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中國 5G 產業即將進入第三階段試驗,真5G只差最後一步丨技術解讀

結合當下的熱點來看, 人工智慧、區塊鏈、自動駕駛等技術著實吸引人們的眼球, 然而少了 5G, 這些技術想要落地, 可謂是難於上青天。 2018 年 1 月 16 日, 我國正式發佈了 5G 技術研發試驗第三階段規範, 這意味著該技術已經離商業化不遠了。

第三階段試驗計畫安排是, 2018 年完成 5G NSA 和 5G SA 架構規範制定以及 5G NSA 架構的室內測試和外場測試;2018 年第二季度完成 3.5GHz、4.9GHz 室內和外場環境建設;2018 年第三季度至 2018 年第四季度完成 5G SA 架構的室內和外場測試;2018 年年末啟動 5G 終端和交互操作測試。

圖丨 5G 技術研發試驗第三階段規範

DT 君在這個安排中看到了兩個關鍵字:NSA 和 SA。 這是什麼意思呢?NSA 指的是採用 LTE和 5G 的聯合組網, 全稱為 Non-Standalone;SA 則指的是 5G 獨立網組。 這兩個組網的作用均為 5G 技術的網路部署, 就相當於蓋大樓前打的地基, 而第三階段測試則是用來判斷, 到底哪種形式的組網更適合中國。

當然, 除了名字以外,

NSA 和 SA 在架構、業務支持性、互通性、覆蓋能 力以及終端特性方面還有著許多區別。 而這些區別則決定了兩種組網不同的優勢以及劣勢。

NSA 和 SA 的基本差別

LTE 這個詞相信已經不陌生了, 沒錯, 它正是中國在 4G 建設的網路制式。 LTE 系統中採用雙連接時, 資料在核心網或者 PDCP 層進行分割後, 將用戶資料流程通過多個基站同時傳送給用戶。 但是核心網其實也有多種選擇, 這些選擇可以進一步改變 NSA 的特性。

核心網位於移動網路的網路子系統內, 主要作用是把呼叫請求或資料請求, 接續到不同的網路上。 它可以使用 EPC 或者 NGC, 這兩者的區別在於, 前者允許 LTE eNB 和 5G gNB 用戶面直接連到 EPC 上, 控制台只允許 LTE eNB 連接。 後者則是 5G gNB 可以直接連接到 NGC, 而 LTE eNB 則需要升級到 eLTE eNB 後連接到 NGC。

圖丨連接示意圖

看起來過程非常複雜, 實際上也是真的複雜, 時延大不說, 各個網路還需要獨立維護, 其管理和部署成本相對較高。 此外, 正是因為其複雜程度高, 各網路間無法靈活調度, 交互起來也是極其繁瑣。

SA 採用端到端的 5G 網路架構, 從終端、無線新空口到核心網都採用 5G 相關標準,

支援 5G 各類介面, 實現 5G 各項功能, 提供 5G 類服務。 這種方式下, 核心網採用 5GNGC, 無線系統可以是 5G gNB, 也可以是 LTE eNB 升級後的 eLTE eNB, 它們分別對應選項 2、選項 5。 採用 gNB 與 NGC 組網時, 對應架構選項 2。 將 LTE eNB 需升級到 eLTE eNB 後連接到 5G 核心網, 對應架構選項 5。

這些選項是什麼?

上文中提到了一個關鍵字——選項(圖中的方案和選項意思相同, 都由選項翻譯而來)。 這些選項的含義就是以 NSA 和 SA 來劃分的網路架構。 表面上看起來只有選項 1 到選項 7 這七種, 事實上還有選項 4a、選項 7a、選項 7x 等多種變形架構。

老規矩, 先從 NSA 開始。 目前該分類下, 3、3a、7、7a 的控制台錨點位於 LTE eNB 或者 eLTE eNB, 而選項 2、選項 4、選項 4a 的錨點位於 5GNR。 所以, 在 NSA 方面, 主要以前四個選項為討論重點, 而在 SA 方面則主要以後三位討論重點。

3/3a 融合的錨點在 4G 無線網, 5G 無線網通過 4G LTE 網路融合到 4G 的核心網。 相較於選項 3, 選項 3a 是在 5G 無網增加 1A 介面與 4G 核心網融合。 這兩種選項的架構是在原有 4G 覆蓋基礎上增加 5G NR 新覆蓋, 但控制面依然經過 LTE, 繼承了原有的 4G 覆蓋, 因此對 NR 覆蓋沒有要求, 不需要連續覆蓋,在網路建設初期網路投資小,建設速度快,由於有原有的 4G 網路做基礎,語音業務連續性有保證,對網路的改動小。

