5G网络部署模式分类及特点分析

唐鸿凯，朱东弼

(延边大学 工学院 电子信息通信学科，吉林 延吉 133002)

0 引言

随着2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，意味着中国5G商用时代的正式来临[1]。独立部署 (standalone,SA) 和非独立部署 (non-standalon,NSA) 是5G网络引入初期必须考虑的关键问题[2]。组网方式的不同不仅影响运营商5G网络部署策略，还影响着终端设备的设计与生产。5G网络部署模式直接决定5G网络是否引入了5G新功能新业务以及能否面对移动数据爆发式需求的挑战，直接影响用户体验及地区未来5G业务的发展。因此网络部署模式的选择是各运营商在引入5G网络时必须明确的核心选项。本文主要分析了5G网络部署模式的类型及特点，进一步探讨了独立部署和非独立部署的优劣势，为5G网络的部署提供了理论依据。

1 5G网络部署模式类型及特点

5G网络部署模式被定义为独立组网(SA)与非独立组网(NSA)两大类模式，其中独立组网有option1、option2、option5、option6，非独立组网有option3、option4、option7、option8。option3部署的子选项有3、3a、3x，option4部署的子选项有4、4a，option7部署的子选项有7、7a、7x。option1：standalone LTE，EPC connected-legacy是现有4G部署架构，option6部署方式是先部署5G基站，沿用4G核心网，不使用5G核心网将无法引入5G新业务，对5G功能限制较大。option8使用4G核心网，运用5G基站将控制面命令和用户面数据传输至4G核心网中，因为对4G核心网需要进行升多次级改造，成本高，改造复杂，option6及option8仅为理论中的网络部署模式，2017年时已被舍弃,在此不做论述。网络部署模式如图1所示。

图1 3GPP协议定义的八种5G网络部署模式及其子模式

1.1 独立组网模式类型及特点

option2：standalone NR，5GC connected独立组网：5G终端、5G基站、5G核心网组成独立的5G网络。以5G NR作为控制面锚点接入5GC，直接引入5G网元，不需升级改造现网，对现有的2G/3G/4G网络无影响且5G核心网提供了新的功能与业务，但是当基站未连续覆盖的时候，终端连续性的体验依赖于5G到4G系统的切换，切换时有明显网络延时，前期部署时间长、费用高、无法利用现有4G LTE资源。

option5：standalone LTE,Rel-15,5GC connected独立组网：4G LTE 升级为 eLTE后，接入5G核心网。5GC即要处理5G业务，也要兼顾4G核心网的功能。无线网中的e LTE与部署NR相比，在容量、时延、峰值速率等方面有明显的不足，限制了无线侧的优化发展。5G网络部署不建议采用option5。

1.2 非独立组网模式类型及特点

option3：Non-standalone,LTE assisted非独立组网：option3将LTE作为控制面和用户面的锚点，需要改造核心网EPC设备到支持双连接功能和4G无线网。option3x以5G NR作为数据汇聚和分发点对数据进行汇聚、处理、分发,4G LTE为控制面锚点，充分利用了NR设备处理能力更强的优势，大大提升网络处理能力。3x将用户面数据分成两个部分，4G基站可以传输的数据延用4G基站传输，其余数据通过5G基站传输至核心网。option3/option3a/option3x部署标准冻结时间最早, 可较早提供5G高速率, 有利于运营商市场宣传，吸引用户。对NR覆盖无要求,即不必全面覆盖便可提供5G业务，由于未接入5G核心网，无法引入5G新功能新业务。此外，支持5G NR和4G LTE双连接,带来巨大的流量增益，对LTE现网改动小,初期部署速度快, 投资较少。option3a则是NR和LTE分别将用户面的数据直接传输到核心网，option3是以4G LTE作为数据的汇聚点与分发点，LTE处理能力不及5G NR，所以3x与3a网络部署模式作为3的优化方案使用。

option4：Non-standalone,NR assisted非独立组网：option4以NR作为数据汇聚、分发点和控制面锚点，接入5G核心网5GC，而传统4G基站数据处理能力有限，要对基站进行硬件升级改造到增强型4G基站。5GC部署引入了譬如网络切片的5G新业务新功能。4a与4不同之处在于用户面数据分流节点的差异，4a模式下，用户面数据上传时直接传输到5GC，核心网在下发数据时，已经完成数据分流，4G基站分担5G基站的数据压力。该部署模式支持NR和 eLTE双连接，因此带来了巨大的流量增益。但是需要对现网的LTE设备软硬件升级至eLTE，又要部署5G基站和核心网，部署成本高。

option7：Non-standalone,LTE assisted非独立组网：option7以5GC作为核心网，将升级后的eLTE为数据汇聚、分发点和控制面锚点。opiton7、option7a和option7x的主要区别在于用户面路径不同, 在option7模式下，用户面数据在eLTE进行分流，而7a和7x分别以5GC和NR作为数据汇聚、分发点。option7的eLTE不仅要承载数据还要承载业务处理，4G基站数据处理压力大。option7同样支持NR和 eLTE双连接，拥有巨大的流量增益，且接入5G核心网，引入了5G新业务及网络切片等等新功能。Option 7x可以实现所有的5G新业务新功能，在5G核心网发展比较成熟的情况下，可以采用此种部署模式。

