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三分钟看懂5G NSA和SA


5G要来了,带着期许的每秒上G的网速。

但对于5G的到来,我们似乎并没有像对当初3G4G那样殷切地期待。

3G4G催生了移动互联网的浪潮,如今这座大厦已经建成,5GeMBB似乎仅是锦上添花,让网速更快一些而已。

曾经大热的eMBB应用VR,现在又开始在低谷蛰伏。

而5G的愿景:万物互联呢?5G为此定义了两个场景mMTCuRLLC,期望以此引爆物联网垂直应用。


然而,从4G时代引入的NB-IoTeMTC这两个低功耗广覆盖的物联网技术已经可以满足海量机器互联的需求,但业界对应用和商业模式还在苦苦探索。

以自动驾驶为代表的低时延高可靠通信的应用,目前还在蹒跚学步,路慢慢其修远。

所以,5G的部署真的要这么快吗?

5G是未来大势所趋,但4G仍是主流。

据相关咨询公司预测,在2020年,4G将承载全球88%的流量,即使到了2025年,4G用户数仍然占据50%60%

因此,和4G不同,业界对5G的投资都会比较谨慎,希望能投石问路,循序渐进。

这一切也反映在了3GPP对5G的架构标准化的进程上。

在最早冻结的5G NSA(非独立组网)下,5G无法单独工作,仅仅是作为4G的补充,分担4G的流量。5G SA(独立组网)的标准化足足比非独立组网慢了半年之久。

下面我们将详细讨论什么是非独立组网和独立组网,以及它们有何异同之处。

                             5G独立组网

                对于5G的网络架构,在3GPP TSG-RAN 第 72 次全体大会上,提出了8个选项,如下图所示。

5G网络架构的8个选项

这8个选项分为独立组网和非独立组网两组。其中选项1256是独立组网,选项3478是非独立组网。非独立组网的选项347还有不同的子选项。

在这些选项中,选项1早已在4G结构中实现,选项6和选项8仅是理论存在的部署场景,不具有实际部署价值,标准中不予考虑。

下面我们逐个探讨,,先从独立组网说起。

这就是选项1,其实这是纯4G的组网架构。

注意看图里面连接手机、4G基站和4G核心网的各有一条实线和一条虚线。其中虚线代表控制面,实线代表用户面。

控制面:就是用来发送管理、调度资源所需的信令的通道。

用户面:直观理解就是发送用户具体的数据通道。用户面和控制面是完全分离的。

然而,选项1和5G并没有一毛钱关系,Pass,下一个!


这是选项2,架构很简单,就是5G基站连接5G核心网,这是5G网络架构的终极形态,可以支持5G的所有应用。

别看架构简单,要建这样一张5G网,要新建大量的基站和核心网,代价不菲。想想看,光中国移动就有将近230万个4G站点,要是在建同样大的一张5G网络得花多少钱?

这是选项5,可以看出,这其实是把4G基站升级增强之后连到了5G核心网之上,本质上还是4G。但新建了5G核心网之后,原先的4G核心网也该慢慢退服,一定会出现4G基站这连接5G核心网的需求,因此也算是未来会出现的架构。

但是,改造后的增强型4G基站跟5G基站相比,在峰值速率、时延、容量等方面依然有明显差别。后续的优化和演进,增强型4G基站也不一定都能支持。因此选项5架构的前景也不乐观。


这是选项6。把5G基站连到4G核心网,还独立组网?这样5G基站有力使不出,也太憋屈了。况且,5G基站作为花钱的大头都建了,竟然不建相对是小头的5G核心网?因此这个架构是不会有运营商选择的,3GPP也没有考虑标准化。

总结起来,5G可能的独立组网方案只有选项2和选项5,其中选项25G网络的终极架构。

选项2的优势如下:

1、一步到位引入5G基站5G核心网,不依赖于现有4G网络,演进路径最短

2、全新的5G基站5G核心网,能够支持5G网络引入的所有新功能和新业务。

与此同时,选项2对应的劣势如下:

