5G NR網絡架構的演進路徑分析

1 引言

5G NR支持NSA（Non-Standalone，非獨立組網）和SA（Standalone，獨立組網）兩種組網模式，不同組網模式所支持的業務能力不同。其中，NSA主要是通過利用現有的LTE網絡，改造、升級和增加NR設備，使得網絡速率增強。SA則是新建一張NR網絡，包括全新的基站、回程鏈路、核心網。

一方面，由于SA的標準比NSA標準晚一年凍結，在NR建設起步時期，SA的標準、終端、產業鏈等各方面的條件尚未成熟，鋪開建設難度大；另一方面，NSA組網模式有助于保護現有龐大的LTE網絡投資，節省NR建網開支，同時享受NR體驗，營造網絡先發的競爭優勢。因此，運營商普遍選擇在熱點區域進行NSA建設，同步進行少量SA組網實驗。如今，在SA標準已經凍結、產業鏈的快速發展以及政策的推動等有利條件下，國內各大運營商紛紛宣布SA為目標架構。伴隨而來的問題是，如何從現有的NSA組網架構向SA組網架構平滑演進。

2 5G NR網絡演進路徑

基于當前5G NR網絡起步期，運營商采用以EPC+為核心網的NSA網絡的前提，業界推薦的網絡演進路徑有二，分別是直接建設SA網絡，以及從NSA/SA雙模組網最終過渡到SA網絡。

2.1 演進路徑一（option 3x/option2-> option2）

路徑一如圖1所示，即以現有的NSA網絡（option 3x）、少量SA試驗網（option2）作為起點。

第一步：在SA投產前，控制NSA網絡規模；

第二步：停止NSA建設，保留NSA規模；SA批量投產，到整張SA網絡成熟；

第三步：將原有的NSA網絡升級成SA網絡；

第四步：將LTE清頻，將其資源轉移到NR網絡，最終實現全SA網絡。

圖1 演進路徑一

2.2 演進路徑二（option 3x/option2-> option 3x+option2-> option2）

路徑二如圖2所示，同樣是以現有的NSA網絡（option 3x）、少量SA試驗網（option2）作為起點。

第一步：將現有的NSA網絡升級成NSA/SA雙模網絡；同時鋪開建設NSA/SA雙模網絡；

第二步：將LTE清頻，NSA網絡資源將其資源轉移到SA網絡，最終實現全SA網絡。

圖2 演進路徑二

在NSA/SA雙模網絡架構中，NSA網絡側由升級后的EPC+（LTE核心網）、LTE eNB（LTE基站）組成；SA網絡側由NGC（NR核心網）、gNB（NR基站）組成。兩側核心網均可通過各自的基站下發控制信令，用戶面數據可以通過各自的基站進行承載分離。另外，gNB的用戶面也可以直接與EPC連接。

3 演進路徑價值差異分析

單就技術理論設計而言，SA無疑是最佳的組網模式。但現實是，運營商需兼顧LTE網絡投資效益、用戶群體遷移、業務需求和體驗、網絡運營優化等多重因素。因此，其5G NR網絡從NSA向SA的演進也就存在著不同的選項和價值考量。以下就前述兩條演進路徑，從終端支持程度、用戶體驗、組網規劃以及維護優化等維度分析其各自的價值差異。

3.1 終端支持程度

NR終端制式有三種，即NSA單模、SA單模和NSA/SA雙模。由于NSA單模入網受限，NSA終端將不作評估。SA單模和NSA/SA雙模的主要差異是，NSA/SA雙模基帶芯片需要兼容兩種不同的制式、功能要求高，軟件上比SA單模復雜，若再考慮未來毫米波頻段的接入，難度會再次疊加，造成雙模的軟件成本比較高；此外，在射頻前端，SA實現雙流需要配置兩套5G NR頻點的射頻前端，NSA/SA兩側網絡各需配置一套5G NR頻點的射頻前端。因此，要求終端廠商研發NSA/SA雙模終端相對于SA單模終端，可能涉及更高的終端補貼。

結合演進路徑考慮，路徑一由于存在小規模的NSA網絡，為保證用戶的NR連續性體驗，仍然要求使用NSA/SA雙模終端。路徑二無疑有同樣的終端支持需求。因此，在終端支持程度方面，二者對終端的需求可以近似視為相同。

3.2 用戶體驗

3.2.1 語音業務

SA語音業務未來主要依賴VoNR提供優質的語音業務。但在建網初期，SA未能實現連續覆蓋時，如采用路徑一，用戶發起語音業務時，需要回落到4G承載語音業務，這個回落再發起的過程中會產生較長的等待時延。如采用路徑二，用戶能夠直接在NSA網絡通過IMS發起VoLTE業務，不存在回落的過程，等待時延相對較短。因此，在中短期內，就語音業務體驗而言，路徑二優于路徑一。

3.2.2 數據業務

在數據業務方面，兩種路徑各有優劣。

路徑一支持上行終端雙發和雙流SU-BF，會產生相應的上行增益。

路徑二的終端由于采用雙連接的形式需要同時發送4G和5G的信號，因此只能實現單發，導致上行覆蓋受損；但雙連接同時也增強了NR和LTE的協同能力，能夠提升網絡下行峰值。

