【轉】5G標准——獨立組網(SA)和非獨立組網(NSA)


獨立組網模式(SA):指的是新建5G網絡,包括新基站、回程鏈路以及核心網。SA引入了全新網元與接口的同時,還將大規模采用網絡虛擬化、軟件定義網絡等新技術,並與5GNR結合,同時其協議開發、網絡規划部署及互通互操作所面臨的技術挑戰將超越3G和4G系統。

非獨立組網模式(NSA):非獨立組網指的是使用現有的4G基礎設施,進行5G網絡的部署。基於NSA架構的5G載波僅承載用戶數據,其控制信令仍通過4G網絡傳輸。

5G獨立組網

對於5G的網絡架構,在3GPP TSG-RAN 第 72 次全體大會上,提出了8個選項,如下圖所示。

這8個選項分為獨立組網和非獨立組網兩組。其中選項1,2,5,6是獨立組網,選項3,4,7,8是非獨立組網。非獨立組網的選項3,4,7還有不同的子選項。

在這些選項中,選項1早已在4G結構中實現,選項6和選項8僅是理論存在的部署場景,不具有實際部署價值,標准中不予考慮。

下面我們逐個探討,,先從獨立組網說起

這就是選項1,其實這是純4G的組網架構。

注意看圖里面連接手機、4G基站和4G核心網的各有一條實線和一條虛線。其中虛線代表控制面,實線代表用戶面。

控制面:就是用來發送管理、調度資源所需的信令的通道。

用戶面:直觀理解就是發送用戶具體的數據通道。用戶面和控制面是完全分離的。

然而,選項1和5G並沒有什么關系!

這是選項2,架構很簡單,就是5G基站連接5G核心網,這是5G網絡架構的終極形態,可以支持5G的所有應用。 雖然架構簡單,但是要建這樣一張5G網,要新建大量的基站和核心網,代價不菲。目前中國移動就有將近230萬個4G站點,要是在建同樣大的一張5G網絡花費巨大。

這是選項5,可以看出,這其實是把4G基站升級增強之后連到了5G核心網之上,本質上還是4G。但新建了5G核心網之后,原先的4G核心網也該慢慢退服,一定會出現4G基站這連接5G核心網的需求,因此也算是未來會出現的架構。

但是,改造后的增強型4G基站跟5G基站相比,在峰值速率、時延、容量等方面依然有明顯差別。后續的優化和演進,增強型4G基站也不一定都能支持。因此選項5架構的前景也不樂觀。


這是選項6。把5G基站連到4G核心網,還獨立組網?這樣5G基站有力使不出,也太憋屈了。況且,5G基站作為花錢的大頭都建了,竟然不建相對是小頭的5G核心網?因此這個架構是不會有運營商選擇的,3GPP也沒有考慮標准化。

總結起來,5G可能的獨立組網方案只有選項2和選項5,其中選項2是5G網絡的終極架構。

選項2的優勢如下:

1、一步到位引入5G基站和5G核心網,不依賴於現有4G網絡,演進路徑最短。
2、全新的5G基站和5G核心網,能夠支持5G網絡引入的所有新功能和新業務。

選項2對應的劣勢如下:

1、5G 頻點相對 LTE 較高,初期部署難以實現連續覆蓋,會存在大量的5G與4G系統間的切換,用戶體驗不好。
2、初期部署成本相對較高,無法有效利用現有4G基站資源。

5G非獨立組網

下面到了非獨立組網了,總體上來說,非獨立組網要比獨立組網復雜得多,這也是省錢所必須要付出的代價。

首先解釋幾個術語:

雙連接:顧名思義,就是手機能同時跟4G和5G都進行通信,能同時下載數據。一般情況下,會有一個主連接和從連接。

我們可以把雙連接想象成我們常用的耳機一樣,兩路數據可以通過左右一雙耳機傳送。

控制面錨點:雙連接中的負責控制面的基站就叫做控制面錨點。

不妨繼續以耳機做比喻,控制面就像耳機中的控制按鈕,有控制按鈕那一側一樣既可以控制播放也可以發送數據。

分流控制點:用戶的數據需要分到雙連接的兩條路徑上獨立傳送,但是在哪里分流呢?這個分流的位置就叫分流控制點。

5G非獨立組網的諸多選項,都是由下面的三個問題的答案排列組合而成:

非獨立組網的3系列,7系列及4系列,就是對這3個問題的不同回答。下面我們來逐個介紹。



選項3系列

該系列的基站連接的核心網是4G核心網,控制面錨點都在4G,適用於5G部署的最初階段,覆蓋不連續,也沒太多業務,純粹是作為4G無線寬帶的補充而存在。

3系列分為3,3a和3x這3個選項,為什么有這樣的區分呢?關鍵在於數據分流控制點的不同。

從上圖可以看出,選項3的數據分流控制點在4G基站上,也就是說,4G不但要負責控制管理,還要負責把從核心網下來的數據分為兩路,一路自己發給手機,另一路分流到5G去發給手機。

