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干货:5G的八大组网选项

  【IT168评论】有人说,5G演进之路如迷宫般复杂。与过去不同,5G组网架构选项高达8种,除了选项1就是4G架构,选项6和8被业界抛弃之外,也还剩下选项2、选项3、选项4、选项5和选项7五种选项,其中,选项3、4、7下面还包括了不同的子选项。

  今天我们的任务就是说清楚这些选项。

  简单的说

  简单的说,5G组网包括以下方案:

  ● 选项1,独立组网(SA),即LTE基站连接4G核心网,目前4G网络的组网架构。

  ● 选项2,独立组网(SA),即5G NR基站连接5G核心网。

  ● 选项3,非独立组网(NSA),即LTE和5G NR基站双连接4G核心网。

  ● 选项4,非独立组网(NSA),即5G NR和LTE基站双连接5G核心网。

  ● 选项5,独立组网(SA),即LTE基站连接5G核心网。

  ● 选项7,非独立组网(NSA),即LTE和5G NR基站双连接5G核心网。

  读起来有点像绕口令,还是用一张图来说明吧。

  这里还得提一下双连接(DC)。

  双连接技术最早提出于3GPP R12版本,也就是4G时代,其基本原理是让一部手机连接到无线接入网中的两个(或多个)节点(基站),其中一个是主节点,负责无线接入的控制面,即负责处理信令或控制消息;而另一个(或多个)节点为辅助节点,仅负责用户面,即负责承载数据流量。

  R12为啥要引入双连接技术呢?主要是为了提升网络速率,均衡网络负载,以及可避免切换中断,保证稳健的移动性。

  进入5G时代,LTE/NR双连接的原理基本与R12的LTE/LTE双连接原理相同,要么LTE基站(eNB)为主节点,5G基站(gNB)为辅助节点;要么5G基站(gNB)为主节点,LTE基站(eNB)为辅助节点。

  简单介绍完了,接下来我们具体介绍一下每一种组网选项。

  选项3系列

  2017年12月完成的3GPP Release 15 NSA NR标准正是基于选项3系列。

  在选项3系列中,终端同时连接到5G NR和4G LTE,控制面锚定于4G,沿用4G核心网。

  在控制面,选项3系列完全依赖现有的4G系统。但在用户面的锚定点上有区别,这就是选项3系列有3、3a和3x三个子选项的原因。

  选项3、3a和3x有啥区别呢?

  1. 选项3

  选项3的特点如下:

  ● 5G基站的控制面和用户面均锚定于4G基站。

  ● 5G基站不直接与4G核心网通信,它通过4G基站连接到4G核心网。

  ● 4G和5G数据流量在4G基站处分流后再传送的手机终端。

  ● 4G基站和5G基站之间的Xx接口需同时支持控制面和5G数据流量,以及支持流量控制,并要求满足时延需求。

  显然,选项3架构最大的问题是----4G基站鸭梨山大。

  由于4G和5G数据流量分流(或聚合)于4G基站,这意味着4G基站要同时处理4G+5G流量,5G的峰值速率是4G的几十倍,且原来的4G基站并非为5G高速率而设计,因此,4G基站必然会遭遇处理能力瓶颈问题。

  解决办法就是对4G基站进行硬件升级。

  但升级4G基站是要花钱的,一定有运营商不愿意,因此,3GPP就又推出了两种选项——选项3a和3x。

  2. 选项3a

  选项3a和选项3的差别在于,不再让4G基站鸭梨山大,4G和5G数据流量不再通过4G基站分流和聚合,而是用户面各自直通4G核心网,仅控制面锚定于4G基站。

  选项3a虽然减轻了4G基站的负担,也不用花很多钱对4G基站进行硬件升级,但存在新的缺点。

  首先,在用户面上4G基站和5G基站各自直连4G核心网,两者之间没有X2接口互联,这意味着两者将各自为阵单独承载4G和5G,没有负荷共享,比如可能4G基站只承载VoLTE语音流量,而5G基站只承载上网流量。

  同时,当手机从5G基站“切换”到4G基站时,需要核心网进行S1(基站与核心网之间的接口) Path Switch,所以存在一点点“切换”时延。

  3. 选项3x

  选项3x可以看成是选项3和选项a的合体。

  在选项3x下,控制面依然锚定4G,但在用户面5G基站连接4G核心网,用户数据流量的分流和聚合也在5G基站处完成,要么直接传送到终端,要么通过X2接口将部分数据转发到4G基站再传送到终端。

  选项3x架构面向未来,它即解决了选项3架构下4G基站的性能瓶颈问题,无需对原有的4G基站进行硬件升级,也解决了选项3a架构下4G和5G基站各自为阵的问题。

  对于一些低速数据流,比如VoLTE,还可以从4G核心网直接传送到4G基站。

  目前为止,大多数运营商选择了选项3x。

  选项2

  选项2就是5G基站与5G核心网独立组网,一次性将5G核心网和接入网一起“打包”迈进5G时代。

  在非独立组网下,5G与4G在接入网级互通,互连更复杂。而在选项2独立组网下,5G网络独立于4G网络,5G与4G仅在核心网级互通,互连简单。

  ▲选项2架构下,4G网络与5G网络在核心网级互联互通

  但问题是,与选项3系列依托于4G成熟的网络和生态规模优势不同,运营商一旦选择从选项2开始建网,就意味着需大规模投资建设一张独立的5G网络,在早期5G新用例还未爆发的现状下,这要求运营商需平衡好4G资产保护和5G建网投入。

  选项7系列

  选项7系列包括7、7a和7x三个子选项,类似于选项3,可以把它看成是选项3系列的升级版,只是选项3系列连接4G核心网,而选项7系列则连接5G核心网,NR和LTE均迁移到新的5G核心网。

  选项4系列

  选项4系列包括4和4a两个子选项。在选项4系列下,4G基站和5G基站共用5G核心网,5G基站为主站,4G基站为从站。

  选项4系列要求一个全覆盖的5G网络,因而采用小于1GHz频段来部署5G的运营商比较青睐这种部署方式。

  选项5

  选项5将4G基站连接到5G核心网,与选项7类似,但没有与NR的双连接。

  选择选项5的运营商非常看重5G核心网的云原生能力,比如英国运营商Three就计划提前将4G核心网迁移至5G核心网,以帮助一些企业专网提早接入其5G核心网,为他们提供灵活的网络切片服务,以及希望尽早为消费者提供云游戏服务等。

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