4G和5G融合网络部署架构研究

刘德全，陈安华

(1 中国移动通信集团设计院有限公司广东分公司，广州 510623；2 中国移动通信集团广东有限公司，广州 510623）

1 引言

目前业界已经达成共识，5G网络将有独立部署和非独立部署两种方式[1,2]。独立部署需要几乎完全新建一套网络，需要新建5G增强型基站，新建5G新空口5G NR，新建前传链路，新建回传链路，新建下一代核心网NGC。而非独立部署则可以利用已经部署的4G网络，利旧已有的4G基站和4G核心网EPC，把5G基站NR和核心网NGC与4G网络融合组网。

独立部署的优势在于可以发挥5G的网络性能，可以提供低时延、高速率和大规模链接的新业务能力，同时不影响现有的4G网络，在5G网络目前不支持语音的背景下，可以避免与4G网络并行运行时的互操作等问题。独立部署的劣势在于连续覆盖投资较大，需新建5G基站NR和核心网NGC。

非独立部署的优势在于建设周期短，并且网络建设投资较小，既可以迅速提供5G新业务，又可以短时间收回投资，不要求5G网络提供连续覆盖，适合在热点地区部署，网络部署比较灵活，可以逐步推广5G服务范围。非独立部署的劣势在于需要与现有4G网络互操作，5G需要回落到4G网络，互操作会比较复杂。

2 4G、5G融合组网架构分析

4G、5G的融合组网架构是3GPP亟需解决的热点问题[3,4]，目前3GPP讨论的可能的组网方式有方案1-7这7种，分为独立组网和非独立组网方案，方案7、方案4和方案3还有不同的双连接[5]方案，分别是方案7a、方案4a和方案3a，总共有10种架构[3]参与论证。图1是这10种架构，虚线表示控制面连接，实线表示业务面连接。

这些不同的组网方式分为两种类型：独立组网和非独立组网，划分标准在于控制面锚点不同。

非独立组网(Non-standalone)：是指5G NR以LTE eNode B作为控制面锚点接入EPC，或以NG-eNode B作为控制面锚点接入NGC。NG-eNode B（next generation enhanced eNode B，下一代eNode B）是5G标准最新定义的名称，也被称为eLTE (evolutionary LTE，LTE演进)。NG-eNode B可以直接接入或通过NR接入5G 核心网 NGC，与NR不同之处在于NR不要求后向兼容LTE，而NG-eNode B可以后向兼容LTE。独立组网(Standalone)是指5G、4G融合组网时以5G NR作为控制面锚点接入NGC。

按照控制面锚点划分，方案7、方案7a和方案3、方案3a属于非独立组网，控制面板锚点位于LTE eNode B或者NG-eNode B ；方案2和方案4、方案4a属于独立组网，控制面锚点位于5G NR。方案1和方案5没有接入5G NR，属于LTE的独立组网，没有使用5G新空口，不能支持5G业务；方案6使用了原4G EPC，属于5G NR独立组网，但5G UE接入4G核心网，也不能支持5G业务。方案1、5、6都没有双连接结构，暂时不是讨论的主要架构。

独立组网和非独立组网的主要架构[3]如图2所示。

图1 4G、5G的融合组网架构

图2 独立组网和非独立组网

3 独立组网架构分析

方案2、方案4和方案4a三种架构[3]都属于独立组网的网络架构， 这3种架构都有其特点，下面分析其优劣势，以及网络采用的时期。

3.1 方案2架构分析

方案2需要独立新建一套5G网络，其用户面和控制面锚定在5G NR。对现有2G/3G/4G网络没有影响，可以快速部署，不影响现网。方案2不必改造现网，可实现不影响商用网络和用户，采用了5G新网元，可以实现5G新业务。方案2可以按需覆盖，适合eMBB场景，在网络发展早期阶段可以快速部署。

然而，方案2当NR尚未实现连续覆盖时，语音业务需要回落到现有的4G网络，导致语音业务切换复杂，数据业务也会存在和4G网络的频繁切换和互操作，负荷均衡机制比较复杂。而且，同时部署NR和NGC需要在网络建设初期投资较大。

