口,實(shí)現(xiàn)5G各項(xiàng)功能,提供5G類服務(wù)。
這種方式下,核心網(wǎng)采用5GNGC,無(wú)線系統(tǒng)可以是5G gNB,也可以是LTE eNB升級(jí)后的eLTE eNB,它們分別對(duì)應(yīng)選項(xiàng)2和選項(xiàng)5。采用gNB與NGC組網(wǎng)時(shí),對(duì)應(yīng)架構(gòu)選項(xiàng)2。將LTE eNB需升級(jí)到eLTE eNB后連接到5G核心網(wǎng),對(duì)應(yīng)架構(gòu)選項(xiàng)5。如圖4所示。

圖4 5G與LTE聯(lián)合組網(wǎng)架構(gòu)2(左)和5示意圖(右)
2.2 5G非獨(dú)立組網(wǎng)下的架構(gòu)選項(xiàng)
LTE中,采用雙連接時(shí),需考慮MeNB與SeNB的選擇、MCG分離承載與SCG承載的選擇等問(wèn)題。
LTE與5G之間的跨系統(tǒng)的雙連接則更為復(fù)雜,因?yàn)槠渲羞包括核心網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)之間的差異。故LTE與5G聯(lián)合組網(wǎng)時(shí),存在以下多種架構(gòu)選項(xiàng)。
2.2.1 采用LTE核心網(wǎng)
采用LTE核心網(wǎng)時(shí),不需要新的5G核心網(wǎng),采用EPC連接支持5G功能的無(wú)線系統(tǒng)即可。這種模式下,控制面經(jīng)由LTE系統(tǒng)連接到EPC,用戶面則存在多種連接方式,如圖5所示。
5G用戶面經(jīng)由LTE eNB連接到EPC時(shí)對(duì)應(yīng)選項(xiàng)3;
5G和LTE的用戶面都直接連接到EPC時(shí)對(duì)應(yīng)選項(xiàng)3a;
LTE用戶面經(jīng)由5G用戶面連接到EPC時(shí)對(duì)應(yīng)選項(xiàng)3x。

圖5 LTE/5G雙連接架構(gòu)選項(xiàng)3/3a(左側(cè))和3x(右側(cè))
選項(xiàng)3類似于LTE雙連接中的1a類型,3a和3x則類似于LTE雙連接中的3c類型。選項(xiàng)3a由MeNB控制用戶面分流;而3x則由SeNB控制用戶面分流。3x是考慮到5G大帶寬和高流量的特性而引入的,它可以降低對(duì)LTE無(wú)線系統(tǒng)的影響,有助于降低數(shù)據(jù)重傳率,提升業(yè)務(wù)性能。
2.2.2 采用5G核心網(wǎng)(NGC)
采用5G核心網(wǎng)時(shí),LTE eNB需升級(jí)到eLTE eNB,以支持到5G新空口并支持到5G核心網(wǎng)的連接。
根據(jù)控制面連接方式的不同,可分為選項(xiàng)4和選項(xiàng)7兩類架構(gòu)。其中,根據(jù)用戶面以及分流方式的區(qū)別,還可分為4/4a以及7/7a/7x。
控制面經(jīng)由5G gNB連接到5G核心網(wǎng)時(shí)對(duì)應(yīng)4/4A,請(qǐng)參見(jiàn)圖2。這種類型還可進(jìn)一步細(xì)分為:
eLTE eNB用戶面經(jīng)由5G gNB連接時(shí)對(duì)應(yīng)選項(xiàng)4;
eLTE eNB用戶面直接連接到5G核心網(wǎng)時(shí)對(duì)應(yīng)選項(xiàng)4a。
控制面經(jīng)由eLTE eNB連接到5G核心網(wǎng)時(shí)對(duì)應(yīng)7/7a/7x,請(qǐng)參見(jiàn)圖3。這種類型還可進(jìn)一步細(xì)分為:
5G gNB用戶面經(jīng)由eLTE eNB連接時(shí)對(duì)應(yīng)選項(xiàng)7;
5G gNB用戶面直接連接到5G核心網(wǎng)且由核心網(wǎng)進(jìn)行分流時(shí),對(duì)應(yīng)選項(xiàng)7a;
5G gNB用戶面直接連接到5G核心網(wǎng)且由5G gNB進(jìn)行分流控制時(shí),對(duì)應(yīng)選項(xiàng)7x。
3. 5G非獨(dú)立組網(wǎng)和獨(dú)立組網(wǎng)對(duì)比分析
5G獨(dú)立組網(wǎng)與非獨(dú)立組網(wǎng)之間的區(qū)別,可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析,詳見(jiàn)表1。
