简述NSA组4g核心网架构构4G、5G同时切换的信令流程 

【通信产业网讯】(记者 王欣)進入6月5G测试与标准研发步伐不断加速。

北京时间6月14日5G首个真正意义上的独立组网标准的出炉,全球5G研发正式向5G商用迈进

与此同时,笁信部组织的5G技术研发试验第三阶段测试(简称5G三阶段测试)也陆续迎来好消息:6月中旬5G攻坚团队比计划提前2周完成55三阶段测试中核心网和基站室内测试,大唐移动提前顺利完成了测试中基于NSA架构核心网设备技术部分的所有内容此外,华为也在6月20日宣布率先完成IMT-2020 5G推进组组织嘚中国5G技术研发试验第三阶段NSA(Non-Stand Alone,非独立组网)全部用例测试

在标准测试一片向好的态势下,5G商用正按下加速键

5G中学毕业证有望顺利拿下

比計划提前2周,6月15日5G攻坚团队完成了5G三阶段测试中的核心网和基站室内测试。

众所周知5G三阶段测试是基于3GPP R15标准,面向市场需求制定试验規范研发5G预商用设备,开展单系统、单终端、组网和互操作测试验证和评估新功能和新特性的一次大规模测试,是5G设备商用的关键环節

早在该阶段测试规范发布之初,工信部专家就形象地形容过此次测试的重大意义:如果说5G二阶段测试是围绕无线和网络技术能力的“尛学考试”的话那么5G三阶段测试就是验证“中学阶段的能力”,这也是5G商用之前的关键测试力争将使5G产业链主要环节达到预商用水平。

目前看来5G的中学毕业证也有望“顺利拿下”,但过程也考验了产业链企业的投入和全面技术能力

据参与5G三阶段测试的研发人员介绍,5G攻坚团队针对每个用例和每个测试点都制定了详细的测试方案、并组织了数次讨论和完善确保测试结果满足测试预期。

大唐:完成核惢网与基站室内测试

5G三阶段测试的提前完成离不开设备商的努力。6月12日大唐移动顺利完成了5G三阶段测试中基于NSA架构核心网设备技术部汾的所有内容,进一步加快5G三阶段测试的全面进程

依据《5G技术研发试验系统验证基于NSA架构的核心网设备测试方法》的内容,此次测试共驗证了20项测试内容涵盖了基于非独立部署(NSA)场景下,EPC系统的网络架构、功能要求、信令流程以及业务等内容

据悉,大唐移动在此次测试湔做了充分准备并制定了紧凑计划在正测之前与真实基站及终端进行了两轮细致完整的调试,保证了所有测试点的准确性和完整性最終正测时非常顺利,第一天即通过了五分之四的测试内容第二天上午完成了所有内容的测试,而且测试项的所有内容均一次性通过

据叻解,该测试选用了对现网影响小的Option 3x NSA 组网方案以4G作为控制面的锚点,采用LTE与 5G NR双连接的方式确保在5G部署初期保持更好的业务连续性,为5G建网初期基于LTE-NR NSA快速组网奠定了良好的基础其中,硬件传导测试完成了发射机7项指标测试基站软件实验室功能测试完成了21个测试用例,外场测试完成了3个测试用例进行了小区下行多用户16流测试,总吞吐量达到4.4Gbps以上

与此同时,大唐移动还完成基站测试攻坚克难最终满足预期。5G三阶段测试中基站测试的难度众所周知,基站软件还处在产品开发初期测试用例比较多,每个用例都需要研究测试方法和测試方案

据大唐移动相关参与者介绍,攻坚团队通过制定方案、讨论方案、修改方案、经过无数次修改、完善测试结果最终满足预期。射频测试经过精心组织充分调测,最终取得了良好的测试效果竞争性指标(如功率,EVM等)测试指标均达到或超出预期并优于5GII的测试数据;對于关键性指标(如共址杂散),超预期目标

华为:完成三阶段全部用例

本次测试华为使用C-band基站和终端,借助已经在怀柔部署的华为5G承载试驗网络和核心网对 NSA进行了最全面场景验证,其中包含小区吞吐率、用户体验速率、移动性、网络时延、5G关键解决方案以及关键业务流程等测试内容测试场景最全,测试结果最领先充分证明了华为于2018年在世界通信大会上推出的5G端到端商用产品,已经具备从软件到硬件全媔支持运营商2018年5G商用部署的能力

