5G NR网络架构的演进路径分析

1 引言

5G NR支持NSA（Non-Standalone，非独立组网）和SA（Standalone，独立组网）两种组网模式，不同组网模式所支持的业务能力不同。其中，NSA主要是通过利用现有的LTE网络，改造、升级和增加NR设备，使得网络速率增强。SA则是新建一张NR网络，包括全新的基站、回程链路、核心网。

一方面，由于SA的标准比NSA标准晚一年冻结，在NR建设起步时期，SA的标准、终端、产业链等各方面的条件尚未成熟，铺开建设难度大；另一方面，NSA组网模式有助于保护现有庞大的LTE网络投资，节省NR建网开支，同时享受NR体验，营造网络先发的竞争优势。因此，运营商普遍选择在热点区域进行NSA建设，同步进行少量SA组网实验。如今，在SA标准已经冻结、产业链的快速发展以及政策的推动等有利条件下，国内各大运营商纷纷宣布SA为目标架构。伴随而来的问题是，如何从现有的NSA组网架构向SA组网架构平滑演进。

2 5G NR网络演进路径

基于当前5G NR网络起步期，运营商采用以EPC+为核心网的NSA网络的前提，业界推荐的网络演进路径有二，分别是直接建设SA网络，以及从NSA/SA双模组网最终过渡到SA网络。

2.1 演进路径一（option 3x/option2-> option2）

路径一如图1所示，即以现有的NSA网络（option 3x）、少量SA试验网（option2）作为起点。

第一步：在SA投产前，控制NSA网络规模；

第二步：停止NSA建设，保留NSA规模；SA批量投产，到整张SA网络成熟；

第三步：将原有的NSA网络升级成SA网络；

第四步：将LTE清频，将其资源转移到NR网络，最终实现全SA网络。

图1 演进路径一

2.2 演进路径二（option 3x/option2-> option 3x+option2-> option2）

路径二如图2所示，同样是以现有的NSA网络（option 3x）、少量SA试验网（option2）作为起点。

第一步：将现有的NSA网络升级成NSA/SA双模网络；同时铺开建设NSA/SA双模网络；

第二步：将LTE清频，NSA网络资源将其资源转移到SA网络，最终实现全SA网络。

图2 演进路径二

在NSA/SA双模网络架构中，NSA网络侧由升级后的EPC+（LTE核心网）、LTE eNB（LTE基站）组成；SA网络侧由NGC（NR核心网）、gNB（NR基站）组成。两侧核心网均可通过各自的基站下发控制信令，用户面数据可以通过各自的基站进行承载分离。另外，gNB的用户面也可以直接与EPC连接。

3 演进路径价值差异分析

单就技术理论设计而言，SA无疑是最佳的组网模式。但现实是，运营商需兼顾LTE网络投资效益、用户群体迁移、业务需求和体验、网络运营优化等多重因素。因此，其5G NR网络从NSA向SA的演进也就存在着不同的选项和价值考量。以下就前述两条演进路径，从终端支持程度、用户体验、组网规划以及维护优化等维度分析其各自的价值差异。

3.1 终端支持程度

NR终端制式有三种，即NSA单模、SA单模和NSA/SA双模。由于NSA单模入网受限，NSA终端将不作评估。SA单模和NSA/SA双模的主要差异是，NSA/SA双模基带芯片需要兼容两种不同的制式、功能要求高，软件上比SA单模复杂，若再考虑未来毫米波频段的接入，难度会再次叠加，造成双模的软件成本比较高；此外，在射频前端，SA实现双流需要配置两套5G NR频点的射频前端，NSA/SA两侧网络各需配置一套5G NR频点的射频前端。因此，要求终端厂商研发NSA/SA双模终端相对于SA单模终端，可能涉及更高的终端补贴。

结合演进路径考虑，路径一由于存在小规模的NSA网络，为保证用户的NR连续性体验，仍然要求使用NSA/SA双模终端。路径二无疑有同样的终端支持需求。因此，在终端支持程度方面，二者对终端的需求可以近似视为相同。

3.2 用户体验

3.2.1 语音业务

SA语音业务未来主要依赖VoNR提供优质的语音业务。但在建网初期，SA未能实现连续覆盖时，如采用路径一，用户发起语音业务时，需要回落到4G承载语音业务，这个回落再发起的过程中会产生较长的等待时延。如采用路径二，用户能够直接在NSA网络通过IMS发起VoLTE业务，不存在回落的过程，等待时延相对较短。因此，在中短期内，就语音业务体验而言，路径二优于路径一。

3.2.2 数据业务

在数据业务方面，两种路径各有优劣。

路径一支持上行终端双发和双流SU-BF，会产生相应的上行增益。

路径二的终端由于采用双连接的形式需要同时发送4G和5G的信号，因此只能实现单发，导致上行覆盖受损；但双连接同时也增强了NR和LTE的协同能力，能够提升网络下行峰值。

