淺談5G 核心網(wǎng)規(guī)劃及建設(shè)策略

張志鈺 支 斌

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計院有限公司，廣東 深圳518000）

1 5G 發(fā)展進程

2020 年7 月3 日，3GPP 宣布完成5G 標準的第二版規(guī)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(shù)標準，是全球產(chǎn)業(yè)團結(jié)協(xié)作的結(jié)晶。R16 實現(xiàn)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(wù)行業(yè)應(yīng)用的能力，提高了5G 的效率。R15 的若干基礎(chǔ)功能在R16 中得到持續(xù)增強，顯著提升小區(qū)邊緣頻譜效率、切換性能，使終端更節(jié)電等。

表1 4G/5G 核心網(wǎng)對比

表2

2 5G 核心網(wǎng)創(chuàng)新驅(qū)動

5G 核心網(wǎng)的創(chuàng)新驅(qū)動力源于5G 業(yè)務(wù)場景需求和新型ICT使能技術(shù)，旨在構(gòu)建高性能、靈活可配的廣域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，全面提升面向未來的網(wǎng)絡(luò)運營能力。5G 系統(tǒng)架構(gòu)采用原生云化設(shè)計思路，關(guān)鍵特性包括服務(wù)化架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計算。服務(wù)化架構(gòu)將網(wǎng)元功能拆分為細粒度的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，“無縫”對接云化NFV 平臺輕量級部署單元，為差異化的業(yè)務(wù)場景提供敏捷的系統(tǒng)架構(gòu)支持；網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計算提供了可定制的網(wǎng)絡(luò)功能和轉(zhuǎn)發(fā)拓撲。更有意義的是，5G 網(wǎng)絡(luò)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(yè)務(wù)體驗提升，加速響應(yīng)業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新需求（表1）。

3 5G 組網(wǎng)方案分析

5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要分為SA 和NSA 兩種，NSA 的有option3、option3a、option7、option7a，SA 的有option2、option4a、option4。架構(gòu)圖如圖1。

3.1 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)選項3（NSA）

接入網(wǎng)進行重構(gòu)核心網(wǎng)側(cè)沿用4G 網(wǎng)絡(luò)EPC，接入網(wǎng)側(cè)LTEeNB 扮演了與核心網(wǎng)控制面連接錨點的角色，所有控制信令都是通過LTEeNB 下發(fā)，而用戶面數(shù)據(jù)通過LTEeNB 進行承載分離；參考了3GPPR12 的LTE 雙連接構(gòu)架，UE 在連接態(tài)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(yè)務(wù)速率受限于LTE eNB 側(cè)傳輸帶寬，不支持5G 新增場景mMTC、uRLLC；優(yōu)勢在于利舊4G 網(wǎng)絡(luò)，利于快速部署，且成本相對低廉。

3.2 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)選項7（NSA）

相當于選項3 系列的升級版本，核心網(wǎng)側(cè)重構(gòu)為NGC，接入網(wǎng)側(cè)仍有效利用現(xiàn)網(wǎng)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(yè)務(wù)；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(tǒng)互操作復雜度高；綜合了4G 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源成熟及5G 網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)越的優(yōu)勢，前期投入相對獨立組網(wǎng)要小。

3.3 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)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(lián)合組網(wǎng)的優(yōu)勢，在4G 退網(wǎng)前，發(fā)揮余熱。

3.4 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)選項2（SA）

整個網(wǎng)絡(luò)進行重構(gòu)5G 系統(tǒng)獨立組網(wǎng)，gNB 通過新空口NG-U 連接到NGC。無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)都是全新構(gòu)建的，而未利用或兼容現(xiàn)有的4G 網(wǎng)絡(luò)；缺點是未能有效利用現(xiàn)網(wǎng)資源，部署成本較高；優(yōu)點在于同時引入NGC 和NR 可全面支持5G 的多元化業(yè)務(wù)；同時，由于減少了4G 和5G 之間的接口，降低了系統(tǒng)復雜度。

圖1 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)選項

4 5G 核心網(wǎng)規(guī)劃方案

4.1 5G 核心網(wǎng)建網(wǎng)選擇

5G 核心網(wǎng)有兩種架構(gòu)，獨立組網(wǎng)SA(5GC)和非獨立組網(wǎng)NSA (EPC) 架構(gòu)，從性能方面來說，SA(5GC)全面優(yōu)于NSA(EPC)：更好的端到端用戶體驗，更強的業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力（圖2）。

SA(5GC)和NSA(EPC)的關(guān)鍵特性對比如表2。

圖2 5G 核心網(wǎng)架構(gòu)-NSA/SA

4.2 5G 核心網(wǎng)建網(wǎng)方案

5G 核心網(wǎng)建設(shè)方案分三個階段建設(shè)，最終建設(shè)為獨立組網(wǎng)SA(5GC)架構(gòu)。階段一為2018-2019年，為5G 重要城市試點建設(shè)階段，以NSA 作為主要承載方式，部分區(qū)域試點做SA 5GC；升級EPC網(wǎng)絡(luò)，對接LTE 和NR，重點實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，采用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)vEPC，主要針對部分eMBB 業(yè)務(wù)。階段二2020-2021 年，為5G 規(guī)模商用建設(shè)階段，4/5G 核心網(wǎng)部分融合；在原有的EPC 增強的基礎(chǔ)上實現(xiàn)PGW-C/U、HSS、PCRF 等平滑升級支持NGC，實現(xiàn)上述網(wǎng)元的供設(shè)，新建5G AMF 網(wǎng)元與MME 實現(xiàn)對接，支持與EPC 的無縫切換，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建，承載部分專網(wǎng)。業(yè)務(wù)階段三2022-2025 年，為5G 建設(shè)周期階段，最終建成全融合切片核心網(wǎng)；擴建5G 核心網(wǎng)并支持接入所有4G 和5G基站，逐步淘汰專有硬件的EPC 網(wǎng)元，將vEPC 資源釋放，實現(xiàn)NGC 網(wǎng)元重構(gòu)，將大部分eMBB 、mMTC 和URLLC 等業(yè)務(wù)遷移到5G 網(wǎng)絡(luò)（圖3）。

圖3 5G 核心網(wǎng)建設(shè)階段

5 結(jié)論

5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是國家新基建的重要建設(shè)方向之一，經(jīng)濟社會的快速發(fā)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)都需要基于5G 網(wǎng)絡(luò)，雖然5G 網(wǎng)絡(luò)功能強大，但網(wǎng)絡(luò)部署還存在著較多困難，主要體現(xiàn)在物理站址選擇，物業(yè)協(xié)調(diào)，設(shè)備兼容性等多方面，需要政府機關(guān)、通信設(shè)計施工單位及設(shè)備制造商，通信運營商等單位通力合作，才能實現(xiàn)快速高效建網(wǎng)。