5G非独立组网和独立组网方案的探讨

5G非独立组网和独立组网方案的探讨

黄高雷

（广东省电信规划设计院有限公司）

摘  要：独立组网（Standalone,SA）是建设一个端到端全新的通信网络，与现有4G网络联系较弱。非独立组网（Non-Standalone,NSA）是指基于现有的4G网络，建设5G基站并进行逐步升级演进。独立组网网络优势明显但费用高建设周期长，而非独立组网建网较快，但是长期的演进方向同样为独立组网形式。

关键词：非独立组网、独立组网

1. 前言

5G是第五代移动电话通信标准，也称第五代移动通信技术，主要特点是波长为毫米级，具有超大带宽，超高速度，超低延时以及超大连接的网络特性。5G是相对现行移动通信技术而言的，1G模拟通信技术通过电路交换实现了语音通话功能；2G时代除了实现语音通信，还支持GPRS分组数据业务，下行速率可达236kbps；通信网络发展进入3G时代，在2G网络的基础上发展了高带宽多媒体通信，例如图像、音乐、短视频等，安全性相比1G更高，速率也更大，最高理论速率为14.4Mbps；4G时代则是以分组数据业务为主，网络特性相比于前几代网络通信技术可谓是跳跃性的提升，传输速率可以达到100Mbit/s，而LTE-A的速率甚至能达到300 Mbit/s，网络服务体验提升巨大。

5G将是通信时代的一次伟大革新，实现了由人与人的通信转向了人、物互联的通信转变，包括增强现实和虚拟现实、智能家居、云端办公以及能够支持海量用户连接的物联网、远程医疗以及自动驾驶等。5G技术将全面服务于社会各行各业，改变的不仅仅是通信行业，而且会更加深远的影响日常消费、垂直行业、工业制造业的生产方式和应用体验等领域，引领个人定制化潮流的到来。 

5G比3G/4G网络速率提升显著，能够达到0.1Gbps-1Gbps。5G的传输峰值速率大幅度提升，每秒传输量能够达到2Gbps；可支持的移动性为500+ km/h，相比于4G，最大移动速度提高到43%，也就是当以每小时500公里速度高速移动时，能够保持可靠连接，5G信号服务切换不中断。

目前我国高铁最高时速不超过350km/h，那么可以想象的到，5G网络覆盖后我们在乘坐高铁出行时，将不会出现信号屡次中断服务不可用的情况。5G端到端的传输时延小于5毫秒，是4G传输时延的十分之一，能够满足无人驾驶、云上医疗、远程控制等超低时延业务的苛刻要求。5G网络具有超高流量密度的特性，能够对将来巨量的业务流量增长提供有力支持。

2. 5G组网方式

5G网络为行业应用的发展提供新的契机。建设和部署5G网络成为第一要务，5G网络的部署主要由两部分组成：核心网和无线接入网。新建5G网络需要对这两部分分别实施，建设周期长，需要投入大量资金。因此，国际通信标准化组织提议根据投资和建设周期分别按照独立组网和非独立组网方式按需建设。

独立组网（Standalone,SA）是建设一个端到端全新的通信网络，与现有4G网络联系较弱。同时，终端不需要考虑跟随网络演进升级替换，不用规划演进路线。非独立组网（Non-Standalone,NSA）是指基于现有4G网络，建设5G基站并进行逐步升级演进。非独立组网需要对传输网和核心网进行升级改造，以实现SDN和NFV等网络功能，并且需要多次对网络进行软件升级来实现演进。建设非独立组网的目的是充分利用现有4G网络，降低建设成本保护投资，同时能够快速进行5G网络建设，实现网络热点区域广、深覆盖，在网络建设初期的竞争过程中获得更大的优势。

当前国际通信标准化组织列出8种5G组网方式，分别是：Option1、Option2 、Option 3/3a/3x、Option 4/4a、Option 5、Option 6、Option 7/7a/7x、Option 8/8a。属于独立组网选项的有：Option1、Option 2、Option5和Option 6；属于非独立组网架构选项的是：Option 3/3a/3x、Option 4/4a、Option 7/7a/7x、Option 8/8a。5G网络组网架构列出的方式详见下图，其中蓝色虚线表示控制面链路，蓝色实线表示用户面链路：

图1 5G网络组网的方式

2.1.独立组网方式

根据国际通信标准化组织给定的独立组网架构选项分别是：Option1、Option 2、Option5和Option 6。

1)Option 1和Option 2

图2 Option 1和Option 2独立组网的方式

目前4G网络组网是Option 1方式。其中控制面链路用蓝色虚线表示，用户面链路用蓝色实线表示。5G网络独立组网架构是Option 2方式，网络建设时间长，需要单独建设基站和核心网，建设成本更高，需要大量的资金和人员投入，但是服务质量更好，对争端支持更友善，不会受网络升级而频繁更换终端的困扰。

