在最早凍結的5G NSA(非獨立組網)下,5G無法單獨工作,僅僅是作為4G的補充,分擔4G的流量。5G SA(獨立組網)的標準化足足比非獨立組網慢了半年之久。
5G獨立組網
對於5G的網路架構,在3GPP TSG-RAN 第 72 次全體大會上,提出了8個選項,如下圖所示。
這8個選項分為獨立組網和非獨立組網兩組。其中選項1,2,5,6是獨立組網,選項3,4,7,8是非獨立組網。非獨立組網的選項3,4,7還有不同的子選項。
在這些選項中,選項1早已在4G結構中實現,選項6和選項8僅是理論存在的部署場景,不具有實際部署價值,標準中不予考慮。
下面我們逐個探討,,先從獨立組網說起。
這就是選項1,其實這是純4G的組網架構。
注意看圖裡面連線手機、4G基站和4G核心網的各有一條實線和一條虛線。其中虛線代表控制面,實線代表使用者面。
控制面:就是用來發送管理、排程資源所需的信令的通道。
使用者面:直觀理解就是傳送使用者具體的資料通道。使用者面和控制面是完全分離的。
然而,選項1和5G並沒有一毛錢關係,Pass,下一個!
這是選項2,架構很簡單,就是5G基站連線5G核心網,這是5G網路架構的終極形態,可以支援5G的所有應用。
別看架構簡單,要建這樣一張5G網,要新建大量的基站和核心網,代價不菲。想想看,光中國移動就有將近230萬個4G站點,要是在建同樣大的一張5G網路得花多少錢?
這是選項5,可以看出,這其實是把4G基站升級增強之後連到了5G核心網之上,本質上還是4G。但新建了5G核心網之後,原先的4G核心網也該慢慢退服,一定會出現4G基站這連線5G核心網的需求,因此也算是未來會出現的架構。
但是,改造後的增強型4G基站跟5G基站相比,在峰值速率、時延、容量等方面依然有明顯差別。後續的最佳化和演進,增強型4G基站也不一定都能支援。因此選項5架構的前景也不樂觀。
這是選項6。把5G基站連到4G核心網,還獨立組網?這樣5G基站有力使不出,也太憋屈了。況且,5G基站作為花錢的大頭都建了,竟然不建相對是小頭的5G核心網?因此這個架構是不會有運營商選擇的,3GPP也沒有考慮標準化。
總結起來,5G可能的獨立組網方案只有選項2和選項5,其中選項2是5G網路的終極架構。
選項2的優勢如下:
1、一步到位引入5G基站和5G核心網,不依賴於現有4G網路,演進路徑最短。
2、全新的5G基站和5G核心網,能夠支援5G網路引入的所有新功能和新業務。
與此同時,選項2對應的劣勢如下:
1、5G 頻點相對 LTE 較高,初期部署難以實現連續覆蓋,會存在大量的5G與4G系統間的切換,使用者體驗不好。
2、初期部署成本相對較高,無法有效利用現有4G基站資源。
5G非獨立組網
下面到了非獨立組網了,總體上來說,非獨立組網要比獨立組網複雜得多,這也是省錢所必須要付出的代價。
首先解釋幾個術語:
1、雙連線:顧名思義,就是手機能同時跟4G和5G都進行通訊,能同時下載資料。一般情況下,會有一個主連線和從連線。
我們可以把雙連線想象成我們常用的耳機一樣,兩路資料可以透過左右一雙耳機傳送。
2、控制面錨點:雙連線中的負責控制面的基站就叫做控制面錨點。
3、分流控制點:使用者的資料需要分到雙連線的兩條路徑上獨立傳送,但是在哪裡分流呢?這個分流的位置就叫分流控制點。
5G非獨立組網的諸多選項,都是由下面的三個問題的答案排列組合而成:
非獨立組網的3系列,7系列及4系列,就是對這3個問題的不同回答。下面我們來逐個介紹。
選項3系列
該系列的基站連線的核心網是4G核心網,控制面錨點都在4G,適用於5G部署的最初階段,覆蓋不連續,也沒太多業務,純粹是作為4G無線寬頻的補充而存在。
3系列分為3,3a和3x這3個選項,為什麼有這樣的區分呢?關鍵在於資料分流控制點的不同。