3.2.3 漫游業務

在路徑一的SA架構下，如果當前用戶僅簽約了NSA網絡，則用戶只能在局限的NSA區域使用網絡，一旦移動至SA單模覆蓋范圍內，就只能回落到LTE，NR體驗的連續性無法保障。路徑二下的雙模網絡對用戶的友好度相對更高，即使是NSA單模網絡的簽約用戶也可以在全域范圍內連續體驗NR網絡服務。

3.3 組網規劃

3.3.1 覆蓋規劃

在路徑一下，優先利舊LTE站址進行NR的1:1建站的策略仍然有效，但由于NR工作頻段相對更高，其覆蓋范圍相對LTE可能略有收縮，LTE與NR共址容易導致網絡出現覆蓋盲點，需要后續新增立項進行補充覆蓋。路徑二則完全可以規避上述問題的出現。由于采用雙模組網，NSA側的覆蓋能力與LTE網絡相近，在NSA錨點選擇合理的前提下，可有效保證網絡的連續覆蓋。

3.3.2 鄰區配置

對于路徑一，其鄰區配置相對簡單，只需對NR和LTE小區互相配置鄰區，滿足移動性管理要求；而在路徑二下，鄰區配置則相對復雜得多。對于NSA側，LTE至LTE方向需配置鄰區，以滿足NSA DC用戶的移動性切換；LTE至NR方向，也需配置鄰區以實現在LTE上添加NR輔載波；NR至NR方向則需配置鄰區以滿足NR小區間的移動性切換。可見，在NSA/SA雙模組網條件下，鄰區配置工作極為復雜。如不能合理配置好鄰區，則直接影響到用戶的體驗。

3.3.3 分流策略

在路徑一中，LTE和NR網絡只在核心網互通，不需要考慮分流。而在路徑二中，NSA、SA兩側通過X2/Xn接口互聯互通，其中涉及網絡間數據分流的管理體系的建立，需要實現數據在X2接口上的分流、流量控制以及雙連接下的移動性等功能。

3.3.4 上行功率規劃

路徑二的雙模網絡上行覆蓋受終端的上行功率分配方式的影響。對于NSA場景，上行功率分配方式規定NR和LTE兩側網絡所分配的功率之和不大于終端最大上行功率，平均兩側到達基站的上行功率小于路徑一下SA組網下的終端上行功率。

3.4 工程實施

施工難度上，兩種演進方式都是上一套新設備，工程量大體相同。但在路徑一中，由于LTE和NR之間主要是切換關系，耦合度低，兩種制式的設備可以異廠商建設，組網靈活度更高。而路徑二采用雙模組網方式過渡，NSA側要與LTE基站連接，設備要求高耦合，容易出現廠家捆綁的問題。

3.5 優化維護

3.5.1 網絡優化

在路徑二下，由于涉及多網優化，會存在兩方面的問題：第一，NSA、SA使用同一套系統，NSA、SA的工參相關聯，SA無法進行獨立優化；第二，在SA覆蓋邊緣會存在NSA、SA頻繁切換的現象，這對網絡優化的要求非常高，需要通過頻繁的測試得到合適的切換門限配置值。路徑一的網絡優化則相對簡單，屬于單網優化。

3.5.2 網絡維護

基于兩種演進路徑均是上一套新設備的前提，二者日常維護的工作量大致相等。但是，在路徑二下，當LTE網絡出現故障時，雙模組網中NSA側會同時故障，可能導致處在原NSA小區邊緣的用戶無法及時接入SA網絡，從而影響用戶體驗。

4 演進路徑建議

路徑一（option 3x/option2-> option2）和路徑二（option 3x/option2-> option 3x+option2-> option2）的整體對比如表1所示。

表1 不同演進路徑的價值差異對比

綜合上述分析，建議采用路徑一的演進策略。從用戶的角度看，用戶對語音的等待時延容忍度較大，對數據業務的時延則比較敏感，而對應的兩種演進路徑在數據性能上差異不大。對于NSA單模用戶漫游的友好度問題，則可以通過合理控制前期的NSA放號，以及通過出臺補貼政策引導用戶向SA遷移等手段予以解決。從運營的角度看，路徑一的網絡架構相對簡單、獨立，理論上組網規劃的復雜度較低，工程上受廠家捆綁的程度小，并且對網絡優化維護的要求相對降低。另一個不然忽視的角度則是建設投入的問題。采用路徑一，實現共建共享相對容易；而采用路徑二，由于雙模基站與4G廠商的緊耦合，共建共享的難度相對較大，且雙模軟件可能需要單獨收費。因此，采用路徑一所需的建設投資相對較小。

5 結束語

5G NR網絡架構的演進路徑存在多種可能性，需要運營商綜合權衡當中利弊，選擇適合的方案。此外，具體的組網規劃也不能一蹴而就，當前5G NR網絡建設仍處于起步階段，隨著行業發展的變更以及業務需求的變化，還需要繼續對組網結構不斷進行調整和優化。