【大唐杯备考】——5G网络组网部署（学习笔记）

前言：本期介绍5G网络组网部署。

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1. SA组网和NSA组网

根据3GPP定义，5G标准分为SA组网（Standalone，5G独立组网）与NSA组网（Non-Standalone，5G非独立组网）。其中SA组网就是全新的5G核心网+全新的5G基站，和4G完全分隔开，你建设起来会很爽，维护起来也很爽。用户用起来也是爽。

但是，5G并不是人人的刚需，况且开通初期那高昂的价格无论是用户还是运营商都难以承担。于是，为了方便大家逐步享受5G，在独立组网方式之外，还提供了非独立组网的方式，即把现有的4G基站升级一下，变成增强型4G基站，然后把它们接入5G核心网，这种就是我们国内的主流NSA组网方式。其中使能5G网络需要其他移动通信系统的辅助（4G网络），如果辅助缺失，那么5G网络就无法独立进行工作。

1.1 SA组网

SA组网有两种方案：Option 2和Option 5，如下图所示。

其中Option 2的方案是我们的最终目标，但是其造价高昂不可能一蹴而就。于是我们需要NSA的方式作为普及5G的过渡方式。

1.2 NSA组网

较之于SA组网，NSA组网架构下的5G接入网不能独立承担与核心网用户面和控制面的连接，需要借助4G移动通信系统完成连接。此时，与核心网之间具有控制面连接的接入网网元称为MN（Master Node，主节点）；与核心网之间没有直接的控制面连接的接入网网元称为SN（Secondary Node，辅节点）。针对5G移动通信系统，3GPP确定的NSA方案共包括三个系列：Option3系列，Option7系列和Option4系列。

1.2.1 Option 3系列

2017年12月制定：4G基站（eNB）和5G基站（gNB）共用4G核心网（EPC），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（Option 3）、EPC（Option 3a）或者gNB（Option 3X）进行分流。优势在于不必新增5G核心网，利用运营商现有4G网络基础设施快速部署5G，抢占覆盖和热点。但是5G信令全走4G通道，有4G核心网信令过载风险，因此该阶段主要解决初期的5G覆盖。

1.2.2 Option 7系列

2018年12月确定：增强型4G基站（ng-eNB）与5G基站（gNB）共用5G核心网（5GC），该阶段5G核心网替代了4G核心网，控制面则仅经由ng-eNB连接到5GC，用户面可以分别经由ng-eNB、5GC或者gNB进行分流，解决了4G核心网信令过载风险，主要面向5G容量需求。
数据锚点：5G NR接入网做数据锚点支持X架构（LTE设备处理能力弱于NR，不适合做锚点）

1.2.3 Option 4系列

2019年12月确定：增强型4G基站（ng-eNB）与5G基站（gNB）共用5G核心网（5GC），该阶段5G核心网替代了4G核心网，控制面则仅经由5G gNB连接到5GC，用户面可以分别经由gNB或者5GC进行分流。该阶段不仅面向5G的增强型移动带宽场景（eMBB），还面向大规模网联网（mMTC）和低时延高可靠物联网（uRLLC）。是面向万物连接时代5G的多样化业务。

1.3 组网方案对比

分类	非独立NR（NSA）架构	独立NR（SA）架构
支持功能	仅支持eMBB	全部5G功能
LTE现网	需要升级LTE基站以及核心网支持NSA	不影响现网LTE
终端	5G NR下需要提供Customized 4G NAS UE with 5G RRC；eLTE理论支持LTE	终端 5G NR下使用5G UE；LTE终端继续使用在LTE网络下
5G新频NR以及天线	全部新加，不管高低频	全部新加，不管高低频
核心网	初期（3系）只需要升级现网EPC，后期（7系、4系）可以选择新建5G核心网支持eLTE	新加5G核心网
初期成本	低	高
后期维护成本	高（升级软件需要升级LTE基站）	低
组网	复杂(需要考虑到LTE的链路)	简单
IOT对接	不需要5GNR接入与核心网跨异厂家IOT测试LTE或eLTE跟升级后的EPC IOT需要对接验证	需要5G NR与5G核心网跨异厂家IOT测试成熟loT需要很长时间
演进	可以通过升级与网络调整变成SA	SA是最终模式

