第 3 章 5G 网络架构
| 3.4 核心网架构 |
| 3.5 5G 组网部署策略 |
5G 网络部署有两种策略：SA（独立组网）和 NSA（非独立组网）。如果采用 SA 方式，则将形成一个新的网络，包括核心网、回程链路和新基站；而 NSA 方式则是利用现有的 4G 基础设施，将 5G 微小站部署在高业务密度区域， 以分流 4G 网络压力，满足激增的移动数据流量需求。
在 3GPP TSG-RAN 第 72 次全体大会上，RP-161266 提出了 12 种 5G 系统整体架构（涉及 8 类 Option），这些架构选项是从核心网和无线角度相结 合进行考虑的，部署场景涵盖了未来全球运营商部署 5G 商用网络不同阶段的 部署要求，其中，Option1/Option2/ Option5/Option6 为 SA 架构（LTE 与 5G NR 独 立 部 署 架 构 ），Option3/Option4/Option7/ Option8 为 NSA 架 构 （LTE 与 5G NR 双连接部署架构）。部署架构选项如图 3-21 所示。
其中，Option1 是传统 4G 网络架构，LTE 连接 EPC；Option6 是独立 5G NR，仅连接到 EPC；Option8/Option8a 是非独立 5G NR，仅连接到 EPC， 是理论存在的部署场景，不具有实际的部署价值，标准中不予考虑。
Option2/Option3/Option4/Option5/Option7 是 3GPP 标准以及业界重点 关注的 5G 候选组网部署方式，其中，Option3/Option4/Option7 是在 3GPP TR38.801 中重点介绍的 LTE 与 NR 双连接的网络部署架构选项。
3GPP R12 中已经提出了双连接技术，与传统 LTE 双连接［有 3 种承 载类型：主小区组（MCG，Master Cell Group）承载、辅小区组（SCG， Secondary Cell Group）承载、MCG 分离承载］相比，LTE-NR 跨系统双连 接新增了 SCG 分离承载。
MCG 承载是协议栈都位于主节点（MN，Master Node）且仅使用 MN 资 源的承载；SCG 承载是协议栈都位于辅节点（SN，Secondary Node）且仅使 用 SN 资源的承载；分离承载是指协议栈同时位于 MN 和 SN 节点且同时使用 MN 和 SN 资源的承载，MCG 分离承载是指仅 MN 与核心网数据面相连，数据 由 MN 分流至 SN；SCG 分离承载是指仅 SN 与核心网数据面相连，数据由 SN 分流至 MN，具体如图 3-22 所示。
MCG 分离承载、SCG 承载、SCG 分离承载分别对应 Option3/Option3a/ Option3x 的 3 个部署选项以及 Option7/Option7a/Option7x 的 3 个部署选项， MCG 分离承载、SCG 承载分别对应 Option4/Option4a 的两个部署选项（不存 在 Option4x 部署选项）。
候选的非独立部署架构 Option3/Option7/Option4 具体介绍及优劣势分析 如下。
1．Option3/Option3a/Option3x
Option3/Option3a/Option3x 部署架构如图 3-23 所示。
LTE 作为 MN 提供连续覆盖（LTE 作为控制面锚点），NR 作为 SN 热 点区域部署，升级 EPC 核心网，实现增强的业务体验，NR 的用户面可以通 过 LTE 与 EPC 间接连接。LTE 扮演了与核心网控制面连接锚点的角色，全 部的控制信令都是通过 LTE 下发，而用户面数据通过 LTE 进行承载分离。 Opiton3、Opiton3a 和 Opiton3x 的主要区别在于用户面路径不同，用户面分 别经由 LTE eNB、EPC、NR 进行分流。
优势：NSA Option3/Option3a/Option3x 标准化完成时间最早，可较早提 供5G高速率，有利于市场宣传；对NR覆盖无要求，支持5G NR和LTE双连接， 可以带来流量增益；网络改动小，建网速度快，投资相对少。
劣势：该方案可能需要新建 5G NR 与现有 LTE 基站的设备厂商强绑定； 由于连接到 EPC 核心网，无法支持 5G 核心网引入的相关新功能和新业务。
适用场景：LTE eNB 作为 MN，NR gNB 作为 SN，适合于 5G 商用初期 热点部署，能够实现 5G 快速商用。
2．Option4/Option4a
Option4/Option4a 部署架构如图 3-24 所示。
NR 作为 MN 提供连续覆盖（NR 作为控制面锚点），eLTE 作为 SN 提供 流量补充。核心网已经由全新的 5GC 取代，NR 成为 5GC 与 eLTE eNB 控制 面连接的锚点，值得注意的是，这里的 LTE 基站是增强型的 eLTE eNB，可 以通过新空口 NG-U 接入 5GC 中。Opiton4、Option4a 的主要区别在于用户 面路径不同，用户面分别经由 gNB、5GC 进行分流。因 NR 作为 MN 且 NR 带 宽大于 eLTE，因此，标准架构中没有考虑 Option4x 架构选项。
