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中国 5G 产业即将进入第三阶段试验,真5G只差最后一步?

2018-01-18 19:22:37 0 智能+ | , ,

文/DeepTech深科技

结合当下的热点来看,人工智能、区块链、自动驾驶等技术着实吸引人们的眼球,然而少了 5G,这些技术想要落地,可谓是难于上青天。2018 年 1 月 16 日,我国正式发布了 5G 技术研发试验第三阶段规范,这意味着该技术已经离商业化不远了。

第三阶段试验计划安排是,2018 年完成 5G NSA 和 5G SA 架构规范制定以及 5G NSA 架构的室内测试和外场测试;2018 年第二季度完成 3.5GHz、4.9GHz 室内和外场环境建设;2018 年第三季度至 2018 年第四季度完成 5G SA 架构的室内和外场测试;2018 年年末启动 5G 终端和互操作测试。

图丨 5G 技术研发试验第三阶段规范

DT 君在这个安排中看到了两个关键词:NSA 和 SA。这是什么意思呢?NSA 指的是采用 LTE 和5G 的联合组网,全称为 Non-Standalone;SA 则指的是 5G 独立网组。这两个组网的作用均为5G 技术的网络部署,就相当于盖大楼前打的地基,而第三阶段测试则是用来判断,到底哪种形式的组网更适合中国。

当然,除了名字以外,NSA 和 SA 在架构、业务支持性、互操作性、覆盖能 力以及终端特性方面还有着许多区别。而这些区别则决定了两种组网不同的优势以及劣势。

NSA 和 SA 的基本差别

LTE 这个词相信已经不陌生了,没错,它正是中国在 4G 建设的网络制式。LTE 系统中采用双连接时,数据在核心网或者 PDCP 层进行分割后,将用户数据流通过多个基站同时传送给用户。但是核心网其实也有多种选择,这些选择可以进一步改变 NSA 的特性。

核心网位于移动网络的网络子系统内,主要作用是把呼叫请求或数据请求,接续到不同的网络上。它可以使用 EPC 或者 NGC,这两者的区别在于,前者允许 LTE eNB 和 5G gNB 用户面直接连到 EPC 上,控制面板只允许 LTE eNB 连接。后者则是 5G gNB 可以直接连接到 NGC,而 LTE eNB 则需要升级到 eLTE eNB 后连接到 NGC。

图丨连接示意图

看起来过程非常复杂,实际上也是真的复杂,时延大不说,各个网络还需要独立维护,其管理和部署成本相对较高。此外,正是因为其复杂程度高,各网络间无法灵活调度,交互起来也是极其繁琐。

SA 采用端到端的 5G 网络架构,从终端、无线新空口到核心网都采用 5G 相关标准,支持 5G 各类接口,实现 5G 各项功能,提供 5G 类服务。这种方式下,核心网采用 5GNGC,无线系统可以是 5G gNB,也可以是 LTE eNB 升级后的 eLTE eNB,它们分别对应选项 2、选项 5。采用 gNB 与 NGC 组网时,对应架构选项 2。将 LTE eNB 需升级到 eLTE eNB 后连接到 5G 核心网,对应架构选项 5。

这些选项是什么?

上文中提到了一个关键词——选项(图中的方案和选项意思相同,都由选项翻译而来)。这些选项的含义就是以 NSA 和 SA 来划分的网络架构。表面上看起来只有选项 1 到选项 7 这七种,事实上还有选项 4a、选项 7a、选项 7x 等多种变形架构。

老规矩,先从 NSA 开始。目前该分类下,3、3a、7、7a 的控制面板锚点位于 LTE eNB 或者 eLTE eNB,而选项 2、选项 4、选项 4a 的锚点位于 5GNR。所以,在 NSA 方面,主要以前四个选项为讨论重点,而在 SA 方面则主要以后三位讨论重点。

3/3a 融合的锚点在 4G 无线网,5G 无线网通过 4G LTE 网络融合到 4G 的核心网。相较于选项 3,选项 3a 是在 5G 无网增加 1A 接口与 4G 核心网融合。这两种选项的架构是在原有 4G 覆盖基础上增加 5G NR 新覆盖,但控制面依然经过 LTE,继承了原有的 4G 覆盖,因此对 NR 覆盖没有要求,不需要连续覆盖,在网络建设初期网络投资小,建设速度快,由于有原有的 4G 网络做基础,语音业务连续性有保证,对网络的改动小。

选项 3/3a 架构由于采用了支持 5G NR 和 LTE 的双连接,带来 4G eLTE 的流量增益,与选项 4/4a 相都实现了流量增益,但选项 3/3a 架构采用了新的 5G NR,没有引入 NGC,不可以支持 5G 新功能新业务。

此外,选项 3/3a 架构引入了新空口,没引入新核心网,也没实现新功能。综上,这两种架构的优势在于:对 NR 覆盖无要求、支持 5GNR 和 LTE 双连接、建设成本低。缺点在于无法支持 NGC 引入新的业务。

选项 7/7a 架构锚点在 4G LTE 上,最终融合到 5G 的 NGC 中。选项 7 融合的锚点则位于 4G LTE 网络上,5G 无线网络通过 4G LTE 网络融合到 5G 的 NGC,选项 7a 是在于 5G 无线网增加 1A-LIKE 接口与 5G 的 NGC 融合。选项 7/7a 架构是在原有 4G 覆盖基础上增加 5G NR 新覆盖,控制面依然经过 LTE,因此对 NR 覆盖没有要求。

