5G 组网部署策略 | 带你读《5G时代的承载网》之十四-阿里云开发者社区

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5G 组网部署策略 | 带你读《5G时代的承载网》之十四

简介: 5G 网络部署有两种策略:SA(独立组网)和 NSA(非独立组网)。如果采用 SA 方式,则将形成一个新的网络,包括核心网、回程链路和新基站;而 NSA 方式则是利用现有的 4G 基础设施,将 5G 微小站部署在高业务密度区域, 以分流 4G 网络压力,满足激增的移动数据流量需求。

第 3 章 5G 网络架构

| 3.4 核心网架构 |

| 3.5 5G 组网部署策略 |

5G 网络部署有两种策略:SA(独立组网)和 NSA(非独立组网)。如果采用 SA 方式,则将形成一个新的网络,包括核心网、回程链路和新基站;而 NSA 方式则是利用现有的 4G 基础设施,将 5G 微小站部署在高业务密度区域, 以分流 4G 网络压力,满足激增的移动数据流量需求。
在 3GPP TSG-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),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 商用网络不同阶段的 部署要求,其中,Option1/Option2/ Option5/Option6 为 SA 架构(LTE 与 5G NR 独 立 部 署 架 构 ),Option3/Option4/Option7/ Option8 为 NSA 架 构 (LTE 与 5G NR 双连接部署架构)。部署架构选项如图 3-21 所示。
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其中,Option1 是传统 4G 网络架构,LTE 连接 EPC;Option6 是独立 5G NR,仅连接到 EPC;Option8/Option8a 是非独立 5G NR,仅连接到 EPC, 是理论存在的部署场景,不具有实际的部署价值,标准中不予考虑。
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 3GPP TR38.801 中重点介绍的 LTE 与 NR 双连接的网络部署架构选项。
3GPP R12 中已经提出了双连接技术,与传统 LTE 双连接[有 3 种承 载类型:主小区组(MCG,Master Cell Group)承载、辅小区组(SCG, Secondary Cell Group)承载、MCG 分离承载]相比,LTE-NR 跨系统双连 接新增了 SCG 分离承载。
MCG 承载是协议栈都位于主节点(MN,Master Node)且仅使用 MN 资 源的承载;SCG 承载是协议栈都位于辅节点(SN,Secondary Node)且仅使 用 SN 资源的承载;分离承载是指协议栈同时位于 MN 和 SN 节点且同时使用 MN 和 SN 资源的承载,MCG 分离承载是指仅 MN 与核心网数据面相连,数据 由 MN 分流至 SN;SCG 分离承载是指仅 SN 与核心网数据面相连,数据由 SN 分流至 MN,具体如图 3-22 所示。
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MCG 分离承载、SCG 承载、SCG 分离承载分别对应 Option3/Option3a/ Option3x 的 3 个部署选项以及 Option7/Option7a/Option7x 的 3 个部署选项, MCG 分离承载、SCG 承载分别对应 Option4/Option4a 的两个部署选项(不存 在 Option4x 部署选项)。
候选的非独立部署架构 Option3/Option7/Option4 具体介绍及优劣势分析 如下。
1.Option3/Option3a/Option3x
Option3/Option3a/Option3x 部署架构如图 3-23 所示。
LTE 作为 MN 提供连续覆盖(LTE 作为控制面锚点),NR 作为 SN 热 点区域部署,升级 EPC 核心网,实现增强的业务体验,NR 的用户面可以通 过 LTE 与 EPC 间接连接。LTE 扮演了与核心网控制面连接锚点的角色,全 部的控制信令都是通过 LTE 下发,而用户面数据通过 LTE 进行承载分离。 Opiton3、Opiton3a 和 Opiton3x 的主要区别在于用户面路径不同,用户面分 别经由 LTE eNB、EPC、NR 进行分流。
优势:NSA Option3/Option3a/Option3x 标准化完成时间最早,可较早提 供5G高速率,有利于市场宣传;对NR覆盖无要求,支持5G NR和LTE双连接, 可以带来流量增益;网络改动小,建网速度快,投资相对少。
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劣势:该方案可能需要新建 5G NR 与现有 LTE 基站的设备厂商强绑定; 由于连接到 EPC 核心网,无法支持 5G 核心网引入的相关新功能和新业务。
适用场景:LTE eNB 作为 MN,NR gNB 作为 SN,适合于 5G 商用初期 热点部署,能够实现 5G 快速商用。
2.Option4/Option4a
Option4/Option4a 部署架构如图 3-24 所示。
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NR 作为 MN 提供连续覆盖(NR 作为控制面锚点),eLTE 作为 SN 提供 流量补充。核心网已经由全新的 5GC 取代,NR 成为 5GC 与 eLTE eNB 控制 面连接的锚点,值得注意的是,这里的 LTE 基站是增强型的 eLTE eNB,可 以通过新空口 NG-U 接入 5GC 中。Opiton4、Option4a 的主要区别在于用户 面路径不同,用户面分别经由 gNB、5GC 进行分流。因 NR 作为 MN 且 NR 带 宽大于 eLTE,因此,标准架构中没有考虑 Option4x 架构选项。
优势:支持 5G NR 和 LTE 双连接,带来流量增益;引入 5G 核心网,支 持 5G 新功能和新业务。
劣势:eLTE 涉及现网 LTE 无线的改造量较大,且产业的成熟时间可能会相对较晚;新建 5G NR 可能需要与升级的 eLTE 设备厂商绑定。
适用场景:NR 作为 MN,eLTE 作为 SN,由 NR 提供连续覆盖,适合于 5G 商用中后期部署场景。
3.Option7/Option7a/Option7x
Option7/Option7a/Option 7x 部署架构如图 3-25 所示。
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eLTE 作为 MN 提供连续覆盖(eLTE 作为控制面锚点),NR 作为 SN 在热点区域部署;LTE 基站升级改造为 eLTE 接入 5G 核心网,这种方式是 Option4/4a 的变体,区别在于控制面连接锚点的功能改由 eLTE eNB 承担。 Opiton7、Option7a 和 Option7x 的主要区别在于用户面路径不同,用户面分别 经由 LTE eNB、5GC、NR 进行分流。
优势:对 NR 覆盖无要求,能够有效利用现有大规模 LTE 资源;支持 5G NR和LTE双连接,带来流量增益;引入5G核心网,支持5GC新功能和新业务。
劣势:eLTE 是指通过升级改造连接到 5G 核心网的演进 LTE 基站,涉及 LTE 基站的改造量较大,并可能涉及硬件的改造或替换(需提升容量及峰值速 率、降低时延,并需要升级协议栈、支持 5G QoS 等),且产业的成熟时间可能 会相对较晚;新建 5G NR 可能需要与升级的 eLTE 设备厂商绑定。
适用场景:eLTE 作为 MN,NR 作为 SN,适合于 5G 部署初期及中期场景, 由升级后的 eLTE 基站提供连续覆盖,NR 作 为热点覆盖提高容量。
候选的独立部署架构选项包括 Option2 和 Option5,如图 3-26 所示。

