1. 前言
5G網絡建設過程中，是采用LTE與5G聯合組網(Non-standalone，簡稱NSA)還是采用5G獨立組網(Standalone，簡稱SA)，是運營商必須考慮的問題。聯合組網有助于利用LTE的資源來降低建設成本，而5G獨立組網則便于體現出5G技術優勢以提高服務質量。
對于這個問題，雖然一些運營商之前已經做出了不同的選擇，但是目前3GPP標準還是會優先考慮聯合組網，2017年底5G聯合組網的標準會首先完成，2018年7月份會完成5G獨立組網的相關規范。
那么，NSA和SA的主要區別是什么，運營商和設備商又會如何選擇哪？下文從網絡架構、部署方式、遷移路徑等方面予以分析。
2. 5G獨立組網和非獨立組網的概念和架構選項
概括來講，5G獨立組網(SA)就是建立端到端的5G網絡，非獨立組網(NSA)則是5G與LTE聯合組網。
根據無線網絡和核心網的不同，3GPP規范中針對組網方式定義了多種選項，以便運營商有針對性地進行選擇。不同建設階段的選擇也會有所不同，比如，是考慮新建5G核心網(NGC)還是考慮EPC升級、是提供熱點覆蓋還是連續覆蓋、是否考慮LTE與5G無線系統之間的互操作等。
2.1 5G非獨立組網和獨立組網的概念
2.1.1 5G非獨立組網
5G非獨立組網是指LTE與5G基于雙連接技術進行聯合組網的方式，也稱LTE與5G之間的緊耦合(Tight-interworking)。
LTE系統中采用雙連接時，數據在核心網或者PDCP層進行分割后，將用戶數據流通過多個基站同時傳送給用戶。而LTE與5G系統聯合組網時，核心網和無線網都存在多種選擇。因此，根據所采用的核心網和控制面連接方式的不同，細分為以下幾類架構：
核心網采用EPC
核心網采用EPC時，LTE eNB和5G gNB用戶面可以直接連接到EPC，控制面則僅經由LTE eNB連接到EPC。用戶面可以分別經由LTE eNB、EPC或者gNB進行分流，對應選項3/3a/3x，如圖1所示。
圖1 5G與LTE聯合組網架構3和3a示意圖
核心網采用NGC
核心網采用NGC時，5G gNB可以直接連接到NGC，而LTE eNB則需要升級到eLTE eNB后連接到NGC。根據控制面連接方式的不同，分為不同的架構類型。控制面通過gNB連接時為4/4a方式，如圖2所示；而控制面通過eLTE eNB連接時對應7/7a/7x方式，如圖3所示。其中的a和x等選項表示不同的分流方式。
圖2 5G與LTE聯合組網架構4和4a示意圖
圖3 5G與LTE聯合組網架構7和7a示意圖
2.1.2 5G獨立組網
5G獨立組網時，采用端到端的5G網絡架構，從終端、無線新空口到核心網都采用5G相關標準，支持5G各類接口，實現5G各項功能，提供5G類服務。
這種方式下，核心網采用5GNGC，無線系統可以是5G gNB，也可以是LTE eNB升級后的eLTE eNB，它們分別對應選項2和選項5。采用gNB與NGC組網時，對應架構選項2。將LTE eNB需升級到eLTE eNB后連接到5G核心網，對應架構選項5。如圖4所示。
圖4 5G與LTE聯合組網架構2(左)和5示意圖(右)
2.2 5G非獨立組網下的架構選項
LTE中，采用雙連接時，需考慮MeNB與SeNB的選擇、MCG分離承載與SCG承載的選擇等問題。
LTE與5G之間的跨系統的雙連接則更為復雜，因為其中還包括核心網和無線網之間的差異。故LTE與5G聯合組網時，存在以下多種架構選項。
2.2.1 采用LTE核心網
采用LTE核心網時，不需要新的5G核心網，采用EPC連接支持5G功能的無線系統即可。這種模式下，控制面經由LTE系統連接到EPC，用戶面則存在多種連接方式，如圖5所示。
5G用戶面經由LTE eNB連接到EPC時對應選項3；
5G和LTE的用戶面都直接連接到EPC時對應選項3a；
LTE用戶面經由5G用戶面連接到EPC時對應選項3x。
圖5 LTE/5G雙連接架構選項3/3a(左側)和3x(右側)
選項3類似于LTE雙連接中的1a類型，3a和3x則類似于LTE雙連接中的3c類型。選項3a由MeNB控制用戶面分流；而3x則由SeNB控制用戶面分流。3x是考慮到5G大帶寬和高流量的特性而引入的，它可以降低對LTE無線系統的影響，有助于降低數據重傳率，提升業務性能。
2.2.2 采用5G核心網(NGC)
采用5G核心網時，LTE eNB需升級到eLTE eNB，以支持到5G新空口并支持到5G核心網的連接。
