淺談5G 核心網規劃及建設策略

張志鈺 支 斌

（廣東南方電信規劃咨詢設計院有限公司，廣東 深圳518000）

1 5G 發展進程

2020 年7 月3 日，3GPP 宣布完成5G 標準的第二版規范R16。R16 是3GPP 史上第一個通過非面對面會議審議完成的技術標準，是全球產業團結協作的結晶。R16 實現了從“能用”到“好用”，圍繞“新能力拓展”、“已有能力挖潛”和“運維降本增效”三方面，進一步增強了5G更好服務行業應用的能力，提高了5G 的效率。R15 的若干基礎功能在R16 中得到持續增強，顯著提升小區邊緣頻譜效率、切換性能，使終端更節電等。

表1 4G/5G 核心網對比

表2

2 5G 核心網創新驅動

5G 核心網的創新驅動力源于5G 業務場景需求和新型ICT使能技術，旨在構建高性能、靈活可配的廣域網絡基礎設施，全面提升面向未來的網絡運營能力。5G 系統架構采用原生云化設計思路，關鍵特性包括服務化架構、網絡切片、邊緣計算。服務化架構將網元功能拆分為細粒度的網絡服務，“無縫”對接云化NFV 平臺輕量級部署單元，為差異化的業務場景提供敏捷的系統架構支持；網絡切片和邊緣計算提供了可定制的網絡功能和轉發拓撲。更有意義的是，5G 網絡能力不再局限于運營商的“封閉花園”，而是可以通過友好的用戶接口提供給第三方，助力業務體驗提升，加速響應業務模式創新需求（表1）。

3 5G 組網方案分析

5G 網絡架構主要分為SA 和NSA 兩種，NSA 的有option3、option3a、option7、option7a，SA 的有option2、option4a、option4。架構圖如圖1。

3.1 5G 網絡架構選項3（NSA）

接入網進行重構核心網側沿用4G 網絡EPC，接入網側LTEeNB 扮演了與核心網控制面連接錨點的角色，所有控制信令都是通過LTEeNB 下發，而用戶面數據通過LTEeNB 進行承載分離；參考了3GPPR12 的LTE 雙連接構架，UE 在連接態下可同時使用LTE eNB 和gNB 的無線資源(其中eNB 為主站，gNB 為從站)；gNB 處理能力受限于LTE eNB 的處理瓶頸，eMBB業務速率受限于LTE eNB 側傳輸帶寬，不支持5G 新增場景mMTC、uRLLC；優勢在于利舊4G 網絡，利于快速部署，且成本相對低廉。

3.2 5G 網絡架構選項7（NSA）

相當于選項3 系列的升級版本，核心網側重構為NGC，接入網側仍有效利用現網4G 資源，考慮到LTE eNB 處理能力遭遇瓶頸，將其升級為eLTE eNB，并以eLTE eNB 作為錨點，承載gNB 的業務；eLTE eNB 為主站，gNB 為從站；需針對原有4G LTE eNB 進行升級改造，系統互操作復雜度高；綜合了4G 網絡基礎資源成熟及5G 網絡性能優越的優勢，前期投入相對獨立組網要小。

3.3 5G 網絡架構選項4（SA）

相當于選型7 系列的變體，兩者不同之處為控制面連接錨點的功能改由gNB 承擔；eLTE eNB 為從站，gNB 為主站；對5G 全覆蓋的程度要求較高，否則無法有效利用4G 資源；最大化4G 和5G 聯合組網的優勢，在4G 退網前，發揮余熱。

3.4 5G 網絡架構選項2（SA）

整個網絡進行重構5G 系統獨立組網，gNB 通過新空口NG-U 連接到NGC。無線接入網和核心網都是全新構建的，而未利用或兼容現有的4G 網絡；缺點是未能有效利用現網資源，部署成本較高；優點在于同時引入NGC 和NR 可全面支持5G 的多元化業務；同時，由于減少了4G 和5G 之間的接口，降低了系統復雜度。

圖1 5G 網絡架構選項

4 5G 核心網規劃方案

4.1 5G 核心網建網選擇

5G 核心網有兩種架構，獨立組網SA(5GC)和非獨立組網NSA (EPC) 架構，從性能方面來說，SA(5GC)全面優于NSA(EPC)：更好的端到端用戶體驗，更強的業務創新能力（圖2）。

SA(5GC)和NSA(EPC)的關鍵特性對比如表2。

圖2 5G 核心網架構-NSA/SA

4.2 5G 核心網建網方案

5G 核心網建設方案分三個階段建設，最終建設為獨立組網SA(5GC)架構。階段一為2018-2019年，為5G 重要城市試點建設階段，以NSA 作為主要承載方式，部分區域試點做SA 5GC；升級EPC網絡，對接LTE 和NR，重點實現控制轉發分離，采用虛擬化技術實現vEPC，主要針對部分eMBB 業務。階段二2020-2021 年，為5G 規模商用建設階段，4/5G 核心網部分融合；在原有的EPC 增強的基礎上實現PGW-C/U、HSS、PCRF 等平滑升級支持NGC，實現上述網元的供設，新建5G AMF 網元與MME 實現對接，支持與EPC 的無縫切換，實現網絡架構的搭建，承載部分專網。業務階段三2022-2025 年，為5G 建設周期階段，最終建成全融合切片核心網；擴建5G 核心網并支持接入所有4G 和5G基站，逐步淘汰專有硬件的EPC 網元，將vEPC 資源釋放，實現NGC 網元重構，將大部分eMBB 、mMTC 和URLLC 等業務遷移到5G 網絡（圖3）。

圖3 5G 核心網建設階段

5 結論

5G 網絡建設是國家新基建的重要建設方向之一，經濟社會的快速發展，信息化水平的提升，都離不開5G 這臺引擎，智慧城市、智慧制造，工業互聯網等先進技術都需要基于5G 網絡，雖然5G 網絡功能強大，但網絡部署還存在著較多困難，主要體現在物理站址選擇，物業協調，設備兼容性等多方面，需要政府機關、通信設計施工單位及設備制造商，通信運營商等單位通力合作，才能實現快速高效建網。