選項 3/3a 架構由於採用了支持 5G NR 和 LTE 的雙連接,帶來 4G eLTE 的流量增益,與選項 4/4a 相都實現了流量增益,但選項 3/3a 架構採用了新的 5G NR,沒有引入 NGC,不可以支援 5G 新功能新業務。

此外,選項 3/3a 架構引入了新空口,沒引入新核心網,也沒實現新功能。綜上,這兩種架構的優勢在於:對 NR 覆蓋無要求、支援 5GNR 和 LTE 雙連接、建設成本低。缺點在於無法支援 NGC 引入新的業務。

選項 7/7a 架構錨點在 4G LTE 上,最終融合到 5G 的 NGC 中。選項 7 融合的錨點則位於 4G LTE 網路上,5G 無線網路通過 4G LTE 網路融合到 5G 的 NGC,選項 7a 是在於 5G 無線網增加 1A-LIKE 介面與 5G 的 NGC 融合。選項 7/7a 架構是在原有 4G 覆蓋基礎上增加 5G NR 新覆蓋,控制面依然經過 LTE,因此對 NR 覆蓋沒有要求。

選項 7/7a 架構由於也採用了支持 5G NR 和 LTE 的雙連接,帶來 4G eLTE 的流量增益,與選項 3/3a、選項 4/4a 相比都實現了流量增益,但選項 7/7a 架構採用了新的 5G NR,也引入了新核心網 NGC,可以支援 5G 新功能新業務。比起 3/3a,7/7a 可以支援 NGC 引入新的業務,不過它需要 LTE 升級為 eLTE,這其實是一筆不小的開銷。

說完了 NSA,再來說說 SA。選項 2 架構由於獨立于現有的 2G/3G/4G 網路,控制面和使用者面都錨定在 5G NR,可以不影響現有的商用網路,不影響現網用戶。

選項 2 架構不需要連續覆蓋,可以在試點區域快速部署,不需要對現網進行改造,不需要引入新交互操作介面,直接引入 5G 新網元 NR 和 NGC,可以提供 5G 新功能新業務。但是,選項架構在網路建設初期不能實現 NR 連續覆蓋時,語音業務切換流程複雜,語音業務回落到現有網路時要求 4G 網路覆蓋良好,資料業務邊緣也會存在與 4G 網路頻繁的交互操作,與現有 4G 網路缺乏負載均衡機制。選項 2 架構需要同時部署 NR 和 NGC,網路建設初期需要的投資較大。

選項 4/4a 架構融合的錨點在 NR 上,最終融合到 5G 的 NGC 中,是 SA 的一個變化,和選項 2 的主要區別在於選項 4/4a 能夠將現有大規模的 LTE eNB 利用起來。選項 4 融合的層面在於 4G 無線網和 5G 無線網融合,選項 4a 是在於 4G 無線網增加 1A-LIKE 介面與 5G 的 NGC 核心網。選項 4/4a 架構由於採用了支持 5G NR 和 LTE 的雙連接,帶來 4G eLTE 的流量增益,採用了新的 5G NR 和 NGC,可以支援 5G 新功能新業務。

總的來說,選項 7/7a 架構與 選項 3/3a 架構相比,繼承了原有的 4G 覆蓋,同時具有選項 3/3a 架構的優勢。選項 7/7a 架構與選項 4/4a 架構相比,都引入了新核心網 NGC,實現了 5G 新功能新業務,同時具有選項 4/4a 架構的優勢。

所以這些選項的意義是?

DT 君認為,上面這些介紹即使讀起來有些費勁,甚至是直接跳過,都無所謂,只要記住結論就好。而此時,應該把結論套回 5G 產業。

產業存在兩個時期,即成熟和不成熟期,其判斷標準是 3.5Ghz 低頻能否實現連續覆蓋,能連續覆蓋則意味著產業成熟,反之不成熟。選項 3/3a、7/7a 的成本低廉,佈局迅速,更適合產業不成熟期,而選項 2 和 4/4a 則適合成熟期。

但是這樣的推論其實不完全正確,這是因為每一代移動網路都是擁有其服務標準的。網路架構的選擇,是要以運營商能否為消費者提供達到標準的服務來衡量的。那麼 5G 的服務標準是什麼呢?