1、5G 频点相对 LTE 较高,初期部署难以实现连续覆盖,会存在大量的5G与4G系统间的切换,用户体验不好。

2、初期部署成本相对较高,无法有效利用现有4G基站资源。

5G非独立组网

下面到了非独立组网了,总体上来说,非独立组网要比独立组网复杂得多,这也是省钱所必须要付出的代价。

首先解释几个术语:

1、双连接:顾名思义,就是手机能同时跟4G5G都进行通信,能同时下载数据。一般情况下,会有一个主连接和从连接。

我们可以把双连接想象成我们常用的耳机一样,两路数据可以通过左右一双耳机传送。耳机的两个听筒像极了双连接)

2、控制面锚点:双连接中的负责控制面的基站就叫做控制面锚点。

不妨继续以耳机做比喻,控制面就像耳机中的控制按钮,有控制按钮那一侧一样既可以控制播放也可以发送数据。

3、分流控制点:用户的数据需要分到双连接的两条路径上独立传送,但是在哪里分流呢?这个分流的位置就叫分流控制点。

5G非独立组网的诸多选项,都是由下面的三个问题的答案排列组合而成:

非独立组网三问

非独立组网的3系列,7系列及4系列,就是对这3个问题的不同回答。下面我们来逐个介绍。


选项3系列

该系列的基站连接的核心网是4G核心网,控制面锚点都在4G,适用于5G部署的最初阶段,覆盖不连续,也没太多业务,纯粹是作为4G无线宽带的补充而存在。

3系列分为33a3x3个选项,为什么有这样的区分呢?关键在于数据分流控制点的不同。

                   

选项3

从上图可以看出,选项3的数据分流控制点在4G基站上,也就是说,4G不但要负责控制管理,还要负责把从核心网下来的数据分为两路,一路自己发给手机,另一路分流到5G去发给手机。

4G基站真是既当爹又当妈,必须花大力气要软件升级才能具备这样的能力,然而,老迈的基站硬件能否扛得住这些5G的汹汹流量还真不好说,搞不好硬件也得升级。

真是劳民伤财。因此,选项3颇不受待见,自提出以来就乏人问津。

 

选项7x

选项7的数据分流点在增强型4G基站,选项7a的数据分流点在5G核心网,选型7x的数据分流点在5G基站。

和3系列类似,选项7a7x都是可以接受的,但7x更受欢迎一些。

综上,选项7系列的优劣势及适用场景如下:

优势:

1、对5G的覆盖没有要求,可利用4G的覆盖优势。

2、支持双连接来进行分流,上网速度大为提升,用户体验好。

3、引入5G核心网,支持5G新功能和新业务。

劣势:

1、增强型4G基站需要的升级改造工作量大。

2、产业成熟时间可能会相对较晚。

3、5G 基站跟增强型4G基站必须搭配干活,需要来自同一个厂商,灵活性低。

适用场景:

5G部署初期及中期场景,由升级后的增强型4G基站提供连续覆盖、5G仍然作为热点覆盖提高容量,建议使用选项7x。


选项4系列

下面我们有请选项4闪亮登场。

这一回,5G彻彻底底地成为了主角。核心网早已切换为5G核心网,5G基站也成为了控制面锚点,彻底当家做主。 

选项3a

选项3a就做了一些改进,把数据分流控制点放在了4G核心网上,由核心网向4G5G基站分发用户面数据。虽说这样要比选项3好得多,但4G核心网也要来个大的升级才行

选项3x

选项3x很聪明地把数据分流控制点放在了5G基站上。你5G基站不是很牛么,年轻就要多干活多历练,分流的任务就你来吧。

这样一来,选项3x避免了对已经在运行的4G基站和4G核心网做过多的改动,又利用了5G基站的速度快能力强的优势,因此得到了业界的广泛青睐,成为了5G非独立组网部署的首选。

综上,选项3系列的优劣势及适用场景如下:

优势:

1、标准化完成时间最早,有利于市场宣传。

2、对5G的覆盖没有要求,支持双连接来进行分流,用户体验好。

3、网络改动小,建网速度快,投资相对少。

劣势:

1、5G 基站跟现有4G基站必须搭配干活,需要来自同一个厂商,灵活性低。

2、无法支持5G核心网引入的相关新功能和新业务。

适用场景:

5G商用初期热点覆盖,能够实现5G快速商用,推荐使用选项3x。

 

