5G商用组网策略研究

5G商用组网策略研究

摘要：随着中国5G牌照的发放，中国的5G商用部署进入关键时期，5G网络建设采用何种部署模式及演进路径是各运营商需要考虑的首要问题。本文首先介绍了3GPP标准定义的5G网络架构选项，进一步通过对重点选项的深入研究和对比，在三家运营商5G组网优劣势分析的基础上，给出对应的部署策略选择建议。关键词：5G，NSA，SA一、引言当前，全球5G正在进入商用部署的关键期，中国5G产业已具有竞争优势。2019年6月6日，工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放了5G商用牌照。这意味着，中国正式进入了5G商用元年。但是三大运营商对5G网络组网策略的选择却存在差异。中国移动在MWC19峰会上宣布，同步推进5G非独立组网架构（NSA）和独立组网架构（SA）发展，2019年启动NSA规模部署，同时加速推进SA端到端产业成熟，实现SA为基础的目标网。中国电信则表示将优选SA方案组网，通过核心网互操作实现4G/5G网络协同，SA独立组网方案来确保用户体验和个性化服务，实现真正的5G。中国联通表示在2019年将进行5G业务规模示范应用及试商用，计划在2020年正式商用。其5G网络将以刚刚冻结的SA为目标架构，前期聚焦eMBB，持续保持中国联通在3G和4G时代的网络速率优势。后续中国联通将结合技术标准和生态系统的发展进程，积极引入uRLLC和mMTC技术，提供车联网、工业互联网等垂直行业的数字化转型支持。可见5G网络建设采用何种部署模式及演进路径是各运营商需要考虑的首要问题。本文主要通过对比分析3GPP标准定义5G网络架构各选项间的不同，给出组网策略选择建议。二、5G系统网络架构3GPPTSG-RAN第72次全体大会上，RP-161266提出了12种5G系统整体架构（涉及8类option）[2]，这些架构选项是从核心网和无线角度相结合进行考虑的，部署场景涵盖了未来全球运营商部署5G商用网络在不同阶段的部署需求[1]。在3GPPTR23.799核心网标准中同样提到了这8个option[3]，其中option1/option2/option5/option6为SA架构（LTE与5GNR独立部署架构），option3/option4/option7/option8为NSA架构（LTE与5GNR双连接部署架构）。其中option2/option3/option4/option5/option7是3GPP标准以及业界重点关注的5G候选组网部署方式，其中option3/option4/option7是在3GPPTR38.801中重点介绍的LTE与NR双连接的网络部署架构选项[4]。2.1独立部署架构（SA）在可选项中，option2和option5都归属于独立部署架构。其中option2是通过部署5GNR（新无线）接入5GC（5G核心网），是SA组网的主流方案。option2与option5对比，两者的差别是通过NR还是通过eLTE接入5GC，NR需要全新部署，在不依赖于现有4G网络的情况下同时提供覆盖和容量，而且能够实现全部的5G新特性，支持所有5G新功能，新业务，如网络切片、新型QoS等。但是从零开始、一步到位的部署一张全新网络势必带来初期部署成本较高，站址建设和网络优化压力较大的问题，在部署期间与现有LTE网络间的切换和重选问题也是不可避免。但是尽管如此，option2仍然是5G网络部署的终极目标架构。相比之下option5通过eLTE接入5GC，能有效利用现有的4G网络资源逐步向5G网络演进，但是仍将面临现网LTE向eLTE的大规模改造，而且eLTE无法支持对于日后5G新特性的升级，具备较高的发展局限性，所以普遍不被运营商看好。2.2非独立部署架构（NSA）在可选项中，Option3/3a/3x、Option4/4a和Option7/7a/7x都归属于非独立部署架构。Option3/3a/3x和Option7/7a/7x均采用LTE作为控制面锚点，以LTEeNB作为MN（主节点）分别接入EPC或5GC，而NRgNB作为SN（辅节点）仅承担用户面转发功能，适用于5G商用初期及中期，由LTE网路提供连续覆盖，NR作为热点覆盖提高容量。Option4/4a采用NRgNB作为控制面锚点，即作为MN提供连续覆盖，而LTEeNB作为SN仅承担用户面转发功能，适用于5G商用中期和后期的部署。下面分别针对option3/option7/option4优劣势进行具体介绍和分析。（1）option3/option3a/option3xoption3/option3a/option3x部署架构如图1所示。从上图的部署架构可以看出，option3系列的3个选项都无需部署5GC，5G基站通过4G基站接入到4G核心网，所以就需要对现网的LTE基站和核心网进行大规模升级，而几乎所有的运营商都不愿意把钱花在对迟早要淘汰的4G网络设备升级上。