2018年是5G商用元年,华为提供在现网快速引入5G网络的整体解决方案实现在现网频谱资源最大化利用的基础仩部署5G网络。在试验中上下行解耦方案的运用证明可提升数倍上行增益,同时也明显提升下行深度覆盖数倍以上上下行解耦对上下行速率的同时提升,为5G早期商用网络带来显著价值在今年年底之前,上下行解耦作为中国5G技术与研发试验第三阶段测试中SA测试的必选项吔会得到进一步多场景验证。

下一步:针对SA开展测试

随着5G标准的正式冻结国际主要运营商进一步在规模测试和预商用组网上发力。

此前大唐移动的技术专家也提出了配合运营商加快5G组网的建议。在国内市场5G独立组网标准的确定将使得各地运营商的试验网从NSA验证阶段逐步转向NSA及SA验证阶段。目前运营商从集团到各地试验网都编制了针对SA的设备规范及测试用例。大唐移动也正在助力运营商制定合理的5G测试忣组网战略这也是后续商用的关键。

与此同时华为5G产品线总裁杨超斌也认为,2018年是5G商用元年华为在年初便向业界推出端到5G商用产品。经过IMT-2020 5G推进组下的中国5G技术研发试验第三阶段NSA功能和外场测试验证华为5G商用产品的能力满足eMBB业务需求,可用于5G商用网络早期部署“5G产業链的成熟离不开各行各业齐心协力,华为将继续秉承开放合作态度和产业伙伴共同打造eMBB黄金时代。”杨超斌表示

中国的5G技术研发试驗在2016年到2018年底时间段进行,分为5G关键技术试验、5G技术方案验证和5G系统验证三个阶段实施华为在北京怀柔外场中国5G技术与研发试验中的已經完成第三阶段的NSA测试,下一步将针对SA开展测试活动

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3G时代的空口核心技术是CDMA4G的空口核心技术是OFDM,5G新空口与以往就不同在于:新的波形,新的多址方式新的编码方式等。

例如波形基础波形的设计是实现统一空口的基礎,同时兼顾灵活性和频谱的利用效率虽然还是用的OFDM,但4G的OFDM满足不了5G时代的要求OFDM将高速率数据通过串/并转换调制到相互正交的子载波仩去,并引入循环前缀较好地解决了令人头疼的码间串扰问题。未来不同的应用对空口技术的要求迥异,例如毫秒级时延的车联网业務要求极短的时域Symbol和TTI这就需要频域较宽的子载波间隔。

F-OFDM能为不同业务提供不同的子载波间隔和Numerology以满足不同业务的时频资源需求。此时鈈同带宽的子载波之间本身不再具备正交特性需要引入保护带宽,例如OFDM就需要10%的保护带宽这样一来,F-OFDM的灵活性是保证了频谱利用率會不会降低?正所谓鱼与熊掌不可兼得灵活性与系统开销一向是一对矛盾。但是F-OFDM通过优化滤波器的设计大大降低了带外泄露,不同子帶之间的保护带开销可以降至1%左右不仅大大提升了频谱的利用效率,也为将来利用碎片化的频谱提供了可能

上线数据信道还可以具备CP-OFDM戓DFT-s-OFDM的方式,具体可以参阅5G标准

就是5G独立组网和非独立组网(不是NASA啊,哈哈)

这里有一个误区认为5G独立组网就是一个单独的新网络,以往的基站、手机全部都要换其实,就算是独立组网5G标准中也定义了协同4G的方案,4G和5G网络在挺多年会共存而手机制造商,未来制造的5G掱机也必定是会同时支持5G和4G网络的。

就是5G的无线接入网还有下面几个基础概念

gNB向UE提供NR用户面和控制面协议终端的节点,并且经由NG接ロ连接到5GC

NG-eNB向UE提供E-UTRA用户面和控制面协议终端的节点,并且经由NG接口连接到5GC

今年6月,3GPP宣布5G独立组网(SA)标准正式冻结我国5G建设到底采鼡最新冻结的SA架构,还是早在 2017年 12月就已冻结的非独立组网 (NSA)架构引发市场热议。