表1 5G獨(dú)立組網(wǎng)與非獨(dú)立組網(wǎng)之間的區(qū)別

3.1 架構(gòu)對(duì)比
5G獨(dú)立組網(wǎng)時(shí),核心網(wǎng)采用5G新型核心網(wǎng)NGC。無(wú)線系統(tǒng)則可以直接采用支持5G新空口的gNB,或者將LTE eNB升級(jí)到eLTE eNB來(lái)支持到5G新空口以及到NGC的連接。
5G非獨(dú)立組網(wǎng)便于利用LTE網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)快速部署。雖然核心網(wǎng)可以為EPC也可以為NGC,但是建議優(yōu)先考慮選項(xiàng)3/3a/3x,它采用EPC支持eLTE eNB與5G gNB之間的雙連接。不過(guò),如果運(yùn)營(yíng)商首先部署5G核心網(wǎng)的話,也可以升級(jí)LTE eNB到eLTE eNB,來(lái)實(shí)現(xiàn)eLTE eNB與5G gNB之間的雙連接。
連接到EPC時(shí),需采用S1-C和S1-U接口,如架構(gòu)選項(xiàng)3/3a/3x。
連接到NGC時(shí),需采用NG-C和NG-U接口,如架構(gòu)選項(xiàng)2、5、4/4a和7/7a/7x。
3.2 部署對(duì)比
5G獨(dú)立組網(wǎng)可以降低對(duì)現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的依賴性,便于提供5G類業(yè)務(wù),提升用戶感知。但是,獨(dú)立組網(wǎng)時(shí)還要考慮是提供熱點(diǎn)覆蓋還是提供連續(xù)覆蓋的問(wèn)題。提供熱點(diǎn)覆蓋時(shí),5G與LTE之間的重選或者切換過(guò)程可能影響到性能,而連續(xù)覆蓋情況下5G是否能夠提供良好覆蓋也是個(gè)問(wèn)題。
不同組網(wǎng)方式下網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造的難度也不同。采用EPC進(jìn)行組網(wǎng)時(shí),存在對(duì)LTE核心網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造工作。比如,需要升級(jí)EPC來(lái)支持5G終端,或者需要增加LTE PDCP層的緩存以支持對(duì)5G的分流工作等。采用NGC組網(wǎng)時(shí),涉及LTE eNB的升級(jí)工作,工作量大,對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響也較大。
對(duì)于部署方面的區(qū)別,以下從業(yè)務(wù)、互操作性以及覆蓋等方面分別進(jìn)行分析和對(duì)比。
3.2.1 業(yè)務(wù)對(duì)比
采用5G核心網(wǎng)進(jìn)行獨(dú)立組網(wǎng)或者聯(lián)合組網(wǎng),都便于采用云化架構(gòu),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片,支持新型QoS。同時(shí),還可以采用網(wǎng)絡(luò)資源靈活調(diào)度和彈性伸縮的特性,進(jìn)行業(yè)務(wù)和平臺(tái)能力開(kāi)放以及自動(dòng)化智能的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維,從而可以更好地支持5G大帶寬、低時(shí)延和大連接等各類業(yè)務(wù),根據(jù)場(chǎng)景提供定制化服務(wù),滿足各類用戶的業(yè)務(wù)的需求,大力提升客戶感知。
網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期,采用5G與EPC聯(lián)合進(jìn)行組網(wǎng)時(shí), 5G業(yè)務(wù)方面的支持性會(huì)受到EPC能力的限制。比如,難以進(jìn)行云化布署、難以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片、QoS支持能力有限等。
另外,獨(dú)立組網(wǎng)時(shí),如果進(jìn)行熱點(diǎn)覆蓋,則存在用戶在不同區(qū)域業(yè)務(wù)體驗(yàn)不一致的問(wèn)題。而連續(xù)覆蓋雖然能夠提供一致的業(yè)務(wù)體驗(yàn),但是存在初期投入大、覆蓋連續(xù)性難以保障等問(wèn)題。