2. MR-DC技术

MR-DC（Multi-RAT Dual Connectivity，多接入网技术双连接）是指一部终端可以同时连接4G网络和5G网络，同时使用两个网络进行业务，此时终端需要具备至少两个MAC实体，支持双发双收。对应不同的网络架构，DC（Dual Connectivity，双连接）有不同的名称。值得注意的是，DC是LTE时代引入的。

核心网	主节点	辅节点	名称
EPC	E-UTRA	E-UTRA	DC
EPC	E-UTRA	NR	EN-DC
5GC	NG-RAN E-UTRA（即ng-eNB）	NR	NGEN-DC
5GC	NR	E-UTRA	NE-DC
5GC	NR	NR	NR-DC

以Option 3x组网场景为例，从控制面看：MN（eNB）和终端之间会建立面向核心网的控制面连接，维护唯一的RRC状态。RRC信令无线承载包括SRB0、SRB1和SRB2。此时终端与SN（gNB）之间可以建立另外一个基于NR的信令面连接（SRB3），但是对于终端来说，RRC连接只存在于终端和MN之间，RRC的状态转换只有一个。MN（eNB）和SN（gNB）具有各自的RRC实体，可以生成要发送到终端的RRC PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）。NSA Option3x控制面协议栈如下图所示。

从用户面看：在DC场景下，UE和网络可能建立MCG（Master Cell Group，主小区组）承载、SCG（Secondary Cell Group，辅小区组）承载和分离承载。NSA Option3x用户面承载概念如下图所示。

DC与CA（Carrier Aggregation，载波聚合）是一对极易混淆的概念。3GPP在R10版本引入CA这一概念。CA技术中终端也会与多个接入网网元建立连接，但是控制面连接仅有一个。DC与CA的对比如下表所示。

项目	MR-DC	CA
本质	聚合协议层是PDCP层，时延宽松	聚合协议层是MAC层，对时延要求严格
实现	异系统或同系统的不同基站资源	多为同系统，异系统实现复杂；同站的不同小区CC（Component Carrier，分量载波）实现容易，不同站不同小区CC实现困难
机制	对数据可以分流；不同节点使用不同的TA（Time Advance，时间提前量）做时间同步；每个终端的主节点配置固定；上下行节点数相同	资源不够的情况下，才考虑添加CC；不同小区共用TA；每个终端的主小区配置可以不同；上下行可以聚合不同载波
对终端	两个MAC实体（控制面协议栈）	一个MAC实体，支持CA

3. CU/DU组网部署

根据不同的业务和部署场景，NR架构总体可以分为CU和DU两级，但是实际部署可以出现CU、DU和AAU分离的三级配置，也可以出现AAU直接连入中心结点。NR的不同网络结构示意图如下所示。目前主流场景是第三种。

3.1 eMBB 业务（了解）

为了支持eMBB业务的覆盖和容量需求，CU和DU需要进行分离部署，分为两种形式：Macro（宏）方式和Micro（微）方式。CU/DU分离Macro和Micro组网部署如下图所示。

当业务容量需求变高，在密集部署情况下，基于理想前传条件，多个DU可以联合部署，形成基带池，提高基站资源池的利用率，并且可以利用多小区协作传输和协作处理以提高网络的覆盖和容量。CU/DU分离DU资源池组网方式如下图所示。

语音业务对带宽和时延要求不高，此时DU可以部署在基站侧；对于大带宽低时延业务（如视频或者虚拟现实），一般需要高速传输网络或者光纤直接连接中心机房，并在中心机房部署缓存服务器，以降低时延并提升用户体验。CU/DU分离针对高时延和低时延部署方式如下图所示。

3.2 mMTC 业务（了解）

对于面向垂直行业的机器通信业务，在建设5G网络时，需要考虑机器通信的特点。大规模机器通信普遍对时延要求较低，其特点有2个；数据量少而且站点稀疏；站点数量多，且分布密集。CU/DU分离针对mMTC的部署方式如下图所示。

参考资料
关于5G的NSA和SA，看完秒懂！
5G中的多制式双连接是怎样的？
大唐杯学习笔记(1)—— 5G网络架构与组网部署
《5G系统技术原理与实现》——人民邮电

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作者：HinsCoder
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