5G LTE联合组网与5G独立组网方式的对比分析

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1. 前言

 

5G网络建设过程中,是采用LTE与5G联合组网(Non-standalone,简称NSA)还是采用5G独立组网(Standalone,简称SA),是运营商必须考虑的问题。联合组网有助于利用LTE的资源来降低建设成本,而5G独立组网则便于体现出5G技术优势以提高服务质量。

 

对于这个问题,虽然一些运营商之前已经做出了不同的选择,但是目前3GPP标准还是会优先考虑联合组网,2017年底5G联合组网的标准会首先完成,2018年7月份会完成5G独立组网的相关规范。

 

那么,NSA和SA的主要区别是什么,运营商和设备商又会如何选择哪?下文从网络架构、部署方式、迁移路径等方面予以分析。

 

 

2. 5G独立组网和非独立组网的概念和架构选项

 

概括来讲,5G独立组网(SA)就是建立端到端的5G网络,非独立组网(NSA)则是5G与LTE联合组网。

 

根据无线网络和核心网的不同,3GPP规范中针对组网方式定义了多种选项,以便运营商有针对性地进行选择。不同建设阶段的选择也会有所不同,比如,是考虑新建5G核心网(NGC)还是考虑EPC升级、是提供热点覆盖还是连续覆盖、是否考虑LTE与5G无线系统之间的互操作等。

 

2.1    5G非独立组网和独立组网的概念

 

2.1.1    5G非独立组网

 

5G非独立组网是指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)。

 

LTE系统中采用双连接时,数据在核心网或者PDCP层进行分割后,将用户数据流通过多个基站同时传送给用户。而LTE与5G系统联合组网时,核心网和无线网都存在多种选择。因此,根据所采用的核心网和控制面连接方式的不同,细分为以下几类架构:

 

核心网采用EPC

 

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,如图1所示。

 

 

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图1 5G与LTE联合组网架构3和3a示意图

 

核心网采用NGC

 

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,如图2所示;而控制面通过eLTE eNB连接时对应7/7a/7x方式,如图3所示。其中的a和x等选项表示不同的分流方式。

 

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图2 5G与LTE联合组网架构4和4a示意图

 

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图3 5G与LTE联合组网架构7和7a示意图

 

2.1.2    5G独立组网

 

5G独立组网时,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。

 

这种方式下,核心网采用5GNGC,无线系统可以是5G gNB,也可以是LTE eNB升级后的eLTE eNB,它们分别对应选项2和选项5。采用gNB与NGC组网时,对应架构选项2。将LTE eNB需升级到eLTE eNB后连接到5G核心网,对应架构选项5。如图4所示。

 

 

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     图4 5G与LTE联合组网架构2(左)和5示意图(右)

 

2.2    5G非独立组网下的架构选项

 

LTE中,采用双连接时,需考虑MeNB与SeNB的选择、MCG分离承载与SCG承载的选择等问题。

  

LTE与5G之间的跨系统的双连接则更为复杂,因为其中还包括核心网和无线网之间的差异。故LTE与5G联合组网时,存在以下多种架构选项。

 

2.2.1    采用LTE核心网

 

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,如图5所示。

 

5G用户面经由LTE eNB连接到EPC时对应选项3;

5G和LTE的用户面都直接连接到EPC时对应选项3a;

LTE用户面经由5G用户面连接到EPC时对应选项3x。

 

 

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图5 LTE/5G双连接架构选项3/3a(左侧)和3x(右侧)

 

选项3类似于LTE双连接中的1a类型,3a和3x则类似于LTE双连接中的3c类型。选项3a由MeNB控制用户面分流;而3x则由SeNB控制用户面分流。3x是考虑到5G大带宽和高流量的特性而引入的,它可以降低对LTE无线系统的影响,有助于降低数据重传率,提升业务性能。

 

2.2.2    采用5G核心网(NGC)

 

采用5G核心网时,LTE eNB需升级到eLTE eNB,以支持到5G新空口并支持到5G核心网的连接。

 

根据控制面连接方式的不同,可分为选项4和选项7两类架构。其中,根据用户面以及分流方式的区别,还可分为4/4a以及7/7a/7x。

 

控制面经由5G gNB连接到5G核心网时对应4/4A,请参见图2。这种类型还可进一步细分为:

eLTE eNB用户面经由5G gNB连接时对应选项4;

eLTE eNB用户面直接连接到5G核心网时对应选项4a。

  

控制面经由eLTE eNB连接到5G核心网时对应7/7a/7x,请参见图3。这种类型还可进一步细分为:

 

5G gNB用户面经由eLTE eNB连接时对应选项7;

5G gNB用户面直接连接到5G核心网且由核心网进行分流时,对应选项7a;

5G gNB用户面直接连接到5G核心网且由5G gNB进行分流控制时,对应选项7x。

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