根據控制面連接方式的不同，可分為選項4和選項7兩類架構。其中，根據用戶面以及分流方式的區別，還可分為4/4a以及7/7a/7x。
控制面經由5G gNB連接到5G核心網時對應4/4A，請參見圖2。這種類型還可進一步細分為：
eLTE eNB用戶面經由5G gNB連接時對應選項4；
eLTE eNB用戶面直接連接到5G核心網時對應選項4a。
控制面經由eLTE eNB連接到5G核心網時對應7/7a/7x，請參見圖3。這種類型還可進一步細分為：
5G gNB用戶面經由eLTE eNB連接時對應選項7；
5G gNB用戶面直接連接到5G核心網且由核心網進行分流時，對應選項7a；
5G gNB用戶面直接連接到5G核心網且由5G gNB進行分流控制時，對應選項7x。
3. 5G非獨立組網和獨立組網對比分析
5G獨立組網與非獨立組網之間的區別，可以從以下幾個方面進行分析，詳見表1。
表1 5G獨立組網與非獨立組網之間的區別
3.1 架構對比
5G獨立組網時，核心網采用5G新型核心網NGC。無線系統則可以直接采用支持5G新空口的gNB，或者將LTE eNB升級到eLTE eNB來支持到5G新空口以及到NGC的連接。
5G非獨立組網便于利用LTE網絡資源實現快速部署。雖然核心網可以為EPC也可以為NGC，但是建議優先考慮選項3/3a/3x，它采用EPC支持eLTE eNB與5G gNB之間的雙連接。不過，如果運營商首先部署5G核心網的話，也可以升級LTE eNB到eLTE eNB，來實現eLTE eNB與5G gNB之間的雙連接。
連接到EPC時，需采用S1-C和S1-U接口，如架構選項3/3a/3x。
連接到NGC時，需采用NG-C和NG-U接口，如架構選項2、5、4/4a和7/7a/7x。
3.2 部署對比
5G獨立組網可以降低對現有4G網絡的依賴性，便于提供5G類業務，提升用戶感知。但是，獨立組網時還要考慮是提供熱點覆蓋還是提供連續覆蓋的問題。提供熱點覆蓋時，5G與LTE之間的重選或者切換過程可能影響到性能，而連續覆蓋情況下5G是否能夠提供良好覆蓋也是個問題。
不同組網方式下網絡升級改造的難度也不同。采用EPC進行組網時，存在對LTE核心網和無線網絡的升級改造工作。比如，需要升級EPC來支持5G終端，或者需要增加LTE PDCP層的緩存以支持對5G的分流工作等。采用NGC組網時，涉及LTE eNB的升級工作，工作量大，對現網的影響也較大。
對于部署方面的區別，以下從業務、互操作性以及覆蓋等方面分別進行分析和對比。
3.2.1 業務對比
采用5G核心網進行獨立組網或者聯合組網，都便于采用云化架構，實現網絡切片，支持新型QoS。同時，還可以采用網絡資源靈活調度和彈性伸縮的特性，進行業務和平臺能力開放以及自動化智能的網絡運維，從而可以更好地支持5G大帶寬、低時延和大連接等各類業務，根據場景提供定制化服務，滿足各類用戶的業務的需求，大力提升客戶感知。
網絡建設初期，采用5G與EPC聯合進行組網時， 5G業務方面的支持性會受到EPC能力的限制。比如，難以進行云化布署、難以進行網絡切片、QoS支持能力有限等。
另外，獨立組網時，如果進行熱點覆蓋，則存在用戶在不同區域業務體驗不一致的問題。而連續覆蓋雖然能夠提供一致的業務體驗，但是存在初期投入大、覆蓋連續性難以保障等問題。
3.2.2 互操作性對比
5G獨立組網時，不管是進行熱點覆蓋還是連續覆蓋，5G與LTE之間都是兩張獨立的網絡，因此，需要通過重選和切換等方式進行互操作，這會對業務性能造成一定的影響。
5G與LTE聯合組網是基于雙連接方式進行的，可以實現無縫切換，切換過程中不會造成業務中斷，從而能夠保證業務連接性，提升用戶性能。
3.2.3 覆蓋對比
5G與LTE聯合組網時，可以借助LTE網絡實現連續覆蓋，便于在全網范圍內快速提供5G覆蓋。
采用5G獨立組網時，由于頻段較高，因此要進行連續覆蓋存在一定的難度。比如，國內初步明確采用3.5GHz和4.9GHz進行5G建設，相對于LTE的2.6GHz來講，其路損增加，因此覆蓋范圍會有所縮減。雖然可以通過波束賦形等手段進一步改善，但是仍然可能存在上行受限的問題，從而需要建設更多的基站。目前，中國移動在獨立組網的探索過程中，希望與LTE共站建設，其挑戰會更大。目前討論的各類解決方案中，如采用4天線終端、將終端發射功率加倍、采用900MHz或者1800MHz獨立進行上行接入等方式，都有待進一步驗證，但這也意味著連續覆蓋和共站建設的難度有所增加。