其實這個標準是分為兩個方面的,從用戶層面來說,5G 需要達到高使用者體驗速率、無縫覆蓋、低業務終端時延、低功耗、低資費;從網路運營商層面來說,5G 要求統一運營商多 RAT 共存(就是指 WLAN、LTE、5G)、多種無線制式、多種頻譜利用,以及現有 RAT 控制台位於核心網。

簡單來講,上述提到的選項 2、3/3a、4/4a、7/7a 其實都只是將將達到及格線而已。如果採用先 3/3a、7/7a,等達到 NR 連續覆蓋時再轉為 2 和 4/4a,這樣做其實對於運營商來說是入不敷出的。因為這其中除了網路升級的成本外,還需要重新優化和調整。

然而要直接使用 2、4/4a,則會極大延長 5G 技術的部署速度,而且極有可能造成用戶在某段時間內無法上網的窘境。這對於運營商來說往往是致命的。

回歸第三階段

看起來 NSA 和 SA 這個話題很難尋求一種完美的答案,那麼這就對了。因為中國需要面臨的問題,美國、日本、韓國、歐洲都需要面對,而且是大家同時面對,並列第一。事實上中國對於 5G 的貢獻,是這些地區中最大的。

3GPP 定義 5G 實體層的工作組中,華人專家占到 60%,其中服務於中國通信企業的達到 70%;中國通信企業貢獻到 3GPP 關於 5G 的提案,占全部提案的 40%。此外,中國已經建成全球最大的 5G 外場試驗環境,在北京懷柔外場完成 30 個站址規劃,可滿足多廠家的外場組網性能測試需求;2018 年將進一步擴大 5G 外場測試規模。

第三階段試驗對於中國 5G 產業的發展起到了至關重要的作用,正是因為出發點是商業實際應用,所以在 NSA 和 SA 的選擇上並不能像之前的試驗那樣,不考慮成本地研究和開發。這次試驗的本質其實並不只是技術,還包括了一種服務標準,或者說是 5G 技術商品價值與交易價值之間的考量。

經過慎重的考慮,DT 君覺得 4/4a 其實是最靠譜的,因為它既可以在 5G 覆蓋區域實現全 5G 業務能力,又與現網 4G 網路深度耦合,4G 帶來流量增益,由於 NR 已經實現連續覆蓋,控制面錨定在 NR 的問題得到解決,唯一缺點就是需要在 LTE 改造的同時,部署 NR 和 NGC。不過從長遠發展來看,比起經過 3/3a 和 7/7a 的過渡,直接採用 4/4a 這種一勞永逸的做法反而更適合中國 5G 產業,畢竟長痛不如短痛。

不需要連續覆蓋,在網路建設初期網路投資小,建設速度快,由於有原有的 4G 網路做基礎,語音業務連續性有保證,對網路的改動小。

選項 3/3a 架構由於採用了支持 5G NR 和 LTE 的雙連接,帶來 4G eLTE 的流量增益,與選項 4/4a 相都實現了流量增益,但選項 3/3a 架構採用了新的 5G NR,沒有引入 NGC,不可以支援 5G 新功能新業務。

此外,選項 3/3a 架構引入了新空口,沒引入新核心網,也沒實現新功能。綜上,這兩種架構的優勢在於:對 NR 覆蓋無要求、支援 5GNR 和 LTE 雙連接、建設成本低。缺點在於無法支援 NGC 引入新的業務。

選項 7/7a 架構錨點在 4G LTE 上,最終融合到 5G 的 NGC 中。選項 7 融合的錨點則位於 4G LTE 網路上,5G 無線網路通過 4G LTE 網路融合到 5G 的 NGC,選項 7a 是在於 5G 無線網增加 1A-LIKE 介面與 5G 的 NGC 融合。選項 7/7a 架構是在原有 4G 覆蓋基礎上增加 5G NR 新覆蓋,控制面依然經過 LTE,因此對 NR 覆蓋沒有要求。

選項 7/7a 架構由於也採用了支持 5G NR 和 LTE 的雙連接,帶來 4G eLTE 的流量增益,與選項 3/3a、選項 4/4a 相比都實現了流量增益,但選項 7/7a 架構採用了新的 5G NR,也引入了新核心網 NGC,可以支援 5G 新功能新業務。比起 3/3a,7/7a 可以支援 NGC 引入新的業務,不過它需要 LTE 升級為 eLTE,這其實是一筆不小的開銷。

說完了 NSA,再來說說 SA。選項 2 架構由於獨立于現有的 2G/3G/4G 網路,控制面和使用者面都錨定在 5G NR,可以不影響現有的商用網路,不影響現網用戶。

選項 2 架構不需要連續覆蓋,可以在試點區域快速部署,不需要對現網進行改造,不需要引入新交互操作介面,直接引入 5G 新網元 NR 和 NGC,可以提供 5G 新功能新業務。但是,選項架構在網路建設初期不能實現 NR 連續覆蓋時,語音業務切換流程複雜,語音業務回落到現有網路時要求 4G 網路覆蓋良好,資料業務邊緣也會存在與 4G 網路頻繁的交互操作,與現有 4G 網路缺乏負載均衡機制。選項 2 架構需要同時部署 NR 和 NGC,網路建設初期需要的投資較大。

