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5G网络建设分为NSA和SA两种组网方式

2019/8/3 16:08:07点击:

2019年6月6日上午,工业和信息化部向中国电信、中国移动、中国联通和中国广电4家企业颁发了“第五代数字蜂窝移动通信业务”经营许可证,5G元年正式到来。根据咨询机构的数据显示,到2035年5G将促使全球经济产出增加4%,5G产业规模将高达12.4万亿美元,并创造2200万个工作岗位。也正因为如此,5G成为了世界各国竞争的“制高点”。

5G受到全世界的广泛关注,业界甚至提出“4G改变生活、5G改变社会”的口号,这与5G的增强移动宽带(eMBB)、海量低功耗连接(mMTC)和低时延高可靠连接(uMTC)三大应用场景息息相关。5G在大幅提升“以人为中心”的移动互联网业务体验的同时,全面支持“以物为中心”的物联网业务。5G将满足人们在居住、工作、休闲和交通等各种区域的多样化业务需求,更是可以与工业设施、医疗仪器、交通工具等融合创新,有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求,实现真正的“万物互联”。

5G的快速发展给网络建设带来了发展机遇和挑战,5G在频谱、网络架构上与4G网络差异较大,传统网络建设模式无法满足5G需求。因此,需要从网络建设角度分析5G建设所面临的难点以及突破方式。

5G网络建设分为NSASA两种组网方式

实现5G的应用首先需要对5G网络进行建设和部署,5G网络部署主要包括无线接入网络和核心网。无线接入网络主要由基站组成,并为用户提供无线接入;核心网主要为用户提供互联网接入服务和管理功能。网络架构主要按照4G和5G基站耦合方式,划分为独立组网(SA)和非独立组网(NSA)两种架构。

SA组网即新建一套网络,包括基站、回程链路以及核心网。该方式的优势在于4G与5G业务能同时运行,避免了5G网络与4G网络整合的互操作复杂等问题,但独立组网初期建设成本较高。

NSA组网即根据无线接入网演进需求,使用现有的4G基础设施进行5G网络部署。无线网部分采用双连接,由主基站控制;核心网采用4G EPC或5G NGC。NSA在现有4G网络基础设施上发展5G,初期建设成本低且组网建设较为灵活,有利于5G商用的迅速推出。但NSA与现有4G网络的互操作较为复杂,不能全面支持5G所有功能,更适用于热点部署,不适用于大规模大范围部署。

3GPP共列举了Option1、Option2 、Option 3/3a、Option 4/4a、Option 5、Option 6、Option 7/7a、Option 8/8a等8种5G架构选项,如图所示。其中,Option1、Option 2、Option5和Option 6属于SA方式,其余属于NSA方式。

5G建设存难点,共建共享破解5G建网成本高的难题

图  5G的NSA和SA组网架构

3GPP在2017年3月发布的版本,增加了3x和7x两个子选项,优选了Option 2、Option 3/3a/3x、Option 4/4a、Option 5、Option 7/7a/7x共5种5G架构选项。其中独立组网方式包括Option2和Option 5两个选项。非独立组网方式中Option 3/3a/3x为3GPP R15的重点工作。

2017年12月,5G NSA标准第一个版本正式冻结。2018年6月,5G SA标准已经实现了部分功能冻结,但目前版本更多侧重于移动带宽和高可靠低时延应用,更多应用场景还有待定义。因此,为了规避短期内过高投入,各运营商根据自身网络的实际情况,选择了不同的部署方式。

5G建设的难点主要包括两方面

5G建设的难点主要包括两方面。首先,5G网络的建设成本比4G网络高。众所周知,中国电信获得了3400MHz~3500MHz频段,共100MHz带宽;中国联通获得了3500MHz~3600MHz频段,共100MHz带宽;中国移动获得2515MHz~2675MHz频段、4800MHz~4900MHz频段,共260MHz带宽。固然,在带宽方面5G比4G要富裕,但是频率高也是5G不得不面对的现实。由于无线信号频率越高,传播损耗越大,覆盖距离越近,所以5G如果想要达到和4G同样的覆盖效果,就需要更多的5G基站,因此,5G网络建设成本也随之增加。

其次,5G网络建设面临部署选址难的问题。为了给用户提供更高的通信速率,5G网络需要缩小小区半径,这也造成了5G基站数量需求量大,从而导致建设成本高。正是由于5G基站的数量远大于4G基站,无论是既有网络的改造还是新建网络都需要大量的新站址资源,因此,在5G网络的建设中,站址选择也成为一大难题。

共建共享破解5G建网成本高的难题

5G网络建设不可能一蹴而就,在建网初期可以根据覆盖地区的实际情况,有选择地使用NSA组网方式。NSA建网模式利用现有4G核心网络,可以一定程度地降低5G网络部署成本。随着网络规模的逐渐扩大和技术的逐渐成熟,可以从NSA建网模式转向SA的建网模式,提升5G服务质量。在基站设备不断量产后,建网成本也会逐渐降低。

运营商还可考虑基站共建共享,以降低5G网络的站址数量。在5G时代,运营商的制式统一,基站覆盖距离差距不是很大。从基站共建的角度来看,运营商可以考虑使用共同的站址资源来降低站址选择的难题;从基站共享的角度来看,运营商可以通过使用多模基站进行覆盖,降低基站部署的费用。

运营商还可以考虑多个运营商划片覆盖,不同运营商之间通过异网漫游的方式解决用户接入的问题,这种方式较适合郊区等业务量相对少的区域。郊区等本来业务量就少的地区没有必要多个运营商去建设,可以将这些区域统筹协调,每个运营商负责一部分,总体上保证了5G用户在更大范围可以享用5G服务,同时可以降低5G网络部署的基站总数量,为运营商降低5G网络部署成本。通过异网漫游策略,全国一张5G网络就可以满足多个运营商终端的接入问题,大幅降低5G网络建设所需的基站数量。

随着智慧城市的建设,很多城市开始部署智慧灯杆,这些灯杆作为市政的基础设施集成了很多功能,包括照明、信息发布、Wi-Fi覆盖、充电桩、环境检测(温度、适度、控制质量等)等,这些智慧灯杆也可用于5G基站的部署。一是灯杆密集,可以解决5G基站密集部署的问题;二是解决了5G基站的上挂问题。运营商应与政府相关部门进行沟通协调,在政府进行智慧灯杆规划部署时,把5G基站上挂的要求考虑进去,解决运营商5G基站选址难、进场难的问题。通过此方式共用基础设施,也可以降低5G网络的建设成本。

综上所述,5G网络建设面临着成本高、选址难的问题,但仍有一些方案可以缓解这些矛盾。相关方应该提前谋划、紧密合作,通过技术方案的选择、站址的共享共建、覆盖地区的协调谋划,与市政的沟通协调来解决这些问题。

5G是支撑实体经济高质量发展的基础,它将改变我们的社会,因此5G建设者们需要共同努力,克服种种困难,快速、高效、高质量地推进5G网络建设,为我国经济高质量发展奠定坚实的通信网络基础。