3.3 終端對比
5G獨立組網時，終端需要支持5G新空口和高層協議，采用5G新空口和5G核心網進行接入和連接建立工作。5G與LTE采用緊耦合方式聯合組網時，不同架構方式下終端要求有所區別。比如，選項3/3a/3x下，終端控制面只需要支持LTE NAS協議，用戶面需要支持S1-U接口和相關協議；選項4/4a和7/7a/7x下，終端控制面需要支持5G新空口NAS協議，用戶面需要支持到NG-U接口及協議。
3.4 遷移路徑對比
如果將5G獨立網絡作為5G部署的最終方案，則無論初期采用5G獨立組網還是5G/LTE聯合組網的方式，都存在一個網絡遷移的過程。這個過過程中設備的升級改造工作、成本投入、終端變化和性能影響等問題，都會影響運營商對早期網絡部署方式的選擇。
即使采用選項2獨立建設全新的端到端的5G網絡，也需要考慮網絡遷移的問題。比如，如何引入5G核心網，5G核心網與LTE核心網如何進行互操作，終端如何演進才能保證用戶和業務的平滑過渡等。根據中國移動2016年8月的提案R3-161809，如果運營商采用低頻提供廣域覆蓋，采用高頻來提供容量的話，就需要考慮從LTE/EPC遷移到架構選項2的路徑。這種遷移路徑下，初始部署時需要避免與LTE的互操作(即頻繁的NR到LTE的切換)，同時需要采用雙模雙待終端來同時支持傳統的系統和NG系統。
另外，從LTE/EPC直接演進到5G獨立架構時，也可以首先考慮同時支持選項5和2，然后再最終演進到選項2。但是，這需要將LTE eNodeB升級到eLTE eNodeB來支持到EPC和NGC的連接。
采用LTE/5G聯合組網時，不同組網方式下的遷移路徑可能有多種選擇。如果初期部署選項3類緊耦合方式，則可以選擇直接遷移到選項2，或者經由選項7遷移到選項2。如果初期直接部署選項7，也可直接遷移到選項2。當然，各種遷移路徑下，網絡的升級改造工作內容有所不同。比如，如果采用選項3，則LTE基帶板可能需要改變。同時，由于X2接口帶寬的限制， EPC還需要升級改造以支持數據業務的增加。
從選項3/3a起步經由7/7a遷移時，運營商既可以利用eLTE，還可以獲益于NGC所引入的高級業務特性。但是，同樣需要考慮UE的前向兼容性問題。如果初期部署時，運營商計劃將現有E-UTRAN網絡升級來部署選項7的話，則后續可以從選項7直接遷移到選項2。
4 運營商的選擇
5G建設初期，采用5G網絡單獨組網還是與LTE聯合組網，不同運營商的選擇會有所不同。國內運營商中，中國移動宣稱要采用5G進行連續覆蓋，因此考慮采用5G獨立組網；而中國聯通則考慮快速部署性，其白皮書中明確初期采用5G與LTE緊耦合的方式來進行網絡建設。
隨著5G標準中獨立組網和非獨立組網技術標準的進一步完善和明確，運營商會有更多新的考慮和選擇。不過，這也與設備廠家的策略和產品進度有關。比如，5G獨立組網需要功能完善的5G核心網設備和終端，如果5G核心網和終端面市較晚，也可能會阻礙獨立組網的選擇。
5 總結
在引入5G技術時，如何進行網絡部署非常關鍵。是直接建設獨立的5G網絡，還是借助LTE進行聯合組網，是運營商必須面對的問題。因此，需要從業務、覆蓋、終端、網絡架構、現網升級、后續遷移等多方面進行考慮，選擇適合自己的模式，才能夠更有效地控制成本、提升網絡性能，為客戶提供良好的網絡體驗。
參考資料
[1] TR38.801 Study on new radio access technology:Radio access architecture and interfaces(Release 14)
[2] R3- 161809 Analysis of migration paths towards RAN for new RAT,3GPP TSG RAN WG3 #93,Aug. 2016, CMCC
[3] R3-162174 TIM view on 5G Migration Path,3GPPTSG-RAN WG3 #93bis,October, 2016, Telecom Italia
[4] Guideline for 3.5GHz 5G System Prototype and Trial(V1.0),MWC’2017 Released by CMCC
[5] 中國聯通5G網絡演進白皮書，2016年9月
