4G和5G融合網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)研究

劉德全，陳安華

(1 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司廣東分公司，廣州 510623；2 中國移動通信集團廣東有限公司，廣州 510623）

1 引言

目前業(yè)界已經(jīng)達成共識，5G網(wǎng)絡(luò)將有獨立部署和非獨立部署兩種方式[1,2]。獨立部署需要幾乎完全新建一套網(wǎng)絡(luò)，需要新建5G增強型基站，新建5G新空口5G NR，新建前傳鏈路，新建回傳鏈路，新建下一代核心網(wǎng)NGC。而非獨立部署則可以利用已經(jīng)部署的4G網(wǎng)絡(luò)，利舊已有的4G基站和4G核心網(wǎng)EPC，把5G基站NR和核心網(wǎng)NGC與4G網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)。

獨立部署的優(yōu)勢在于可以發(fā)揮5G的網(wǎng)絡(luò)性能，可以提供低時延、高速率和大規(guī)模鏈接的新業(yè)務(wù)能力，同時不影響現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)，在5G網(wǎng)絡(luò)目前不支持語音的背景下，可以避免與4G網(wǎng)絡(luò)并行運行時的互操作等問題。獨立部署的劣勢在于連續(xù)覆蓋投資較大，需新建5G基站NR和核心網(wǎng)NGC。

非獨立部署的優(yōu)勢在于建設(shè)周期短，并且網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資較小，既可以迅速提供5G新業(yè)務(wù)，又可以短時間收回投資，不要求5G網(wǎng)絡(luò)提供連續(xù)覆蓋，適合在熱點地區(qū)部署，網(wǎng)絡(luò)部署比較靈活，可以逐步推廣5G服務(wù)范圍。非獨立部署的劣勢在于需要與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)互操作，5G需要回落到4G網(wǎng)絡(luò)，互操作會比較復(fù)雜。

2 4G、5G融合組網(wǎng)架構(gòu)分析

4G、5G的融合組網(wǎng)架構(gòu)是3GPP亟需解決的熱點問題[3,4]，目前3GPP討論的可能的組網(wǎng)方式有方案1-7這7種，分為獨立組網(wǎng)和非獨立組網(wǎng)方案，方案7、方案4和方案3還有不同的雙連接[5]方案，分別是方案7a、方案4a和方案3a，總共有10種架構(gòu)[3]參與論證。圖1是這10種架構(gòu)，虛線表示控制面連接，實線表示業(yè)務(wù)面連接。

這些不同的組網(wǎng)方式分為兩種類型：獨立組網(wǎng)和非獨立組網(wǎng)，劃分標準在于控制面錨點不同。

非獨立組網(wǎng)(Non-standalone)：是指5G NR以LTE eNode B作為控制面錨點接入EPC，或以NG-eNode B作為控制面錨點接入NGC。NG-eNode B（next generation enhanced eNode B，下一代eNode B）是5G標準最新定義的名稱，也被稱為eLTE (evolutionary LTE，LTE演進)。NG-eNode B可以直接接入或通過NR接入5G 核心網(wǎng) NGC，與NR不同之處在于NR不要求后向兼容LTE，而NG-eNode B可以后向兼容LTE。獨立組網(wǎng)(Standalone)是指5G、4G融合組網(wǎng)時以5G NR作為控制面錨點接入NGC。

按照控制面錨點劃分，方案7、方案7a和方案3、方案3a屬于非獨立組網(wǎng)，控制面板錨點位于LTE eNode B或者NG-eNode B ；方案2和方案4、方案4a屬于獨立組網(wǎng)，控制面錨點位于5G NR。方案1和方案5沒有接入5G NR，屬于LTE的獨立組網(wǎng)，沒有使用5G新空口，不能支持5G業(yè)務(wù)；方案6使用了原4G EPC，屬于5G NR獨立組網(wǎng)，但5G UE接入4G核心網(wǎng)，也不能支持5G業(yè)務(wù)。方案1、5、6都沒有雙連接結(jié)構(gòu)，暫時不是討論的主要架構(gòu)。

獨立組網(wǎng)和非獨立組網(wǎng)的主要架構(gòu)[3]如圖2所示。

圖1 4G、5G的融合組網(wǎng)架構(gòu)

圖2 獨立組網(wǎng)和非獨立組網(wǎng)

3 獨立組網(wǎng)架構(gòu)分析

方案2、方案4和方案4a三種架構(gòu)[3]都屬于獨立組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)， 這3種架構(gòu)都有其特點，下面分析其優(yōu)劣勢，以及網(wǎng)絡(luò)采用的時期。

3.1 方案2架構(gòu)分析

方案2需要獨立新建一套5G網(wǎng)絡(luò)，其用戶面和控制面錨定在5G NR。對現(xiàn)有2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)沒有影響，可以快速部署，不影響現(xiàn)網(wǎng)。方案2不必改造現(xiàn)網(wǎng)，可實現(xiàn)不影響商用網(wǎng)絡(luò)和用戶，采用了5G新網(wǎng)元，可以實現(xiàn)5G新業(yè)務(wù)。方案2可以按需覆蓋，適合eMBB場景，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展早期階段可以快速部署。

然而，方案2當(dāng)NR尚未實現(xiàn)連續(xù)覆蓋時，語音業(yè)務(wù)需要回落到現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致語音業(yè)務(wù)切換復(fù)雜，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也會存在和4G網(wǎng)絡(luò)的頻繁切換和互操作，負荷均衡機制比較復(fù)雜。而且，同時部署NR和NGC需要在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期投資較大。