2 独立组网模式与非独立组网模式优劣势分析

独立组网直接引入5G新网元，对现网无须改造，不会对4G用户体验产生影响。5G核心网的引入，提供了增强移动带宽场景(eMBB)、超高可靠、低时延通信场景(uRLLC)、海量机器通信(mMTC)三大场景及网络切片等其他5G新业务新功能。终端在NR覆盖边缘时，由5G到4G需要跨系统切换，对用户业务连续性影响大，所以5G基站NR必须连续覆盖，否则用户体验不高。SA方案由于支持终端上行双发和双流SU-BF, 覆盖和系统吞吐量性能都优于NSA;NSA方案由于互操作相对较少, 理论峰值速率相比SA方案更高[3]。在独立组网区域下，终端仅需要支持4G或5G一种通信方式即可，而非独立组网需要支持双连接功能，终端在4G和5G网络同时驻留，因此，独立组网功耗更低，但工程前期既要部署5GC，又要部署NR，投入成本高。

非独立组网中为了支持5G新空口的接入，需要对EPC进行升级以增强4G核心网网元功能。用户在接入网络时，通过LTE基站接入网络后，5G新空口和LTE空口提供数据承载，LTE负责用户控制面。option3不需对LTE软硬件升级，但是由于未使用5GC，所以无法提供5G新功能新业务。而option4/7需要对4G LTE升级至eLTE，option4还需要对硬件BBU进行升级,其核心网采用5GC，引入了5G新功能新业务，但前期不仅部署NR，还部署5G核心网。虽然带来了巨大的流量增益，但是成本高。Option 3X部署时，网元更改少，与现有LTE网络耦合程度深，适合初期NR基站比例小的情况，因此非独立组网初期一般采用option 3X。NSA标准冻结早，产业成熟，业务连续性更好。因为5G部署和LTE强行绑定，所以从NSA升级到SA要对无线网、核心网进行多次升级改造，升级完成后4G核心网却不再使用，只能用作备用设施。

5G网络部署可按照运营商的需要，选择按照独立组网还是非独立组网方式部署。运营商可以采取初期利用现有LTE EPC核心网设备, 采用无线双连接的组网架构, 快速开通5G试商用/商用网络。随着5G无线网络开通范围的增加, 可将4G核心网逐步升级至5G核心网。随着5G网络的全网部署, 基于无线双连接方式的网络架构将逐步转变为5G基站独立建站的部署方式[4]。在5G网络普及之后，NR将面临4G所面对的用户数量过高的风险。当独立部署产业成熟, 且拥有3.5GHz低频频谱可实现连续覆盖, 则推荐选择采用Option2方式建网。在NR连续覆盖场景下, Option2架构可以逐步过渡到Option4/4a架构。当独立部署产业未成熟, 或未拥有3.5GHz低频频谱无法实现连续覆盖, 则推荐优选Option3或Option7建网, 若NGC产业成熟度高, 则推荐采用Option7建网。在NR不连续覆盖场景下, Option3/3a架构可以逐步过渡到Option7/7a架构, 直至过渡到NR连续覆盖下的Option4/4a架构, 可满足运营商循序渐进逐步推广5G发展的策略[5]。因此，无论初期选择option2，还是option3/7网络部署模式，5G网络部署模式未来都会逐步过渡到option4部署模式以期解决5G用户数过多引起5G基站移动数据处理不足应对的问题。

3 结语

5G技术作为一场新的技术革新，有望改变整体通信网络架构的格局。即将逐渐普及的5G 技术目前则正处于研发期和建设期并存发展的关键阶段。目前，5G设备产业链尚不完善且独立组网前期投资成本高。因此，初期建网运营商需因地制宜、综合考虑，若采用非独立组网的话，先以option3模式部署再逐步接入5G核心网，在未来引入5G新功能新业务；若采用独立组网方式建网，则以option2模式部署，在不改动现网的基础上直接部署5G网络，建站及后续优化不影响4G用户体验。