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1.Option2
Option2 通过部署 NR 接入 5GC,是独立 5G 架构,也是业界公认的 5G 目标架构。
优势:一步到位引入 NR 和 5GC,不依赖于现有4G网络,演进路径最短;全新的NR和5GC,能够实现全部的5G新特性, 能够支持 5G 网络引入的所有相关新功能和新业务。
劣势: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 NR 与 LTE 系统间切换;初期部署成本相对较高,无法有效利用现有 LTE 基站资源。
适用场景:该架构作为 5G 系统的目标架构和最终形态,适合在整个 5G 商 用周期内进行部署。
2.Option5
在 Option5 方案中,LTE 需要升级改造为 eLTE,接入 5G 核心网。
优势:能够有效利用现有大规模 LTE 资源。
劣势:eLTE 涉及现网 LTE 无线的改造量相对较大;升级现网 LTE 为 eLTE,绑定厂商。
Option2 与 Option5 比较。两者的主要差别在于空口层面,5G NR 采用新 型波形和多址、新的帧结构、新的信道编码等技术,能实现更高速率、更低时 延和更高效率,改造后的 eLTE 与 NR 相比在峰值速率、时延、容量等方面依 然有明显差别。NR 底层的优化和后续的演进,eLTE 都不一定支持。因此,不 推荐现网部署 Option5 架构。
从包括核心网和无线连接、覆盖方式、提供的业务和功能、互操作和切换、 终端和协议等多个方面,对于重点部署架构选项 Option3/Option7/Option4/ Option2 进行归纳总结,具体见表 3-1。
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根据运营商 5G 商用部署进度计划、可用频谱资源、终端和产业链成熟情况、 总体建网成本等,运营商可以选择不同的组网部署演进路线。由于 NSA 标准化 完成时间早于独立部署,因此,运营商可以选择优先部署 5G 无线网络,或 SA 成熟时直接部署 NR 和 5GC。SA Option2 部署架构作为 5G 部署的终极目标架 构,总体可以归纳为两大类部署演进路线,如图 3-27 所示,每大类又可以细 分为多个典型的迁移路径供选择。
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1.5G 商用初期直接选择独立部署架构
迁移路径一(一步走方案):Option1 → Option 2。
Option1 → Option2,如 5G 建设初期具备直接部署 Option2 的条件,则可 以一步到位,新建 NR,接入新建的 5GC 中,能够体现 5G 网络全部性能优势;不需要改动现网 LTE/EPC(需要支持 N26 接口互操作)。
5G 建网初期实现 5G NR 连续覆盖难度较大,成本较高。
2.5G 商用初期选择非独立部署架构,再向独立部署架构演进
迁 移 路 径 二( 分 步 走 方 案 ):Option1 → Option3x →(Option7x) → (Option4)→ Option2。
采用非独立部署可以有 Option3/Option7/ Option4 共 3 种部署方式,不同 组合方式下的迁移路径可能有多种选择,可以根据运营商具体情况进行合理选 择,最终演进到 Option2 目标架构。
5G NR 优先引入,基于 NSA Option3 开始部署,升级 EPC 为 EPC+; 后续引入 5GC,可选部署 Option7x/Option4;可同时部署多个 Option,如 Option3x(满足 eMBB 需求)+ Option2(热点部署,满足部分垂直行业需求); 终端形态较多,需要支持多种制式。
部署 Option3x。5G 商用部署的频率(6GHz 以下频段主要是 3.5GHz 和 4.8GHz)相比 LTE 频率(2.6GHz 频段)会高,因此,NR 覆盖范围相比 LTE 会有所减小。5G 商用初期主要为了满足 eMBB 业务需求,可以充分利用现有 LTE 无线和 EPC 实现连续覆盖和移动性,NR 覆盖提升用户面容量。
可选部署Option7/Option7a/Option7x。可以在Option3/Option3a/Option3x 部署后迁移到 Option7/Option7a/Option7x,将 LTE 升级到 eLTE,新建 5G 核心网;也可以直接在 5G 商用初期跳过 Option3/3a/3x 直接部署 Option7/ Option7a/Option7x。该方案的优势在于,在利用 eLTE 广覆盖优势的同时, 可以使用 5G 核心网的相关高级特性。