由于其用户业务数据流的处理方式不同，option3的双连接受限于LTEPDCP层的处理能力瓶颈，option3a/3x的提出提供了LTE和NR间另外2种双连接方式。option3a下LTEeNB和NRgNB在用户面单独连接核心网EPC，仅在控制面锚定于LTEeNB，其数据链路是相对独立的，所以省去了升级4G基站的烦恼。相比于option3a，option3x将数据分流和聚合功能迁移到NRgNB的PDCP层，NRgNB的处理能力很强，有效避免了LTEPDCP层的处理瓶颈问题。由此可见，选择option3x优势明显，运营商无需对现有LTE网络升级进行大规模投资，而且不用部署5GC，能最快速度将NR引入现网。但是因为对5G业务支持有限，无法支持uRLLC业务，所以只适用于5G部署初期。（2）option7/option7a/option7xoption7/option7a/option7x部署架构如图2所示。option7系列相比option3系列最大的变化是引入了5G核心网，支持5G新功能和新业务。由升级后的eLTEeNB提供连续覆盖，NRgNb提供容量补充。opiton7、option7a和option7x的主要区别在于用户面的路径不同，用户面分别通过eLTEeNB、5GC和NRgNB进行分流。所以和option3系列相似，推荐选择option7x，由NR作为用户面锚点，能够支持5G带来的高流量和高性能，同时降低了eLTEeNB的用户面转发要求和升级改造成本，可作为5G演进中期的部署策略。（3）option4/option4aoption4/option4a部署架构如图3所示。option4/option4a同样是支持5GNR和LTE双连接的部署策略，引入5G核心网，能够支持5G新业务和新功能。而不同的是，option4系列是由NR作为MN，eLTE作为SN，由NR提供基础连续覆盖，由升级后的eLTE提供容量补充，适用于5G网络演进中后期的部署策略。三、5G商用网络演进路线建议基于上述章节对于5G网络架构各选项的对比分析，可以看出SAoption2是5G网络架构的最终形态，也是各运营商部署策略演进的最终目标。所以5G商用网络部署可以归纳为选择“一步登天”和“步步高”两种演进策略。“一步登天”就是直接选择独立部署5G网络架构，直接选择option2，实现5GNR的连续覆盖，实现5G独立组网架构。此策略显然对中国电信和中国联通更有吸引力，因为这两家运营商在4G网络时代都没有多少优势并没有“恋战”的必要，似乎选择“背水一战”才符合“绝地反击”的气质。加之划分给中国联通和中国电信的3.5GHz的5G频段是国际上最成熟的频段，其基站设备和产业链也十分成熟，成熟的产业链势必降低产品成本从而降低产品价格，选择SA组网亦可摆脱对原4G网络设备厂商的依赖重新择优选择供货商，所以这些都可成为独立建网的先天优势。“步步高”则是选择非独立部署架构，逐步进行网络演进，即“option3x→（option7x）→（option4）→option2”。虽然NSA是一种过渡方案，主要满足eMBB的需求，但是5G网络初期用户不多，应以解决覆盖为主，通过充分利用原有的LTE基站广覆盖优势，并且进行快速网络升级支持5GC下的多种业务类型，确保用户感知。同时，可根据不同场景的不同业务需求，制定不同的网络演进路径，网络的发展可以自由“增速”和“减速”。中国移动在4G基站站址的储备量上是其他两家无法相比的，加之划分给中国移动的2.6GHz低频的5G频段也包含现网的LTED频段，中国移动只需要进行频谱重耕后，经过对存量站点简单的软、硬件升级即可开通5G基站，可谓占尽速度优势。四、结语在整个5G商用的推进过程中，中国移动、中国电信和中国联通三大运营商对自己未来5G网络的发展和定位一直都有自己明确的考虑，他们各怀雄心壮志，谁也不想走弯路，都想把有限的投资花在刀刃上，毕竟网络架构的选择是一个关系到未来竞争格局的关键问题。比如中国移动今年启动了NSA的规模部署，就是为了抢占先机拔得头筹，继续扩大在4G时代的领先优势。显然中国移动已经做好让4G网络和5G网络长期共存的准备，而中国联通和中国电信是否有此打算则不好说，成本仍然是困扰他们5G建设的最大难题，而且更重要是如何仰仗5G的“超能力”在5G时代打出漂亮的翻身仗，也许选择SA组网策略，避免过长的演进路线，更能有助于“弯道超车”。参考文献：[1]杨旭，肖子玉，邵永平，宋小明.5G网络部署模式选择及演进策略[J].电信科学，2018，34（6）：138-146.[2]3GPP.Studyonarchitecturefornextgenerationsystem（release14）：TR23.799V14.0.0[S].2016.[3]R3-161809.AnalysisofmigrationpathstowardsRANfornewRAT[R].2016.[4]3GPP.Studyonnewradioaccesst