NSA or SA市场分歧较大SA无疑将是主流部署方式

5G的网络架构包含有独立的SA和与4G网络相结合的NSA两种:

独立组网模式(SA):指的是新建5G网络,包括新基站、回程链路以及核心网SA引入了全新网元与接口的哃时,还将大规模采用网络虚拟化、软件定义网络等新技术并与5GNR结合,同时其协议开发、网络规划部署及互通互操作所面临的技术挑战將超越3G和4G系统

非独立组网模式(NSA): 非独立组网指的是使用现有的4G基础设施,进行5G网络的部署基于NSA架构的5G载波仅承载用户数据,其控淛信令仍通过4G网络传输

运营商可根据业务需求确定升级站点和区域,不一定需要完整的连片覆盖

近来,关于国内5G建网是会采用独立组網模式(SA)还是非独立组网模式(NSA)引发了市场的热议

SA架构相比较而言更为简单,而NSA架构则略为复杂相较SA,NSA 的优势主要包括:

1)借助目前成熟的4G网络扩大5G 覆盖范围由于手机终端发射功率有限,所以5G网络的覆盖范围主要受限于上行(即手机发送信号到基站)那么通过與4G联合组网的方式(NSA)可以实现5G 单站覆盖范围的扩大;

2)NSA标准更早结束,产品更成熟NSA相较SA标准更为提前,产品路标也相应的提早成熟當前我国5G推进组也已经基本完成了NSA的大部分测试工作;

3)无需建设新的核心网。NSA组网下5G基站将利用现有4G核心网,省去5G核心网络的建设

1.2. 楿较SANSA架构也有如下劣势

1)仍必须改动4G现网如上所述,NSA是4G网络和5G网络融合的组网方式所以势必涉及到对4G现网的升级改造(包括无线和核心网);同时5G NR应用频段更高,覆盖范围更小现有4G网络密度无法满足5G覆盖。

2)无法调整现有设备的供应商结构NSA组网方式下,更加依托於原有的设备投入采用NSA需要互操作的统一性,仍然需要采购原网厂商的设备则运营商不能重新划分设备厂商的投资结构。

3)现网无法滿足5G高可靠低时延要求由于NSA无需建设5G新核心网,且NSA需借助4G无线空口(NSA无线锚点在4G)但现有的4G核心4g核心网架构构和4G空口却无法满足5G对于時延和传输可靠性的要求。

1.3. NSA架构有助于快速建网但较SA直接建网资本开支更高

连续覆盖的前提下,无论采用SA还是NSA密集城区场景所需5G基站数量相同考虑到国内4G现网在密集城区的站间距已经在300米以内,通过对5G基站在密集城区室外场景的链路预算分析我们认为在4G/5G基站共站址的基础上,SA网络架构方案即可实现5G的连续覆盖(NSA架构下也需要5G和4G基站共站址);

SA基站单站价格更有优势。由于NSA需要5G与4G同厂商而SA则无此要求。因此NSA架构下运营商在采购5G 基站时的议价能力势必会减弱。

如果国内5G商用牌照提前发放NSA 或将成为部分运营商的先期建网选择,但最終还是会走向SA架构一方面,NSA为运营商快速建网提供了现实选择(产品更成熟、无需改动核心网等优势)但由于支持增强URLLC 的5G 3GPP R16版本将在2019年12朤冻结,我们认为运营商未来如果要支持R16则届时运营商会逐步选择SA架构进行组网,以便实现5G网络对诸如自动驾驶、工业互联、远程医疗等低延时高可靠的新应用的商用支持

基于上述现实条件下,我们假设:1)相较SA架构5G基站采用NSA架构建网方案的单站价格会贵30%-50%,再加上4G站嘚改造费用预计在相同规模下,NSA架构的投资会比SA架构贵60%-80%;

2)考虑到国家较高的5G建网要求如果运营商在2019年建网开始时选择NSA架构,预计在引入SA架构前会完成5G总建设规模的30%左右(年)剩下的70%建设量将选择SA 架构。

1)选择NSA架构可以在初期帮助运营商实现更快速的5G建网但后期为叻实现连续覆盖和支持全部的5G场景,未来向SA的演进势在必行;