可选部署 Option4/Option4a。Option4/Option4a 部署架构有较大可能 在 5G 部署中后期采用,随着 5G NR 逐渐实现连续覆盖,同时又可以将现网 eLTE 利用起来作为容量补充。
由非独立部署架构演进到独立部署架构的可选路径示意如图 3-28 所示, 5G NR 逐步由热点覆盖演进到 5G NR 连续覆盖,实现 5G 独立组网架构。
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SA 架构 Option2 是 5G 网络建设的终极目标,能够体现 5G 的全部技术优 势并提供全部的 5G 网络服务,NSA 架构作为 5G 部署的演进过程,最大优势 是能够在演进过程中充分利用现有 LTE 网络资源,并能够实现快速部署。但在 建网过程中也应尽量避免过长的 5G 整体演进路线,需要对网络进行频繁升级 和改造才能得到 SA,整体投资成本也会更高。
基于 5G 整体网络部署演进路线选择,核心网专业有两种部署方式选择: 如果采用 Option3/Option3a/Option3x 部署架构,需要将现网 EPC 升级为 5G NSA,如果采用其他部署架构选项(Option2、Option4/Option4a、Option5、 Option7/Option7a/Option7x),则均需新建 5G 核心网。
1.EPC 升级为 5G NSA
如果采用 Option3/Option3a/Option3x 部署架构,需要对 EPC 进行软件 升级(含 MME、SAE-GW、PCRF、HSS、CG 等网元),主要包含支持双连接、 QoS 扩展、5G 签约扩展、NR 接入限制、计费扩展等方面。
为实现统一的数据管理和策略管理,需要对现网全部 HSS、PCRF 进行升 级,为尽量减少对于现网无线 LTE 基站的升级改造,建议升级 POOL 内全部 MME 设备,可按需升级改造部分 SAE-GW 设备(MME 和 DNS 根据 UENR-CAPABILITY 为 5G-ENABLED 的 UE 选择 NSA-GW)支持 5G NSA 功能及 5G 大数据带宽,并按需升级部分 CG 设备。
云化的 5G NSA 核心网后续可以进一步平滑演进到 5G 核心网。
2.引入 5G 核心网
5G 核心网采用服务化架构、支持网络切片、分布式部署、需基于 NFV 云 化形式部署。基于云化新建方式及 VEPC 向上升级方式,部署 AMF、SMF、 PCF、UPF、UDM、NEF、NRF、NSSF 等 5GC 网络功能,如图 3-29 所示。
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基于不换卡不换号原则,为实现统一的数据管理和策略管理,5G 核心网引 入之初,需要首先考虑实现融合 UDM/HSS、融合 PCF/PCRF,涉及现网存量HSS 和 PCRF 设备。
部署融合 SMF/PGW-C 实现统一会话管理锚点,部署融合 UPF/PGW-U, 实现统一用户面的锚点,保证业务连续性。AMF 和 MME 之间通过 N26 接口 进行控制面互通,传递上下文等互操作信息,以实现5G核心网与EPC的互操作。
3.5G 核心网与 EPC 融合演进,实现统一核心网
5G 部署中后期,随着 5G 业务发展及传统 EPC 设备的老旧退网,核心网 逐步实现全云化,EPC 逐步向 5G 核心网迁移。EPC 和 5G 核心网能够部署在 相同的云化基础设施上,VEPC 向上升级支持相应 5G 核心网功能,新建 5G 核 心网向下兼容相应 EPC 网元功能,最终实现统一融合核心网,通过网络切片满 足三大业务场景需求。5G 与 EPC 融合核心网同时支持 NSA 和 SA 多种接入方 式,具体如图 3-30 所示。
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5G 网络选择独立部署还是非独立部署及演进路线,是各运营商在引入 5G 网络时必须面临的关键问题。各运营商应根据自身网络情况、5G 商用部署时间 计划、终端及芯片产业链支持情况、频率资源和覆盖策略、建网成本等多方面 关键因素进行权衡考虑,选择适合自身的 5G 整体演进路线,为用户提供更优 质的网络服务。

| 3.6 5G 网络重构关键技术 |

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