3.2.3 漫游业务

在路径一的SA架构下，如果当前用户仅签约了NSA网络，则用户只能在局限的NSA区域使用网络，一旦移动至SA单模覆盖范围内，就只能回落到LTE，NR体验的连续性无法保障。路径二下的双模网络对用户的友好度相对更高，即使是NSA单模网络的签约用户也可以在全域范围内连续体验NR网络服务。

3.3 组网规划

3.3.1 覆盖规划

在路径一下，优先利旧LTE站址进行NR的1:1建站的策略仍然有效，但由于NR工作频段相对更高，其覆盖范围相对LTE可能略有收缩，LTE与NR共址容易导致网络出现覆盖盲点，需要后续新增立项进行补充覆盖。路径二则完全可以规避上述问题的出现。由于采用双模组网，NSA侧的覆盖能力与LTE网络相近，在NSA锚点选择合理的前提下，可有效保证网络的连续覆盖。

3.3.2 邻区配置

对于路径一，其邻区配置相对简单，只需对NR和LTE小区互相配置邻区，满足移动性管理要求；而在路径二下，邻区配置则相对复杂得多。对于NSA侧，LTE至LTE方向需配置邻区，以满足NSA DC用户的移动性切换；LTE至NR方向，也需配置邻区以实现在LTE上添加NR辅载波；NR至NR方向则需配置邻区以满足NR小区间的移动性切换。可见，在NSA/SA双模组网条件下，邻区配置工作极为复杂。如不能合理配置好邻区，则直接影响到用户的体验。

3.3.3 分流策略

在路径一中，LTE和NR网络只在核心网互通，不需要考虑分流。而在路径二中，NSA、SA两侧通过X2/Xn接口互联互通，其中涉及网络间数据分流的管理体系的建立，需要实现数据在X2接口上的分流、流量控制以及双连接下的移动性等功能。

3.3.4 上行功率规划

路径二的双模网络上行覆盖受终端的上行功率分配方式的影响。对于NSA场景，上行功率分配方式规定NR和LTE两侧网络所分配的功率之和不大于终端最大上行功率，平均两侧到达基站的上行功率小于路径一下SA组网下的终端上行功率。

3.4 工程实施

施工难度上，两种演进方式都是上一套新设备，工程量大体相同。但在路径一中，由于LTE和NR之间主要是切换关系，耦合度低，两种制式的设备可以异厂商建设，组网灵活度更高。而路径二采用双模组网方式过渡，NSA侧要与LTE基站连接，设备要求高耦合，容易出现厂家捆绑的问题。

3.5 优化维护

3.5.1 网络优化

在路径二下，由于涉及多网优化，会存在两方面的问题：第一，NSA、SA使用同一套系统，NSA、SA的工参相关联，SA无法进行独立优化；第二，在SA覆盖边缘会存在NSA、SA频繁切换的现象，这对网络优化的要求非常高，需要通过频繁的测试得到合适的切换门限配置值。路径一的网络优化则相对简单，属于单网优化。

3.5.2 网络维护

基于两种演进路径均是上一套新设备的前提，二者日常维护的工作量大致相等。但是，在路径二下，当LTE网络出现故障时，双模组网中NSA侧会同时故障，可能导致处在原NSA小区边缘的用户无法及时接入SA网络，从而影响用户体验。

4 演进路径建议

路径一（option 3x/option2-> option2）和路径二（option 3x/option2-> option 3x+option2-> option2）的整体对比如表1所示。

表1 不同演进路径的价值差异对比

综合上述分析，建议采用路径一的演进策略。从用户的角度看，用户对语音的等待时延容忍度较大，对数据业务的时延则比较敏感，而对应的两种演进路径在数据性能上差异不大。对于NSA单模用户漫游的友好度问题，则可以通过合理控制前期的NSA放号，以及通过出台补贴政策引导用户向SA迁移等手段予以解决。从运营的角度看，路径一的网络架构相对简单、独立，理论上组网规划的复杂度较低，工程上受厂家捆绑的程度小，并且对网络优化维护的要求相对降低。另一个不然忽视的角度则是建设投入的问题。采用路径一，实现共建共享相对容易；而采用路径二，由于双模基站与4G厂商的紧耦合，共建共享的难度相对较大，且双模软件可能需要单独收费。因此，采用路径一所需的建设投资相对较小。

5 结束语

5G NR网络架构的演进路径存在多种可能性，需要运营商综合权衡当中利弊，选择适合的方案。此外，具体的组网规划也不能一蹴而就，当前5G NR网络建设仍处于起步阶段，随着行业发展的变更以及业务需求的变化，还需要继续对组网结构不断进行调整和优化。