优势：支持 5G NR 和 LTE 双连接，带来流量增益；引入 5G 核心网，支 持 5G 新功能和新业务。
劣势：eLTE 涉及现网 LTE 无线的改造量较大，且产业的成熟时间可能会相对较晚；新建 5G NR 可能需要与升级的 eLTE 设备厂商绑定。
适用场景：NR 作为 MN，eLTE 作为 SN，由 NR 提供连续覆盖，适合于 5G 商用中后期部署场景。
3．Option7/Option7a/Option7x
Option7/Option7a/Option 7x 部署架构如图 3-25 所示。
eLTE 作为 MN 提供连续覆盖（eLTE 作为控制面锚点），NR 作为 SN 在热点区域部署；LTE 基站升级改造为 eLTE 接入 5G 核心网，这种方式是 Option4/4a 的变体，区别在于控制面连接锚点的功能改由 eLTE eNB 承担。 Opiton7、Option7a 和 Option7x 的主要区别在于用户面路径不同，用户面分别 经由 LTE eNB、5GC、NR 进行分流。
优势：对 NR 覆盖无要求，能够有效利用现有大规模 LTE 资源；支持 5G NR和LTE双连接，带来流量增益；引入5G核心网，支持5GC新功能和新业务。
劣势：eLTE 是指通过升级改造连接到 5G 核心网的演进 LTE 基站，涉及 LTE 基站的改造量较大，并可能涉及硬件的改造或替换（需提升容量及峰值速 率、降低时延，并需要升级协议栈、支持 5G QoS 等），且产业的成熟时间可能 会相对较晚；新建 5G NR 可能需要与升级的 eLTE 设备厂商绑定。
适用场景：eLTE 作为 MN，NR 作为 SN，适合于 5G 部署初期及中期场景， 由升级后的 eLTE 基站提供连续覆盖，NR 作 为热点覆盖提高容量。
候选的独立部署架构选项包括 Option2 和 Option5，如图 3-26 所示。
1．Option2
Option2 通过部署 NR 接入 5GC，是独立 5G 架构，也是业界公认的 5G 目标架构。
优势：一步到位引入 NR 和 5GC，不依赖于现有4G网络，演进路径最短；全新的NR和5GC，能够实现全部的5G新特性， 能够支持 5G 网络引入的所有相关新功能和新业务。
劣势：5G 频点相对 LTE 较高，初期部署难以实现连续覆盖，会存在大量 的 NR 与 LTE 系统间切换；初期部署成本相对较高，无法有效利用现有 LTE 基站资源。
适用场景：该架构作为 5G 系统的目标架构和最终形态，适合在整个 5G 商 用周期内进行部署。
2．Option5
在 Option5 方案中，LTE 需要升级改造为 eLTE，接入 5G 核心网。
优势：能够有效利用现有大规模 LTE 资源。
劣势：eLTE 涉及现网 LTE 无线的改造量相对较大；升级现网 LTE 为 eLTE，绑定厂商。
Option2 与 Option5 比较。两者的主要差别在于空口层面，5G NR 采用新 型波形和多址、新的帧结构、新的信道编码等技术，能实现更高速率、更低时 延和更高效率，改造后的 eLTE 与 NR 相比在峰值速率、时延、容量等方面依 然有明显差别。NR 底层的优化和后续的演进，eLTE 都不一定支持。因此，不 推荐现网部署 Option5 架构。
从包括核心网和无线连接、覆盖方式、提供的业务和功能、互操作和切换、 终端和协议等多个方面，对于重点部署架构选项 Option3/Option7/Option4/ Option2 进行归纳总结，具体见表 3-1。
根据运营商 5G 商用部署进度计划、可用频谱资源、终端和产业链成熟情况、 总体建网成本等，运营商可以选择不同的组网部署演进路线。由于 NSA 标准化 完成时间早于独立部署，因此，运营商可以选择优先部署 5G 无线网络，或 SA 成熟时直接部署 NR 和 5GC。SA Option2 部署架构作为 5G 部署的终极目标架 构，总体可以归纳为两大类部署演进路线，如图 3-27 所示，每大类又可以细 分为多个典型的迁移路径供选择。
1．5G 商用初期直接选择独立部署架构
迁移路径一（一步走方案）：Option1 → Option 2。
Option1 → Option2，如 5G 建设初期具备直接部署 Option2 的条件，则可 以一步到位，新建 NR，接入新建的 5GC 中，能够体现 5G 网络全部性能优势；不需要改动现网 LTE/EPC（需要支持 N26 接口互操作）。
5G 建网初期实现 5G NR 连续覆盖难度较大，成本较高。
2．5G 商用初期选择非独立部署架构，再向独立部署架构演进
迁 移 路 径 二（ 分 步 走 方 案 ）：Option1 → Option3x →（Option7x） → （Option4）→ Option2。
采用非独立部署可以有 Option3/Option7/ Option4 共 3 种部署方式，不同 组合方式下的迁移路径可能有多种选择，可以根据运营商具体情况进行合理选 择，最终演进到 Option2 目标架构。