從上圖可以看出,選項3的資料分流控制點在4G基站上,也就是說,4G不但要負責控制管理,還要負責把從核心網下來的資料分為兩路,一路自己發給手機,另一路分流到5G去發給手機。
4G基站真是既當爹又當媽,必須花大力氣要軟體升級才能具備這樣的能力,然而,老邁的基站硬體能否扛得住這些5G的洶洶流量還真不好說,搞不好硬體也得升級。
真是勞民傷財。因此,選項3頗不受待見,自提出以來就乏人問津。
選項3a就做了一些改進,把資料分流控制點放在了4G核心網上,由核心網向4G和5G基站分發使用者面數據。雖說這樣要比選項3好得多,但4G核心網也要來個大的升級才行。
選項3x很聰明地把資料分流控制點放在了5G基站上。你5G基站不是很牛麼,年輕就要多幹活多歷練,分流的任務就你來吧。
這樣一來,選項3x避免了對已經在執行的4G基站和4G核心網做過多的改動,又利用了5G基站的速度快能力強的優勢,因此得到了業界的廣泛青睞,成為了5G非獨立組網部署的首選。
綜上,選項3系列的優劣勢及適用場景如下:
優勢:
1、標準化完成時間最早,有利於市場宣傳。
2、對5G的覆蓋沒有要求,支援雙連線來進行分流,使用者體驗好。
3、網路改動小,建網速度快,投資相對少。
劣勢:
1、5G 基站跟現有4G基站必須搭配幹活,需要來自同一個廠商,靈活性低。
2、無法支援5G核心網引入的相關新功能和新業務。
適用場景:
5G商用初期熱點覆蓋,能夠實現5G快速商用,推薦使用選項3x。
選項7系列
7系列比3系列向5G的演進更近了一步。在該系列中,核心網已經切換到了5G核心網,為了和5G核心網連線,4G基站也升級為增強型4G基站。
然而7系列的控制面錨點還是在4G上,適用於5G部署的早中期階段,覆蓋還不連續,但由於已經部署了5G核心網,除了最基本的移動寬頻之外,其他兩個業務mMTC和uRLLC也可以被支援了。
可以看出,對於此選項,5G無線自身的業務能力大大增強,只是覆蓋還需要4G進行補充。
7系列同樣分為7,7a和7x這3個選項,關鍵區別也在於資料分流控制點的不同。
選項7的資料分流點在增強型4G基站,選項7a的資料分流點在5G核心網,選型7x的資料分流點在5G基站。
綜上,選項7系列的優劣勢及適用場景如下:
1、對5G的覆蓋沒有要求,可利用4G的覆蓋優勢。
2、支援雙連線來進行分流,上網速度大為提升,使用者體驗好。
3、引入5G核心網,支援5G新功能和新業務。
1、增強型4G基站需要的升級改造工作量大。
2、產業成熟時間可能會相對較晚。
3、5G 基站跟增強型4G基站必須搭配幹活,需要來自同一個廠商,靈活性低。
5G部署初期及中期場景,由升級後的增強型4G基站提供連續覆蓋、5G仍然作為熱點覆蓋提高容量,建議使用選項7x。
選項4系列
下面我們有請選項4閃亮登場。
這一回,5G徹徹底底地成為了主角。核心網早已切換為5G核心網,5G基站也成為了控制面錨點,徹底當家做主。
4系列分為選項4和4a。從上面的兩張圖可以看出,它們的區別僅在於資料分流控制點是在5G基站還是5G核心網,這兩者都是新網元,不涉及舊裝置的升級改造,因此都是可以接受的。
4系列的應用場景是在5G部署的中後期。5G已經達到連續覆蓋,徹徹底底地把4G甩在身後,成為了5G的補充。
綜上,選項4系列的優劣勢及適用場景如下:
1、支援5G和4G雙連線,帶來流量增益,使用者體驗好。
2、引入5G 核心網,支援5G新功能和新業務。
1、增強型4G基站的部署需要的改造工作量較大。
由5G提供連續覆蓋,適合於5G商用中後期部署場景,建議使用選項4。
等等,選項8呢?把4系列中的5G核心網換成4G核心網就是選項8了。
但這如日中天血氣方剛的5G基站豈能作為控制面錨點委身於老氣橫秋的4G核心網?這太不合理了,因此3GPP並未考慮對其進行標準化。
5G組網演進路徑
講完了5G的獨立組網和非獨立組網這兩種架構的特點和優劣勢,那麼問題來了,這麼多架構之間要怎樣演進呢?