方案2主要優(yōu)劣勢分析如圖3所示。

3.2 方案4/4a架構(gòu)分析

方案4/4a架構(gòu)的錨點在5G NR，最終接入5G NGC，和方案2相比引入了雙連接，可以利用現(xiàn)有的4G接入網(wǎng)。

方案4/4a采用了雙連接，可以同時支持5G NR和4G LTE，帶來了4G流量增益，引入了5G NR和NGC，可以支持5G新業(yè)務(wù)。

方案4/4a 的差別在于方案4增加了LTE與NR的接口，而方案4a則是LTE引入了1A-LIKE連到NGC。

但是，方案4/4a增加了與4G的新接口，需要對現(xiàn)網(wǎng)LTE進行改造。而且，方案4/4a需要同時部署NGC和5G NR，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期需要進行較大投資。

方案4/4a主要優(yōu)劣勢分析如圖4所示。

綜合方案2和方案4/4a分析，獨立組網(wǎng)方案均需新建NGC和5G NR，三種方案覆蓋范圍相同，方案2投資偏小，適合在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期采用，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋逐漸完善，方案2也可以作為最終5G網(wǎng)絡(luò)存在[6]。

圖3 方案2架構(gòu)分析

圖4 方案4和方案4a架構(gòu)分析

4 非獨立組網(wǎng)架構(gòu)分析

方案3/3a和方案7/7a四種架構(gòu)[3]都屬于非獨立組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這四種架構(gòu)都有其特點，下面分析其優(yōu)劣勢，以及網(wǎng)絡(luò)采用的時期。

4.1 方案3/3a架構(gòu)分析

方案3/3a錨點在4G LTE，最終接入4G EPC。

方案3/3a采用了雙連接，可以同時支持5G NR和4G LTE，帶來了4G流量增益，但沒有引入NGC，不能支持5G新業(yè)務(wù)。方案3/3a對NR覆蓋無要求，可以沿用原有的4G覆蓋，語音業(yè)務(wù)不需要進行互操作，連續(xù)性有保障，對網(wǎng)絡(luò)改動小，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期投資較小，有利于快速建網(wǎng)。

方案3/3a 的差別在于方案3增加了LTE與NR的接口，而方案3a則是5G NR引入了1A連到EPC。

但是，方案3/3a增加了與4G的新接口，需要對現(xiàn)網(wǎng)LTE進行改造。盡管進行了改造，但沒有引入NGC，不能支持5G新業(yè)務(wù)。

方案3/3a主要優(yōu)劣勢分析如圖5所示。

4.2 方案7/7a架構(gòu)分析

方案7/7a錨點在4G LTE上，最終接入5G NGC。

方案7/7a采用了雙連接，可以同時支持5G NR和4G LTE，帶來了4G流量增益，引入了5G NR和NGC，可以支持5G新業(yè)務(wù)。由于方案7/7a的錨點在4G LTE網(wǎng)絡(luò)，可以繼承原有的LTE網(wǎng)絡(luò)，對網(wǎng)絡(luò)的改動較小，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期投資較小。

方案7/7a的差別在于方案7增加了LTE與NR的接口，而方案7a則是5G NR引入了1A-LIKE連到NGC。

圖5 方案3和方案3a架構(gòu)分析

但是，方案7/7a增加了與4G的新接口，需要對現(xiàn)網(wǎng)LTE進行改造。

方案7/7a與方案3/3a都繼承了現(xiàn)有的4G覆蓋，方案7/7a與方案4/4a都引入了新核心網(wǎng)NGC，支持5G新業(yè)務(wù)，兼具了方案3/3a和方案4/4a的優(yōu)勢。

方案7/7a主要優(yōu)劣勢分析如圖6所示。

5 結(jié)束語

方案2架構(gòu)對現(xiàn)網(wǎng)沒有影響，引入簡單，可以快速驗證5G性能，可以部署在5G特定的熱點區(qū)域，實現(xiàn)三大場景功能，可滿足中國移動5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期需求。

方案3/3a架構(gòu)可以用于NR非連續(xù)覆蓋時期，與現(xiàn)網(wǎng)4G網(wǎng)絡(luò)深度耦合，繼承了現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，可以在5G熱點區(qū)域之外的4G覆蓋區(qū)域提供4G能力，但不可以在5G覆蓋區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全5G業(yè)務(wù)能力，與方案7/7a架構(gòu)相比投資較小，可一定程度上滿足中國移動5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中期需求。

方案7/7a架構(gòu)可以用于NR非連續(xù)覆蓋時期，既可以在5G覆蓋區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全5G業(yè)務(wù)能力，又與現(xiàn)網(wǎng)4G網(wǎng)絡(luò)深度耦合，繼承了現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，在5G熱點區(qū)域之外的4G覆蓋區(qū)域提供4G能力，可滿足中國移動5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中期需求。

方案4/4a架構(gòu)可用于NR連續(xù)覆蓋時期，既可以在5G覆蓋區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全5G業(yè)務(wù)能力，又與現(xiàn)網(wǎng)4G網(wǎng)絡(luò)深度耦合，4G帶來流量增益，由于NR已經(jīng)實現(xiàn)連續(xù)覆蓋，控制面錨定在NR不會有問題，可滿足中國移動5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展遠期需求。

參考文獻

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[5] 3GPPTR 36.842, Study on Small Cell Enhancements for E-UTRA and E-UTRAN-Higher layeraspects[S].

[6] 劉德全，崔波，姚鍵，等. 5G網(wǎng)絡(luò)部署方案研究[J]. 廣東通信技術(shù)，2017(9).