5G通信的组网模式及其通信测试可行性

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移动通信技术发展至今,第四代已然成熟,第五代正逐步崭露头角。就通信技术而言3G和4G催生了移动互联网的浪潮,到了第五代,它的愿景就是引爆物联网。
 
在4G时代引入了两个低功耗广覆盖的物联网技术——NB-IoT和eMTC,这两项技术已基本满足海量及其互联的需求,但是业界对应用和商业模式还在试用与突破阶段。例如以低延时高可靠性为核心的无人驾驶,目前已在路测阶段,少数市民可体验,至于普及,至少也要等“真5G”-SA组网,多城市覆盖之后会迎来全民体验吧。
 
5G网络的组成
5G网络的组网模式目前分NSA和SA,即非独立组网和独立组网,前者包含4G和5G通信网络,后者单纯就是5G通信网络。
 
◆ 非独立组网
 
这是LTE与5G基于双连接技术进行联合组网的方式,也称LTE与5G之间的紧耦合(Tight-interworking)。采用LTE核心网时,不需要新的5G核心网,采用EPC连接支持5G功能的无线系统即可。这种模式下,控制面经由LTE系统连接到EPC,用户面则存在多种连接方式。
 
在NSA组网模式中包含两种核心网,EPC和NGC;核心网采用EPC时,LTE eNB和5G gNB用户面可以直接连接到EPC,控制面则仅经由LTE eNB连接到EPC。用户面可以分别经由LTE eNB、EPC或者gNB进行分流,对应选项3/3a/3x。核心网采用NGC时,5G gNB可以直接连接到NGC,而LTE eNB则需要升级到eLTE eNB后连接到NGC。根据控制面连接方式的不同,分为不同的架构类型;控制面通过gNB连接时为4/4a方式,控制面通过eLTE eNB连接时对应7/7a/7x方式。
1
选项3/3a
2
选项4/4a
3
选项7/7a
 
◆ 5G独立组网
 
采用端到端的5G网络架构,从终端、无线新空口到核心网都采用5G相关标准,支持5G各类接口,实现5G各项功能,提供5G类服务。其核心网是NGC,无线系统有gNB和eLTE eNB,对应架构选项2方式。
4
选项2/2a
 
5G的过渡期
说到“真5G”,其实也就是5G的SA组网,总归来说5G并无真假之说,两种组网模式均能实现5G的连接,只是功能上有差异。目前5G网络主要是NSA组网,包含LTE和NGC两个核心网。在移动通信的标准设计中,有一个基本的原则,就是要前向兼容,即标准设计需要保护前期的投资,也要支撑未来网络的创新。5G标准的第一阶段即NSA阶段,基本上实现了所有5G的新特性和新能力,但同时它在标准设计中也天然支持未来向SA的不断演进,包括未来新增特性及新增需求,如提供完整的高可靠连接能力,以及V-2X和工业物联网的基本能力,使这些业务的引入不需要重复建网投资。
 
NSA和SA的组网模式,主要区别:NSA是将5G的控制信令锚定在4G基站上;SA方案是5G基站直接接入5G核心网,控制信令完全不依赖4G网络。
 
运营商在5G部署早期时大多数从投资5G基站开始,未来不管运营商何时选择从4G核心网升级到5G核心网,运营商对于5G基站硬件的投资是不变的。事实上,现在有实力的设备商提供的5G基站都是双模的,既支持NSA也支持SA,未来基站仅通过软件升级就可实现NSA到SA的演进。
 
通过对市场、成本等方面的分析,5G最开始的建设是以非独立组网为主,这是必要的,但是非独立组网是将5G基站接入4G核心网,这就导致了其无法满足5G对于时延和传输可靠性的要求。因此,非独立组网被认为是过渡方案。
 
5G的最终演进方向
独立组网模式需要建一个新的网络,包括基站、回程链路和核心网,引入了全新网元与5G网络接口的同时,还将大规模采用网络虚拟化、软件定义网络等新技术,并与5GNR结合,同时其协议开发、网络规划部署及互通互操作所面临的技术挑战将超越3G和4G系统,可以带来全部的5G网络特点和功能,实现5G应用三大场景。
 
2020年被视为第五代移动通信技术(5G)进入商用阶段的关键之年,与此同时,随着国家提出要大力发展包括5G网络在内的新型基础设施建设(新基建),运营商的5G组网策略逐渐清晰,开始向着独立组网上转移。
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5G的三大应用场景
 
现状:5G组网的首个SA模式启动建设
从工信部获悉,截止今年三月底,国内基站总数达19.8万,主要分布于各个主要城市。预计2020年底,全国5G基站总量目标超60万。
 
中国信通院CAICT在今年发布消息称,近日深圳信息通信研究院(中国信息通信研究院南方分院)联合深圳三大运营商以及诸多企业巨头共同建设的深圳第五代移动通信试验网络正式开通,这是全国首个规模采用SA独立组网的5G行业应用试验网络。
 
此试验网满足5G典型应用,遵循“一轴两带”的整体规划思路,遴选覆盖包括罗湖、宝安、福田、南山、龙岗、坪山等重点区域,打造了三大特色示范区,包括坂田园区(综合技术示范体验)、南山科技园(科技、教育产业示范体验)、福田中心区(智慧政务、智慧城市示范体验);支持云AR/VR、超高清视频、工业互联网、智能制造、智能政务、联网无人机、车联网等应用,具有一定网络覆盖规模且面向5G三大应用场景。
 
5G通信测试
灿芯技术在5G发展元年,关注社会实际形势,自主研发适合当前移动通信领域测试需求的测试软件和综合性多功能测试仪表,支持LTE、多UE模拟接入、LTE和SA等多方面综合测试。
 
测试场景:NSA、SA、LTE+SA
 
测试内容:多网络场景NRLTE之间的漫游测试;多网络场景互操作性测试;多设备联合测试,可配合vertex、3D转台、高铁模式的测试;如需GW网络,可以配合SR3420。
 
LTENBeMTC测试结构原理:
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面对NSA、SA两种组网模式,通过软件系统可以对二者实现有效测试,在5G元年这个时代不落于人。
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