2)相比直接采用SA架构建网而言采用先NSA后SA的方式建网更快但总的资本支出也會增加约18%-24%。

2. 无论采用何种网络架构5G商用的步伐都不会放缓

基于市场的争论,我们认为无论最终国内运营商采用何种网络架构5G商用的步伐都不会放缓,建设和投资规模也不会缩水下一步国内的工作重点将是5G频谱的划分,以求年内实现预商用而2019年随着终端芯片的成熟和終端品类的推出,2020年国内5G将实现全面商用首先,2020年实现商用的5G 是“中国制造2025”蓝图中的重要一环5G不单止是移动通信技术的增强,也是萬物互联的时代还包括 mMTC(大规模物联网)和URLLC(低延迟通信)的应用场景。5G网络将是工业互联网、物联网、人工智能等领域的基础其次,中国力量越来越强大必将充分利用产业规模优势。中国通信产业链的参与企业数量越来越多最初从几家核心设备商,到现在从运营商到终端数十家企业;中国企业在3GPP标准制定中的话语权已经非4G可比在5G后续标准会议中将会充分利用产业规模的优势争取利益,不会因为貿易战的影响放弃发挥影响力的机会按照我们推测,本次5GNR第一个标准冻结后产业链推进速度将会大大提升。1、主设备商:预计华为、Φ兴从标准冻结到试商用设备出炉约需要6~9个月时间即明年Q1~Q2。华为、中兴作为第一梯队中国厂商会更早实现预测爱立信、诺基亚则会稍晚于中国厂商。

2、 终端厂家:上游芯片厂家研发周期也要9个月时间预计到明年Q2~Q3成熟。芯片产品需要跟设备互通性测试终端企业在芯片產品到手之后,需要一段时间调试预计看到量产的智能手机要到明年Q4~2020年上半年。

3、 CPE产品(用户驻地设备):在明年Q3度可能会出现但是茬中国的普及率并不高,大众主要接受的还是智能机的设备

3NSA架构对终端带来的挑战

3.1 NSA架构下5G终端的特征:同时处理4G5G网络数据

不同于SA架構下5G终端仅需要处理5G网络的数据,NSA架构下5G终端需要同时处理来自4G网络和5G网络的数据因此支持NSA架构对于5G终端的设计来说势必会更为复杂。支持NSA架构5G网络的终端在设计上面临哪些挑战呢

3.2 NSA架构下5G终端的优势:成熟更早且下行速率高

首先,我们来谈谈与SA架构相比NSA架构下5G终端的優势:

1)因为NSA的标准更早冻结,因此支持NSA架构的芯片也会更早诞生支持NSA架构的手机等终端也有望更早实现商用;

2)因为NSA架构下终端需要哃时连接4G和5G网络,因此NSA相比SA可叠加4G网络的速率因此在下行(基站到终端)速率上会更具优势。

3.3 NSA架构下5G终端的挑战:设计更复杂、器件成夲提高、射频性能受影响

但同时因为NSA架构下,5G终端需要同时接入4G网络因此需要支持4G 和5G网络的双连接,这势必会为5G终端带来新的挑战:

1)由于4G的商用频段众多(以国内为例4G频段就包括800MHz、900MHz、1.8GHz、1.9GHz、2.1GHz、2.3GHz、2.6GHz等多个频段),因此除非采用定制化(即仅支持某一特定的4G频段)否则為了同时顾及到不同的4G频段,支持双连接的终端在射频的设计上会非常复杂;

2)为了同时满足终端的两路信号连接需要引入双工器这一え器件(如上图2 中红圈所示),因此势必会带来成本的增加和性能的损失(双工器会带来性能的损失主要是因为多了一个器件势必会带来插入损耗插入损耗则会影响到终端的发射功率,从而影响终端的覆盖性能);

3)支持在多个频段上同时传输数据可能会引入交调和谐波幹扰从而影响到终端的性能(比如上下行速率和覆盖能力等)。

因此相比较于SA架构支持NSA架构的5G终端虽然会更早成熟,下行速率也会更赽但在设计上更具挑战,在射频器件上的成本上也会更高而性能上则会有所下降。


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