选项 7/7a 架构由于也采用了支持 5G NR 和 LTE 的双连接,带来 4G eLTE 的流量增益,与选项 3/3a、选项 4/4a 相比都实现了流量增益,但选项 7/7a 架构采用了新的 5G NR,也引入了新核心网 NGC,可以支持 5G 新功能新业务。比起 3/3a,7/7a 可以支持 NGC 引入新的业务,不过它需要 LTE 升级为 eLTE,这其实是一笔不小的开销。

说完了 NSA,再来说说 SA。选项 2 架构由于独立于现有的 2G/3G/4G 网络,控制面和用户面都锚定在 5G NR,可以不影响现有的商用网络,不影响现网用户。

选项 2 架构不需要连续覆盖,可以在试点区域快速部署,不需要对现网进行改造,不需要引入新互操作接口,直接引入 5G 新网元 NR 和 NGC,可以提供 5G 新功能新业务。但是,选项架构在网络建设初期不能实现 NR 连续覆盖时,语音业务切换流程复杂,语音业务回落到现有网络时要求 4G 网络覆盖良好,数据业务边缘也会存在与 4G 网络频繁的互操作,与现有 4G 网络缺乏负载均衡机制。选项 2 架构需要同时部署 NR 和 NGC,网络建设初期需要的投资较大。

选项 4/4a 架构融合的锚点在 NR 上,最终融合到 5G 的 NGC 中,是 SA 的一个变化,和选项 2 的主要区别在于选项 4/4a 能够将现有大规模的 LTE eNB 利用起来。选项 4 融合的层面在于 4G 无线网和 5G 无线网融合,选项 4a 是在于 4G 无线网增加 1A-LIKE 接口与 5G 的 NGC 核心网。选项 4/4a 架构由于采用了支持 5G NR 和 LTE 的双连接,带来 4G eLTE 的流量增益,采用了新的 5G NR 和 NGC,可以支持 5G 新功能新业务。

总的来说,选项 7/7a 架构与 选项 3/3a 架构相比,继承了原有的 4G 覆盖,同时具有选项 3/3a 架构的优势。选项 7/7a 架构与选项 4/4a 架构相比,都引入了新核心网 NGC,实现了 5G 新功能新业务,同时具有选项 4/4a 架构的优势

所以这些选项的意义是?

DT 君认为,上面这些介绍即使读起来有些费劲,甚至是直接跳过,都无所谓,只要记住结论就好。而此时,应该把结论套回 5G 产业。

产业存在两个时期,即成熟和不成熟期,其判断标准是 3.5Ghz 低频能否实现连续覆盖,能连续覆盖则意味着产业成熟,反之不成熟。选项 3/3a、7/7a 的成本低廉,布局迅速,更适合产业不成熟期,而选项 2 和 4/4a 则适合成熟期。

但是这样的推论其实不完全正确,这是因为每一代移动网络都是拥有其服务标准的。网络架构的选择,是要以运营商能否为消费者提供达到标准的服务来衡量的。那么 5G 的服务标准是什么呢?

其实这个标准是分为两个方面的,从用户层面来说,5G 需要达到高用户体验速率、无缝覆盖、低业务终端时延、低功耗、低资费;从网络运营商层面来说,5G 要求统一运营商多 RAT 共存(就是指 WLAN、LTE、5G)、多种无线制式、多种频谱利用,以及现有 RAT 控制面板位于核心网。

简单来讲,上述提到的选项 2、3/3a、4/4a、7/7a 其实都只是将将达到及格线而已如果采用先 3/3a、7/7a,等达到 NR 连续覆盖时再转为 2 和 4/4a,这样做其实对于运营商来说是入不敷出的。因为这其中除了网络升级的成本外,还需要重新优化和调整。

然而要直接使用 2、4/4a,则会极大延长 5G 技术的部署速度,而且极有可能造成用户在某段时间内无法上网的窘境。这对于运营商来说往往是致命的。

回归第三阶段

看起来 NSA 和 SA 这个话题很难寻求一种完美的答案,那么这就对了。因为中国需要面临的问题,美国、日本、韩国、欧洲都需要面对,而且是大家同时面对,并列第一。事实上中国对于 5G 的贡献,是这些地区中最大的。

3GPP 定义 5G 物理层的工作组中,华人专家占到 60%,其中服务于中国通信企业的达到 70%;中国通信企业贡献到 3GPP 关于 5G 的提案,占全部提案的 40%。此外,中国已经建成全球最大的 5G 外场试验环境,在北京怀柔外场完成 30 个站址规划,可满足多厂家的外场组网性能测试需求;2018 年将进一步扩大 5G 外场测试规模。

第三阶段试验对于中国 5G 产业的发展起到了至关重要的作用,正是因为出发点是商业实际应用,所以在 NSA 和 SA 的选择上并不能像之前的试验那样,不考虑成本地研究和开发。这次试验的本质其实并不只是技术,还包括了一种服务标准,或者说是 5G 技术商品价值与交易价值之间的考量。

经过慎重的考虑,DT 君觉得 4/4a 其实是最靠谱的,因为它既可以在 5G 覆盖区域实现全 5G 业务能力,又与现网 4G 网络深度耦合,4G 带来流量增益,由于 NR 已经实现连续覆盖,控制面锚定在 NR 的问题得到解决,唯一缺点就是需要在 LTE 改造的同时,部署 NR 和 NGC。不过从长远发展来看,比起经过 3/3a 和 7/7a 的过渡,直接采用 4/4a 这种一劳永逸的做法反而更适合中国 5G 产业,毕竟长痛不如短痛。

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