5G NR 优先引入，基于 NSA Option3 开始部署，升级 EPC 为 EPC+； 后续引入 5GC，可选部署 Option7x/Option4；可同时部署多个 Option，如 Option3x（满足 eMBB 需求）+ Option2（热点部署，满足部分垂直行业需求）； 终端形态较多，需要支持多种制式。
部署 Option3x。5G 商用部署的频率（6GHz 以下频段主要是 3.5GHz 和 4.8GHz）相比 LTE 频率（2.6GHz 频段）会高，因此，NR 覆盖范围相比 LTE 会有所减小。5G 商用初期主要为了满足 eMBB 业务需求，可以充分利用现有 LTE 无线和 EPC 实现连续覆盖和移动性，NR 覆盖提升用户面容量。
可选部署Option7/Option7a/Option7x。可以在Option3/Option3a/Option3x 部署后迁移到 Option7/Option7a/Option7x，将 LTE 升级到 eLTE，新建 5G 核心网；也可以直接在 5G 商用初期跳过 Option3/3a/3x 直接部署 Option7/ Option7a/Option7x。该方案的优势在于，在利用 eLTE 广覆盖优势的同时， 可以使用 5G 核心网的相关高级特性。
可选部署 Option4/Option4a。Option4/Option4a 部署架构有较大可能 在 5G 部署中后期采用，随着 5G NR 逐渐实现连续覆盖，同时又可以将现网 eLTE 利用起来作为容量补充。
由非独立部署架构演进到独立部署架构的可选路径示意如图 3-28 所示， 5G NR 逐步由热点覆盖演进到 5G NR 连续覆盖，实现 5G 独立组网架构。
SA 架构 Option2 是 5G 网络建设的终极目标，能够体现 5G 的全部技术优 势并提供全部的 5G 网络服务，NSA 架构作为 5G 部署的演进过程，最大优势 是能够在演进过程中充分利用现有 LTE 网络资源，并能够实现快速部署。但在 建网过程中也应尽量避免过长的 5G 整体演进路线，需要对网络进行频繁升级 和改造才能得到 SA，整体投资成本也会更高。
基于 5G 整体网络部署演进路线选择，核心网专业有两种部署方式选择： 如果采用 Option3/Option3a/Option3x 部署架构，需要将现网 EPC 升级为 5G NSA，如果采用其他部署架构选项（Option2、Option4/Option4a、Option5、 Option7/Option7a/Option7x），则均需新建 5G 核心网。
1．EPC 升级为 5G NSA
如果采用 Option3/Option3a/Option3x 部署架构，需要对 EPC 进行软件 升级（含 MME、SAE-GW、PCRF、HSS、CG 等网元），主要包含支持双连接、 QoS 扩展、5G 签约扩展、NR 接入限制、计费扩展等方面。
为实现统一的数据管理和策略管理，需要对现网全部 HSS、PCRF 进行升 级，为尽量减少对于现网无线 LTE 基站的升级改造，建议升级 POOL 内全部 MME 设备，可按需升级改造部分 SAE-GW 设备（MME 和 DNS 根据 UENR-CAPABILITY 为 5G-ENABLED 的 UE 选择 NSA-GW）支持 5G NSA 功能及 5G 大数据带宽，并按需升级部分 CG 设备。
云化的 5G NSA 核心网后续可以进一步平滑演进到 5G 核心网。
2．引入 5G 核心网
5G 核心网采用服务化架构、支持网络切片、分布式部署、需基于 NFV 云 化形式部署。基于云化新建方式及 VEPC 向上升级方式，部署 AMF、SMF、 PCF、UPF、UDM、NEF、NRF、NSSF 等 5GC 网络功能，如图 3-29 所示。
基于不换卡不换号原则，为实现统一的数据管理和策略管理，5G 核心网引 入之初，需要首先考虑实现融合 UDM/HSS、融合 PCF/PCRF，涉及现网存量HSS 和 PCRF 设备。
部署融合 SMF/PGW-C 实现统一会话管理锚点，部署融合 UPF/PGW-U， 实现统一用户面的锚点，保证业务连续性。AMF 和 MME 之间通过 N26 接口 进行控制面互通，传递上下文等互操作信息，以实现5G核心网与EPC的互操作。
3．5G 核心网与 EPC 融合演进，实现统一核心网
5G 部署中后期，随着 5G 业务发展及传统 EPC 设备的老旧退网，核心网 逐步实现全云化，EPC 逐步向 5G 核心网迁移。EPC 和 5G 核心网能够部署在 相同的云化基础设施上，VEPC 向上升级支持相应 5G 核心网功能，新建 5G 核 心网向下兼容相应 EPC 网元功能，最终实现统一融合核心网，通过网络切片满 足三大业务场景需求。5G 与 EPC 融合核心网同时支持 NSA 和 SA 多种接入方 式，具体如图 3-30 所示。
5G 网络选择独立部署还是非独立部署及演进路线，是各运营商在引入 5G 网络时必须面临的关键问题。各运营商应根据自身网络情况、5G 商用部署时间 计划、终端及芯片产业链支持情况、频率资源和覆盖策略、建网成本等多方面 关键因素进行权衡考虑，选择适合自身的 5G 整体演进路线，为用户提供更优 质的网络服务。