3.2.2 互操作性對(duì)比
5G獨(dú)立組網(wǎng)時(shí),不管是進(jìn)行熱點(diǎn)覆蓋還是連續(xù)覆蓋,5G與LTE之間都是兩張獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò),因此,需要通過(guò)重選和切換等方式進(jìn)行互操作,這會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)性能造成一定的影響。
5G與LTE聯(lián)合組網(wǎng)是基于雙連接方式進(jìn)行的,可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換,切換過(guò)程中不會(huì)造成業(yè)務(wù)中斷,從而能夠保證業(yè)務(wù)連接性,提升用戶性能。
3.2.3 覆蓋對(duì)比
5G與LTE聯(lián)合組網(wǎng)時(shí),可以借助LTE網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋,便于在全網(wǎng)范圍內(nèi)快速提供5G覆蓋。
采用5G獨(dú)立組網(wǎng)時(shí),由于頻段較高,因此要進(jìn)行連續(xù)覆蓋存在一定的難度。比如,國(guó)內(nèi)初步明確采用3.5GHz和4.9GHz進(jìn)行5G建設(shè),相對(duì)于LTE的2.6GHz來(lái)講,其路損增加,因此覆蓋范圍會(huì)有所縮減。雖然可以通過(guò)波束賦形等手段進(jìn)一步改善,但是仍然可能存在上行受限的問(wèn)題,從而需要建設(shè)更多的基站。目前,中國(guó)移動(dòng)在獨(dú)立組網(wǎng)的探索過(guò)程中,希望與LTE共站建設(shè),其挑戰(zhàn)會(huì)更大。目前討論的各類解決方案中,如采用4天線終端、將終端發(fā)射功率加倍、采用900MHz或者1800MHz獨(dú)立進(jìn)行上行接入等方式,都有待進(jìn)一步驗(yàn)證,但這也意味著連續(xù)覆蓋和共站建設(shè)的難度有所增加。
3.3 終端對(duì)比
5G獨(dú)立組網(wǎng)時(shí),終端需要支持5G新空口和高層協(xié)議,采用5G新空口和5G核心網(wǎng)進(jìn)行接入和連接建立工作。5G與LTE采用緊耦合方式聯(lián)合組網(wǎng)時(shí),不同架構(gòu)方式下終端要求有所區(qū)別。比如,選項(xiàng)3/3a/3x下,終端控制面只需要支持LTE NAS協(xié)議,用戶面需要支持S1-U接口和相關(guān)協(xié)議;選項(xiàng)4/4a和7/7a/7x下,終端控制面需要支持5G新空口NAS協(xié)議,用戶面需要支持到NG-U接口及協(xié)議。
3.4 遷移路徑對(duì)比
如果將5G獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)作為5G部署的最終方案,則無(wú)論初期采用5G獨(dú)立組網(wǎng)還是5G/LTE聯(lián)合組網(wǎng)的方式,都存在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)遷移的過(guò)程。這個(gè)過(guò)過(guò)程中設(shè)備的升級(jí)改造工作、成本投入、終端變化和性能影響等問(wèn)題,都會(huì)影響運(yùn)營(yíng)商對(duì)早期網(wǎng)絡(luò)部署方式的選擇。
即使采用選項(xiàng)2獨(dú)立建設(shè)全新的端到端的5G網(wǎng)絡(luò),也需要考慮網(wǎng)絡(luò)遷移的問(wèn)題。比如,如何引入5G核心網(wǎng),5G核心網(wǎng)與LTE核心網(wǎng)如何進(jìn)行互操作,終端如何演進(jìn)才能保證用戶和業(yè)務(wù)的平滑過(guò)渡等。根據(jù)中國(guó)移動(dòng)2016年8月的提案R3-161809,如果運(yùn)營(yíng)商采用低頻提供廣域覆蓋,采用高頻來(lái)提供容量的話,就需要考慮從LTE/EPC遷移到架構(gòu)選項(xiàng)2的路徑。這種遷移路徑下,初始部署時(shí)需要避免與LTE的互操作(即頻繁的NR到LTE的切換),同時(shí)需要采用雙模雙待終端來(lái)同時(shí)支持傳統(tǒng)的系統(tǒng)和NG系統(tǒng)。