选项7系列

7系列比3系列向5G的演进更近了一步。在该系列中,核心网已经切换到了5G核心网,为了和5G核心网连接,4G基站也升级为增强型4G基站。

然而7系列的控制面锚点还是在4G上,适用于5G部署的早中期阶段,覆盖还不连续,但由于已经部署了5G核心网,除了最基本的移动宽带之外,其他两个业务mMTCuRLLC也可以被支持了。

可以看出,对于此选项,5G无线自身的业务能力大大增强,只是覆盖还需要4G进行补充。

7系列同样分为77a7x3个选项,关键区别也在于数据分流控制点的不同。

    

                                       选项7    

                                               选项7a

 


                              选项7x

选项7的数据分流点在增强型4G基站,选项7a的数据分流点在5G核心网,选型7x的数据分流点在5G基站。

和3系列类似,选项7a7x都是可以接受的,但7x更受欢迎一些。

综上,选项7系列的优劣势及适用场景如下:

优势:

1、对5G的覆盖没有要求,可利用4G的覆盖优势。

2、支持双连接来进行分流,上网速度大为提升,用户体验好。

3、引入5G核心网,支持5G新功能和新业务。

劣势:

1、增强型4G基站需要的升级改造工作量大。

2、产业成熟时间可能会相对较晚。

3、5G 基站跟增强型4G基站必须搭配干活,需要来自同一个厂商,灵活性低。

适用场景:

5G部署初期及中期场景,由升级后的增强型4G基站提供连续覆盖、5G仍然作为热点覆盖提高容量,建议使用选项7x。


选项4系列

下面我们有请选项4闪亮登场。

这一回,5G彻彻底底地成为了主角。核心网早已切换为5G核心网,5G基站也成为了控制面锚点,彻底当家做主。 

        

         


                                 选项4

                                  

选项4a

4系列分为选项44a。从上面的两张图可以看出,它们的区别仅在于数据分流控制点是在5G基站还是5G核心网,这两者都是新网元,不涉及旧设备的升级改造,因此都是可以接受的。

4系列的应用场景是在5G部署的中后期。5G已经达到连续覆盖,彻彻底底地把4G甩在身后,成为了5G的补充。

综上,选项4系列的优劣势及适用场景如下:

优势:

1、支持5G4G双连接,带来流量增益,用户体验好。

2、引入5G 核心网,支持5G新功能和新业务。

劣势:

1、增强型4G基站的部署需要的改造工作量较大。

2、产业成熟时间可能会相对较晚。

3、5G 基站跟增强型4G基站必须搭配干活,需要来自同一个厂商,灵活性低。

适用场景:

由5G提供连续覆盖,适合于5G商用中后期部署场景,建议使用选项4。

等等,选项8呢?把4系列中的5G核心网换成4G核心网就是选项8了。

但这如日中天血气方刚的5G基站岂能作为控制面锚点委身于老气横秋的4G核心网?这太不合理了,因此3GPP并未考虑对其进行标准化。


04

5G组网演进路径


讲完了5G的独立组网和非独立组网这两种架构的特点和优劣势,那么问题来了,这么多架构之间要怎样演进呢?

可以分为两条路径。

路径1:一步到位,直接上选项2终极形态。这是土豪的最爱,也是中国移动、联通和电信共同的选择。

路径2:选项 选项3x  选项7x  选项4  选项2,中间的步骤都是可选的。

路径2看起来很复杂,而且多次投资比一次投资总共花的钱要更多。但是,风险小啊,走一步看一步也是明智之选。  

5G网络架构演进的两条路径

路径2看上去如此复杂,从4G核心网到5G核心网的切换是很大的原因。好在随着虚拟化和云化基础的逐渐成熟,4G核心网和5G核心网可以合二为一,成为4/5G融合的核心网,即是4G核心网,也是5G核心网,你中有我,我中有你。

这样一来,对于无线侧的演进提供了极大的便利,多种网络架构可以和谐共存,切换起来也就易如反掌了。

其实,决定这一切的只有一个因素,那就是5G需求的全面爆发。届时,伴随着网络架构的升级,5G之花将绚烂绽放。

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