可以分為兩條路徑。
路徑1:一步到位,直接上選項2終極形態。這是土豪的最愛,也是中國移動、聯通和電信共同的選擇。
路徑2:選項1 → 選項3x → 選項7x → 選項4 → 選項2,中間的步驟都是可選的。
路徑2看起來很複雜,而且多次投資比一次投資總共花的錢要更多。但是,風險小啊,走一步看一步也是明智之選。
路徑2看上去如此複雜,從4G核心網到5G核心網的切換是很大的原因。好在隨著虛擬化和雲化基礎的逐漸成熟,4G核心網和5G核心網可以合二為一,成為4/5G融合的核心網,即是4G核心網,也是5G核心網,你中有我,我中有你。
這樣一來,對於無線側的演進提供了極大的便利,多種網路架構可以和諧共存,切換起來也就易如反掌了。
其實,決定這一切的只有一個因素,那就是5G需求的全面爆發。屆時,伴隨著網路架構的升級,5G之花將絢爛綻放。
在最早凍結的5G NSA(非獨立組網)下,5G無法單獨工作,僅僅是作為4G的補充,分擔4G的流量。5G SA(獨立組網)的標準化足足比非獨立組網慢了半年之久。
5G獨立組網
對於5G的網路架構,在3GPP TSG-RAN 第 72 次全體大會上,提出了8個選項,如下圖所示。
這8個選項分為獨立組網和非獨立組網兩組。其中選項1,2,5,6是獨立組網,選項3,4,7,8是非獨立組網。非獨立組網的選項3,4,7還有不同的子選項。
在這些選項中,選項1早已在4G結構中實現,選項6和選項8僅是理論存在的部署場景,不具有實際部署價值,標準中不予考慮。
下面我們逐個探討,,先從獨立組網說起。
這就是選項1,其實這是純4G的組網架構。
注意看圖裡面連線手機、4G基站和4G核心網的各有一條實線和一條虛線。其中虛線代表控制面,實線代表使用者面。
控制面:就是用來發送管理、排程資源所需的信令的通道。
使用者面:直觀理解就是傳送使用者具體的資料通道。使用者面和控制面是完全分離的。
然而,選項1和5G並沒有一毛錢關係,Pass,下一個!
這是選項2,架構很簡單,就是5G基站連線5G核心網,這是5G網路架構的終極形態,可以支援5G的所有應用。
別看架構簡單,要建這樣一張5G網,要新建大量的基站和核心網,代價不菲。想想看,光中國移動就有將近230萬個4G站點,要是在建同樣大的一張5G網路得花多少錢?