方案2主要优劣势分析如图3所示。

3.2 方案4/4a架构分析

方案4/4a架构的锚点在5G NR，最终接入5G NGC，和方案2相比引入了双连接，可以利用现有的4G接入网。

方案4/4a采用了双连接，可以同时支持5G NR和4G LTE，带来了4G流量增益，引入了5G NR和NGC，可以支持5G新业务。

方案4/4a 的差别在于方案4增加了LTE与NR的接口，而方案4a则是LTE引入了1A-LIKE连到NGC。

但是，方案4/4a增加了与4G的新接口，需要对现网LTE进行改造。而且，方案4/4a需要同时部署NGC和5G NR，在网络建设初期需要进行较大投资。

方案4/4a主要优劣势分析如图4所示。

综合方案2和方案4/4a分析，独立组网方案均需新建NGC和5G NR，三种方案覆盖范围相同，方案2投资偏小，适合在网络建设初期采用，当网络覆盖逐渐完善，方案2也可以作为最终5G网络存在[6]。

图3 方案2架构分析

图4 方案4和方案4a架构分析

4 非独立组网架构分析

方案3/3a和方案7/7a四种架构[3]都属于非独立组网的网络架构，这四种架构都有其特点，下面分析其优劣势，以及网络采用的时期。

4.1 方案3/3a架构分析

方案3/3a锚点在4G LTE，最终接入4G EPC。

方案3/3a采用了双连接，可以同时支持5G NR和4G LTE，带来了4G流量增益，但没有引入NGC，不能支持5G新业务。方案3/3a对NR覆盖无要求，可以沿用原有的4G覆盖，语音业务不需要进行互操作，连续性有保障，对网络改动小，在网络建设初期投资较小，有利于快速建网。

方案3/3a 的差别在于方案3增加了LTE与NR的接口，而方案3a则是5G NR引入了1A连到EPC。

但是，方案3/3a增加了与4G的新接口，需要对现网LTE进行改造。尽管进行了改造，但没有引入NGC，不能支持5G新业务。

方案3/3a主要优劣势分析如图5所示。

4.2 方案7/7a架构分析

方案7/7a锚点在4G LTE上，最终接入5G NGC。

方案7/7a采用了双连接，可以同时支持5G NR和4G LTE，带来了4G流量增益，引入了5G NR和NGC，可以支持5G新业务。由于方案7/7a的锚点在4G LTE网络，可以继承原有的LTE网络，对网络的改动较小，在网络建设初期投资较小。

方案7/7a的差别在于方案7增加了LTE与NR的接口，而方案7a则是5G NR引入了1A-LIKE连到NGC。

图5 方案3和方案3a架构分析

但是，方案7/7a增加了与4G的新接口，需要对现网LTE进行改造。

方案7/7a与方案3/3a都继承了现有的4G覆盖，方案7/7a与方案4/4a都引入了新核心网NGC，支持5G新业务，兼具了方案3/3a和方案4/4a的优势。

方案7/7a主要优劣势分析如图6所示。

5 结束语

方案2架构对现网没有影响，引入简单，可以快速验证5G性能，可以部署在5G特定的热点区域，实现三大场景功能，可满足中国移动5G网络发展初期需求。

方案3/3a架构可以用于NR非连续覆盖时期，与现网4G网络深度耦合，继承了现有4G网络的覆盖，可以在5G热点区域之外的4G覆盖区域提供4G能力，但不可以在5G覆盖区域实现全5G业务能力，与方案7/7a架构相比投资较小，可一定程度上满足中国移动5G网络发展中期需求。

方案7/7a架构可以用于NR非连续覆盖时期，既可以在5G覆盖区域实现全5G业务能力，又与现网4G网络深度耦合，继承了现有4G网络的覆盖，在5G热点区域之外的4G覆盖区域提供4G能力，可满足中国移动5G网络发展中期需求。

方案4/4a架构可用于NR连续覆盖时期，既可以在5G覆盖区域实现全5G业务能力，又与现网4G网络深度耦合，4G带来流量增益，由于NR已经实现连续覆盖，控制面锚定在NR不会有问题，可满足中国移动5G网络发展远期需求。

参考文献

[1]【瑞典】Afif Osseiran,【西】Jose F. Monserrat,【德】Patrick Marsch. 5G移动无线通信技术[M]. 北京：人民邮电出版社,2017.

[2] 陈鹏. 5G关键技术与系统演进[D]. 北京：机械工业出版社,2016.

[3] 3GPP TR 38.801 V0.4.0, Study on New Radio Access Technology;Radio Access Architecture and Interfaces (Release 14)[S].

[4] 3GPP TR 38.913 V0.4.0, Study on Scenarios and Requirements for Next Generation Access Technologies (Release 14)[S].

[5] 3GPPTR 36.842, Study on Small Cell Enhancements for E-UTRA and E-UTRAN-Higher layeraspects[S].

[6] 刘德全，崔波，姚键，等. 5G网络部署方案研究[J]. 广东通信技术，2017(9).