選項 4/4a 架構融合的錨點在 NR 上,最終融合到 5G 的 NGC 中,是 SA 的一個變化,和選項 2 的主要區別在於選項 4/4a 能夠將現有大規模的 LTE eNB 利用起來。選項 4 融合的層面在於 4G 無線網和 5G 無線網融合,選項 4a 是在於 4G 無線網增加 1A-LIKE 介面與 5G 的 NGC 核心網。選項 4/4a 架構由於採用了支持 5G NR 和 LTE 的雙連接,帶來 4G eLTE 的流量增益,採用了新的 5G NR 和 NGC,可以支援 5G 新功能新業務。

總的來說,選項 7/7a 架構與 選項 3/3a 架構相比,繼承了原有的 4G 覆蓋,同時具有選項 3/3a 架構的優勢。選項 7/7a 架構與選項 4/4a 架構相比,都引入了新核心網 NGC,實現了 5G 新功能新業務,同時具有選項 4/4a 架構的優勢。

所以這些選項的意義是?

DT 君認為,上面這些介紹即使讀起來有些費勁,甚至是直接跳過,都無所謂,只要記住結論就好。而此時,應該把結論套回 5G 產業。

產業存在兩個時期,即成熟和不成熟期,其判斷標準是 3.5Ghz 低頻能否實現連續覆蓋,能連續覆蓋則意味著產業成熟,反之不成熟。選項 3/3a、7/7a 的成本低廉,佈局迅速,更適合產業不成熟期,而選項 2 和 4/4a 則適合成熟期。

但是這樣的推論其實不完全正確,這是因為每一代移動網路都是擁有其服務標準的。網路架構的選擇,是要以運營商能否為消費者提供達到標準的服務來衡量的。那麼 5G 的服務標準是什麼呢?

其實這個標準是分為兩個方面的,從用戶層面來說,5G 需要達到高使用者體驗速率、無縫覆蓋、低業務終端時延、低功耗、低資費;從網路運營商層面來說,5G 要求統一運營商多 RAT 共存(就是指 WLAN、LTE、5G)、多種無線制式、多種頻譜利用,以及現有 RAT 控制台位於核心網。

簡單來講,上述提到的選項 2、3/3a、4/4a、7/7a 其實都只是將將達到及格線而已。如果採用先 3/3a、7/7a,等達到 NR 連續覆蓋時再轉為 2 和 4/4a,這樣做其實對於運營商來說是入不敷出的。因為這其中除了網路升級的成本外,還需要重新優化和調整。

然而要直接使用 2、4/4a,則會極大延長 5G 技術的部署速度,而且極有可能造成用戶在某段時間內無法上網的窘境。這對於運營商來說往往是致命的。

回歸第三階段

看起來 NSA 和 SA 這個話題很難尋求一種完美的答案,那麼這就對了。因為中國需要面臨的問題,美國、日本、韓國、歐洲都需要面對,而且是大家同時面對,並列第一。事實上中國對於 5G 的貢獻,是這些地區中最大的。

3GPP 定義 5G 實體層的工作組中,華人專家占到 60%,其中服務於中國通信企業的達到 70%;中國通信企業貢獻到 3GPP 關於 5G 的提案,占全部提案的 40%。此外,中國已經建成全球最大的 5G 外場試驗環境,在北京懷柔外場完成 30 個站址規劃,可滿足多廠家的外場組網性能測試需求;2018 年將進一步擴大 5G 外場測試規模。

第三階段試驗對於中國 5G 產業的發展起到了至關重要的作用,正是因為出發點是商業實際應用,所以在 NSA 和 SA 的選擇上並不能像之前的試驗那樣,不考慮成本地研究和開發。這次試驗的本質其實並不只是技術,還包括了一種服務標準,或者說是 5G 技術商品價值與交易價值之間的考量。

經過慎重的考慮,DT 君覺得 4/4a 其實是最靠譜的,因為它既可以在 5G 覆蓋區域實現全 5G 業務能力,又與現網 4G 網路深度耦合,4G 帶來流量增益,由於 NR 已經實現連續覆蓋,控制面錨定在 NR 的問題得到解決,唯一缺點就是需要在 LTE 改造的同時,部署 NR 和 NGC。不過從長遠發展來看,比起經過 3/3a 和 7/7a 的過渡,直接採用 4/4a 這種一勞永逸的做法反而更適合中國 5G 產業,畢竟長痛不如短痛。

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