這是選項5,可以看出,這其實是把4G基站升級增強之後連到了5G核心網之上,本質上還是4G。但新建了5G核心網之後,原先的4G核心網也該慢慢退服,一定會出現4G基站這連線5G核心網的需求,因此也算是未來會出現的架構。
但是,改造後的增強型4G基站跟5G基站相比,在峰值速率、時延、容量等方面依然有明顯差別。後續的最佳化和演進,增強型4G基站也不一定都能支援。因此選項5架構的前景也不樂觀。
這是選項6。把5G基站連到4G核心網,還獨立組網?這樣5G基站有力使不出,也太憋屈了。況且,5G基站作為花錢的大頭都建了,竟然不建相對是小頭的5G核心網?因此這個架構是不會有運營商選擇的,3GPP也沒有考慮標準化。
總結起來,5G可能的獨立組網方案只有選項2和選項5,其中選項2是5G網路的終極架構。
選項2的優勢如下:
1、一步到位引入5G基站和5G核心網,不依賴於現有4G網路,演進路徑最短。
2、全新的5G基站和5G核心網,能夠支援5G網路引入的所有新功能和新業務。
與此同時,選項2對應的劣勢如下:
1、5G 頻點相對 LTE 較高,初期部署難以實現連續覆蓋,會存在大量的5G與4G系統間的切換,使用者體驗不好。
2、初期部署成本相對較高,無法有效利用現有4G基站資源。
5G非獨立組網
下面到了非獨立組網了,總體上來說,非獨立組網要比獨立組網複雜得多,這也是省錢所必須要付出的代價。
首先解釋幾個術語:
1、雙連線:顧名思義,就是手機能同時跟4G和5G都進行通訊,能同時下載資料。一般情況下,會有一個主連線和從連線。
我們可以把雙連線想象成我們常用的耳機一樣,兩路資料可以透過左右一雙耳機傳送。
2、控制面錨點:雙連線中的負責控制面的基站就叫做控制面錨點。
3、分流控制點:使用者的資料需要分到雙連線的兩條路徑上獨立傳送,但是在哪裡分流呢?這個分流的位置就叫分流控制點。
5G非獨立組網的諸多選項,都是由下面的三個問題的答案排列組合而成:
非獨立組網的3系列,7系列及4系列,就是對這3個問題的不同回答。下面我們來逐個介紹。
選項3系列
該系列的基站連線的核心網是4G核心網,控制面錨點都在4G,適用於5G部署的最初階段,覆蓋不連續,也沒太多業務,純粹是作為4G無線寬頻的補充而存在。
3系列分為3,3a和3x這3個選項,為什麼有這樣的區分呢?關鍵在於資料分流控制點的不同。
從上圖可以看出,選項3的資料分流控制點在4G基站上,也就是說,4G不但要負責控制管理,還要負責把從核心網下來的資料分為兩路,一路自己發給手機,另一路分流到5G去發給手機。
4G基站真是既當爹又當媽,必須花大力氣要軟體升級才能具備這樣的能力,然而,老邁的基站硬體能否扛得住這些5G的洶洶流量還真不好說,搞不好硬體也得升級。
真是勞民傷財。因此,選項3頗不受待見,自提出以來就乏人問津。
選項3a就做了一些改進,把資料分流控制點放在了4G核心網上,由核心網向4G和5G基站分發使用者面數據。雖說這樣要比選項3好得多,但4G核心網也要來個大的升級才行。
選項3x很聰明地把資料分流控制點放在了5G基站上。你5G基站不是很牛麼,年輕就要多幹活多歷練,分流的任務就你來吧。
這樣一來,選項3x避免了對已經在執行的4G基站和4G核心網做過多的改動,又利用了5G基站的速度快能力強的優勢,因此得到了業界的廣泛青睞,成為了5G非獨立組網部署的首選。
綜上,選項3系列的優劣勢及適用場景如下:
優勢:
1、標準化完成時間最早,有利於市場宣傳。
2、對5G的覆蓋沒有要求,支援雙連線來進行分流,使用者體驗好。
3、網路改動小,建網速度快,投資相對少。
劣勢:
1、5G 基站跟現有4G基站必須搭配幹活,需要來自同一個廠商,靈活性低。