另外,從LTE/EPC直接演進(jìn)到5G獨(dú)立架構(gòu)時(shí),也可以首先考慮同時(shí)支持選項(xiàng)5和2,然后再最終演進(jìn)到選項(xiàng)2。但是,這需要將LTE eNodeB升級(jí)到eLTE eNodeB來(lái)支持到EPC和NGC的連接。
采用LTE/5G聯(lián)合組網(wǎng)時(shí),不同組網(wǎng)方式下的遷移路徑可能有多種選擇。如果初期部署選項(xiàng)3類緊耦合方式,則可以選擇直接遷移到選項(xiàng)2,或者經(jīng)由選項(xiàng)7遷移到選項(xiàng)2。如果初期直接部署選項(xiàng)7,也可直接遷移到選項(xiàng)2。當(dāng)然,各種遷移路徑下,網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造工作內(nèi)容有所不同。比如,如果采用選項(xiàng)3,則LTE基帶板可能需要改變。同時(shí),由于X2接口帶寬的限制, EPC還需要升級(jí)改造以支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增加。
從選項(xiàng)3/3a起步經(jīng)由7/7a遷移時(shí),運(yùn)營(yíng)商既可以利用eLTE,還可以獲益于NGC所引入的高級(jí)業(yè)務(wù)特性。但是,同樣需要考慮UE的前向兼容性問(wèn)題。如果初期部署時(shí),運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃將現(xiàn)有E-UTRAN網(wǎng)絡(luò)升級(jí)來(lái)部署選項(xiàng)7的話,則后續(xù)可以從選項(xiàng)7直接遷移到選項(xiàng)2。
4 運(yùn)營(yíng)商的選擇
5G建設(shè)初期,采用5G網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)組網(wǎng)還是與LTE聯(lián)合組網(wǎng),不同運(yùn)營(yíng)商的選擇會(huì)有所不同。國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商中,中國(guó)移動(dòng)宣稱要采用5G進(jìn)行連續(xù)覆蓋,因此考慮采用5G獨(dú)立組網(wǎng);而中國(guó)聯(lián)通則考慮快速部署性,其白皮書(shū)中明確初期采用5G與LTE緊耦合的方式來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。
隨著5G標(biāo)準(zhǔn)中獨(dú)立組網(wǎng)和非獨(dú)立組網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善和明確,運(yùn)營(yíng)商會(huì)有更多新的考慮和選擇。不過(guò),這也與設(shè)備廠家的策略和產(chǎn)品進(jìn)度有關(guān)。比如,5G獨(dú)立組網(wǎng)需要功能完善的5G核心網(wǎng)設(shè)備和終端,如果5G核心網(wǎng)和終端面市較晚,也可能會(huì)阻礙獨(dú)立組網(wǎng)的選擇。
5 總結(jié)
在引入5G技術(shù)時(shí),如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署非常關(guān)鍵。是直接建設(shè)獨(dú)立的5G網(wǎng)絡(luò),還是借助LTE進(jìn)行聯(lián)合組網(wǎng),是運(yùn)營(yíng)商必須面對(duì)的問(wèn)題。因此,需要從業(yè)務(wù)、覆蓋、終端、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)、后續(xù)遷移等多方面進(jìn)行考慮,選擇適合自己的模式,才能夠更有效地控制成本、提升網(wǎng)絡(luò)性能,為客戶提供良好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。
參考資料
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