2)Option 5和Option 6

图3 Option 5和Option 6独立组网的方式

Option 5需要先部署新核心网，是以5G作为最终目标网建设的，4G核心网的功能由5G核心网实现，EPC逐步退网后使用5G的NGC。同时需要先将现网4G基站升级成增强型4G基站，再建设5G基站。Option 6架构是选用4G核心网，需要先部署5G基站，但是这种建设方式会限制5G网络的部分功能，例如网络切片、网络虚拟化管理等，所以Option 6不适合作为5G建设的独立组网标准，已经被舍弃。

2.2.非独立组网方式

根据国际通信标准化组织给定组网架构中Option3、Option 4、Option7和Option 8规类于非独立组网。

1)Option 3

图4 Option 3非独立组网的方式

Option 3组网方式是参考4G双连接架构，在4G双连接架构中用户终端在连接状态下同时与4G和5G网络建立用户面链路，占用两个网络的无线资源。控制面链路传输到4G核心网，作为主基站；反之无控制面链路的基站则称之为从基站，任何情况下控制面链路连接都只有一个，而用户面链路则可以有2个。现有4G基站处理数据能力有限，需要对现网4G基站进行改造，使之升级为增强型4G基站。

4G基站设备随网络更新演进进行过多次升级改造，部分初期建设的基站设备老旧，实施改造难度较大、周期长，进行基站改造的建设成本高，于是引申并提出两种新的解决方案，Option 3a和Option 3x。Option 3a是 5G的用户面数据直接传送到4G核心网，控制面在4G基站上传送。Option 3x是把用户面数据划分为开来，使用5G基站进行传送4G基站无法传送的用户面数据，4G基站同时传送其他用户面数据，控制面链路由4G基站进行传输。这3种方式通过利旧现有4G基站，节省建设成本，显著降低建设周期，同时快速完成5G网络部署，有利于快速推入市场，具有先发宣传优势，抢占先机。

2)Option 4

图5 Option 4非独立组网的方式

5G核心网作为Option 4选项中4/5G基站共用的核心网，5G基站负责传送控制面链路数据，同时把4G基站用户数据传送到核心网。Option 4a是4G基站的用户数据连到5G核心网，控制面通过5G基站传送到5G核心网。

3)Option 7

图6 Option 7非独立组网的方式

Option 7的组网方式和Option 3基本类似，核心网由4G转移到5G上。5G核心网必须进行优先部署，4G基站连接到该核心网上进行承载。现网基站需要升级改造成增强型4G基站以适应新5G网络核心网。

4)Option 8

图7 Option 8非独立组网的方式

Option 8和8a需要对4G核心网进行软硬件升级改造，成本高，改造复杂，并且会影响5G网络的部分作用，缺点明显。

2.3.组网方式对比

通过对独立组网和非独自组网方式的对比，各组网方式优劣见下表：

表1  组网方式优劣对比表

3. 总结

非独立组网主要以建设成本投入作为关注点，目前世界上各运营商多以非独立组网方式建设5G。独立组网与非独立组网相比，独立组网的核心网、接入网等均按照5G网络标准建设，而非独立组网则是基于4G核心网和接入网，无需新建核心网，可以快速进行5G基站部署，成本具有明显优势。SA组网会短期投入大量资金，NSA组网的投资则是缓慢的长期的过程，需要根据不断的技术演进和升级进行释放。5G独立组网能够实现完整的5G网络特性，不依靠现有网络，比如超大带宽视频使高流量业务持续爆发、超低时延的工业控制、车联网业务和超大连接的物联网业务等，并将大力推动定制化服务发展，使用户体验显著提升。

我国三家运营商移动、电信、联通已明确5G将采用独立组网方式，因为5G网络比4G网络拥有更多的功能优势，例如：网络切片、网络管理虚拟化等；非独立组网具有4G网络特性，需要长期的软硬件升级演进，才能发展成完全的5G网络。建设初期采用非独立组网方式进行建设部署，可通过有限的投资快速建设完成5G网络，实现抢占先发优势。非独立组网的最终演进形态将是独立组网形式，演进的时间进度与技术和整个生态产业链的发展紧密相关。

表2  中国移动、中国联通、中国电信的5G网络部署进度表

参考文献

[1] 杨峰义，张建敏，王海宁. 5G网络架构 [M]. 北京: 电子工业出版社, 2017.

[2] 葛晓虎，赖槿峰，张武雄. 5G绿色移动通信网络 [M]. 北京: 电子工业出版社, 2017.

[3] S^2 微沙龙，大话5G 走进万物互联新时代 [M]. 北京: 机械工业出版社, 2017.

[4] 李素游、寿国础. 网络功能虚拟化：NFV架构、开发、测试及应用[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2017.

[5]电子产品世界. 5G独立组网和非独立组网的8种方式[J/OL], 2018-6-22.