2、無法支援5G核心網引入的相關新功能和新業務。
適用場景:
5G商用初期熱點覆蓋,能夠實現5G快速商用,推薦使用選項3x。
選項7系列
7系列比3系列向5G的演進更近了一步。在該系列中,核心網已經切換到了5G核心網,為了和5G核心網連線,4G基站也升級為增強型4G基站。
然而7系列的控制面錨點還是在4G上,適用於5G部署的早中期階段,覆蓋還不連續,但由於已經部署了5G核心網,除了最基本的移動寬頻之外,其他兩個業務mMTC和uRLLC也可以被支援了。
可以看出,對於此選項,5G無線自身的業務能力大大增強,只是覆蓋還需要4G進行補充。
7系列同樣分為7,7a和7x這3個選項,關鍵區別也在於資料分流控制點的不同。
選項7的資料分流點在增強型4G基站,選項7a的資料分流點在5G核心網,選型7x的資料分流點在5G基站。
綜上,選項7系列的優劣勢及適用場景如下:
優勢:
1、對5G的覆蓋沒有要求,可利用4G的覆蓋優勢。
2、支援雙連線來進行分流,上網速度大為提升,使用者體驗好。
3、引入5G核心網,支援5G新功能和新業務。
劣勢:
1、增強型4G基站需要的升級改造工作量大。
2、產業成熟時間可能會相對較晚。
3、5G 基站跟增強型4G基站必須搭配幹活,需要來自同一個廠商,靈活性低。
適用場景:
5G部署初期及中期場景,由升級後的增強型4G基站提供連續覆蓋、5G仍然作為熱點覆蓋提高容量,建議使用選項7x。
選項4系列
下面我們有請選項4閃亮登場。
這一回,5G徹徹底底地成為了主角。核心網早已切換為5G核心網,5G基站也成為了控制面錨點,徹底當家做主。
4系列分為選項4和4a。從上面的兩張圖可以看出,它們的區別僅在於資料分流控制點是在5G基站還是5G核心網,這兩者都是新網元,不涉及舊裝置的升級改造,因此都是可以接受的。
4系列的應用場景是在5G部署的中後期。5G已經達到連續覆蓋,徹徹底底地把4G甩在身後,成為了5G的補充。
綜上,選項4系列的優劣勢及適用場景如下:
優勢:
1、支援5G和4G雙連線,帶來流量增益,使用者體驗好。
2、引入5G 核心網,支援5G新功能和新業務。
劣勢:
1、增強型4G基站的部署需要的改造工作量較大。
2、產業成熟時間可能會相對較晚。
3、5G 基站跟增強型4G基站必須搭配幹活,需要來自同一個廠商,靈活性低。
適用場景:
由5G提供連續覆蓋,適合於5G商用中後期部署場景,建議使用選項4。
等等,選項8呢?把4系列中的5G核心網換成4G核心網就是選項8了。
但這如日中天血氣方剛的5G基站豈能作為控制面錨點委身於老氣橫秋的4G核心網?這太不合理了,因此3GPP並未考慮對其進行標準化。
5G組網演進路徑
講完了5G的獨立組網和非獨立組網這兩種架構的特點和優劣勢,那麼問題來了,這麼多架構之間要怎樣演進呢?
可以分為兩條路徑。
路徑1:一步到位,直接上選項2終極形態。這是土豪的最愛,也是中國移動、聯通和電信共同的選擇。
路徑2:選項1 → 選項3x → 選項7x → 選項4 → 選項2,中間的步驟都是可選的。
路徑2看起來很複雜,而且多次投資比一次投資總共花的錢要更多。但是,風險小啊,走一步看一步也是明智之選。
路徑2看上去如此複雜,從4G核心網到5G核心網的切換是很大的原因。好在隨著虛擬化和雲化基礎的逐漸成熟,4G核心網和5G核心網可以合二為一,成為4/5G融合的核心網,即是4G核心網,也是5G核心網,你中有我,我中有你。
這樣一來,對於無線側的演進提供了極大的便利,多種網路架構可以和諧共存,切換起來也就易如反掌了。
其實,決定這一切的只有一個因素,那就是5G需求的全面爆發。屆時,伴隨著網路架構的升級,5G之花將絢爛綻放。