由於選項2中的4G基站須大力軟件升級才能具備這樣的能力,然而,基站硬件能否扛得住5G的流量還真不好說,因此,選項3頗不受待見,自提出以來就乏人問津。

而有的運營商,不願意花錢改造4G基站(畢竟都是舊設備,遲早要淘汰)。於是,想了別的辦法。

第一種辦法,5G基站的用戶面直接通4G核心網,控制面繼續錨定於4G基站。

什么叫用戶面?什么叫控制面?
簡單來說,用戶面就是用戶具體的數據,控制面就是管理和調度的那些命令。
上面這種方式,叫做"選項3a"。 第二種方法,就是把用戶面數據分為兩部分,會對4G基站造成瓶頸的那部分,遷移到5G基站。剩下的部分,繼續走4G基站.

這種方式,叫做"選項3x"。 我們把它們三個放在一起,可以對比看看:

注意,只有"選項3"是增強型4G基站

3/3a/3x組網方式,是目前國外運營商最喜歡的方式,原因很簡單:

1、利用了舊的4G基站,省錢。
2、部署起來很快很方便,有利於迅速推入市場,搶占用戶。

畢竟,很多優質的5G體驗,必須基於5G核心網才能實現。

7系組網方式

把"3系"組網方式里面的4G核心網替換成5G核心網,這就是"7系"組網方式。

需要注意的是,因為核心網是5G核心網,所以此類方式下,4G基站都需要升級成增強型4G基站。

4系組網方式

在"4系"組網里,4G基站和5G基站共用5G核心網,5G基站為主站,4G基站為從站。

唯一不同的,選項4的用戶面從5G基站走,選項4a的用戶面直接連5G核心網。如下圖所示:

這么多系里面,最重要的,就是那個3系。搞懂了3系,其它系都容易懂。將來打交道,研究最多的,估計就是3系和2系。 最后放一張完整版組網圖,看得更清楚:

NSA與SA比較

1、NSA的優勢在哪兒?
SA架構相比較而言更為簡單,而NSA架構則略為復雜。相較SA,NSA的優勢主要包括:
(1)借助目前成熟的4G網絡擴大5G 覆蓋范圍。由於手機終端發射功率有限,所以5G網絡的覆蓋范圍主要受限於上行(即手機發送信號到基站),那么通過與4G聯合組網的方式(NSA)可以實現5G單站覆蓋范圍的擴大;

(2)NSA標准更早結束,產品更成熟。NSA相較SA標准更為提前,產品路標也相應的提早成熟。當前我國5G推進組也已經基本完成了NSA的大部分測試工作;

(3)無需建設新的核心網。NSA組網下,5G基站將利用現有4G核心網,省去5G核心網絡的建設。

2、相較SA,NSA架構也有如下劣勢
(1)仍必須改動4G現網。如上所述,NSA是4G網絡和5G網絡融合的組網方式,所以勢必涉及到對4G現網的升級改造(包括無線和核心網);同時5G NR應用頻段更高,覆蓋范圍更小,現有4G網絡密度無法滿足5G覆蓋。

(2)無法調整現有設備的供應商結構。NSA組網方式下,更加依托於原有的設備投入,采用NSA需要互操作的統一性,仍然需要采購原網廠商的設備,則運營商不能重新划分設備廠商的投資結構。

(3)現網無法滿足5G高可靠低時延要求。由於NSA無需建設5G新核心網,且NSA需借助4G無線空口(NSA無線錨點在4G),但現有的4G核心網架構和4G空口卻無法滿足5G對於時延和傳輸可靠性的要求。

3、NSA架構有助於快速建網,但較SA直接建網資本開支更高
連續覆蓋的前提下,無論采用SA還是NSA密集城區場景所需5G基站數量相同。考慮到國內4G現網在密集城區的站間距已經在300米以內,通過對5G基站在密集城區室外場景的鏈路預算分析,我們認為在4G/5G基站共站址的基礎上,SA網絡架構方案即可實現5G的連續覆蓋(NSA架構下,也需要5G和4G基站共站址);
SA基站單站價格更有優勢。由於NSA需要5G與4G同廠商,而SA則無此要求。因此NSA架構下,運營商在采購5G基站時的議價能力勢必會減弱。

綜上所述,總體來說,無論如何組網,最終必然會走向SA架構。目前國內5G商用牌照已提前發放,為了搶占5G先發市場,NSA或將成為部分運營商的先期建網選擇。但SA全部測試預計也將於明年3月份左右完成(目前華為進度已基本完成),如不為了搶先5G用戶,預計6月份能一步跳過NSA組網,直接開展SA組網,有利於減少投資並且降低網絡復雜度!
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