5G核心网组网架构研究

李 朋

（广州杰赛科技股份有限公司，广东 广州 510310）

0 引 言

时代在发展中更新与升级了科学技术。现今，5G移动网络高速发展，为人们日常生活与工作带来便捷。因此，本文联系5G网络的现实需要，分析了5G网络的应用潜力及其关键技术，讨论了5G通信系统核心网架构。

1 5G核心网组网架构与标准进展

1.1 组网结构介绍

5G核心网包括独立组网和非独立组网的8个选项，组网架构如图1所示。其中，独立组网有1、2、5、6，非独立组网有3、4、7、8。非独立组网的选项还包括若干子选项，这部分选项中，选项1的实现方式为4G结构，选项6和8以理论方式完成场景部署，而非实际意义的部署。目前阶段，独立组网主要针对选项2，非独立组网针对选项3。

图1 5G组网架构

1.2 现网部署情况

第一批基站基于可知的5G终端、3GPP规范协议冻结、主设备以及产业链进度等，确定了3x的架构，改造升级了4G核心网和4G基站版本，逐步提高了3x架构的运行能力与锚点接入功能。当独立组网与产业链的发展不断成熟，后期以选项2的架构完成网络部署，初步形成了端对端的5G业务能力。

非独立组网选项3利用现有4G的基础设施科学部署5G网络。5G载波的NSA架构对用户数据实现承载，借助4G网络传送控制命令，该选项基站与4G核心网连接，且在4G网络分布了控制锚点，为5G部署创造了条件，但不能连续覆盖。5G的作用是补充4G无线宽带，通常以选项3x进行部署。4G基站利用选项3部署分流点，提高了4G基站处理数据的能力，升级硬件。在4G核心网上部署3a分流点，积极改造核心网，5G基站上部署3x分流点，因5G基站新设备可高效转发和处理数据，初步产生了分流能力，这也是非独立组网架构通过选项3x完成部署的原因[1-3]。

独立组网选项2为建立5G网络提供了条件，具体分为新基站与核心网，简化了组网结构。SA合理运用了新网元与接口，还引入了新技术，即网络虚拟化和软件定义网络。选项3x与选项2的组网结构见图2。

图2 Option 3x与Option 2组网架构

2 NSA和SA网络架构

按3GPP的实际规划内容，将5G标准划分为独立组网与非独立组网两种，而标准的划分前提是采取业务控制面独立建立5G核心网，或科学应用4G网络的核心面与控制面[1-3]。5G对SA和NSA难以有效彰显自身技术优势。而5G是采取非独立组网还是独立组网架构，加之怎样发展SA目标网是需要研究的问题[4-6]。

2.1 网络结构

非独立组网终端接入点的主要作用是对4G基站实现升级改造。4G基站接收信令数据，以对终端用户面实现调整，通过5G基站完成承载。厂商科学部署了4G基站与5G基站，5G网络在发展过程中形成独立组网架构，利用5G基站与终端接入，共同承载终端控制面与用户面。

核心网以NSA完成升级作业，这也是发展5G NSA网络业务和功能配置的基础，SA主要是对5G核心网实现重建。智能手机终端选择NSA单模，在不断发展过程中出现NSA与SA双模。

2.2 业务性能

2.2.1 业务场景

非独立组网架构仅能发展eMBB业务场景，加上4G核心网的存在，无法令网络切片发挥作用。而独立组网采用的5G网络架构实现了端到端操作，且在终端、无线新空口以及核心网应用5G标准，一定程度支持5G各接口运行作业。

2.2.2 连续覆盖

根据非独立组网架构场景，通过4G基站承载控制面板与语音业务，终端通过双连接技术在4G、5G基站应用，有利于5G基站连续完成覆盖作业。基于SA组网场景，5G基站对所有业务实现承载，4G切换为5G不利于用户感知业务，而且提高了5G基站的覆盖要求。

2.2.3 覆盖能力

NSA终端在4G与5G基站间实现连接，5G频段上行覆盖被上行功率约束。同时，上行难以产生SUMIMO双流波束的功能，下行阻止了MU-MIMO和SU-MIMO并行操作，严重影响了终端上行和小区下行的吞吐率。

3 5G网络架构演进方向

3.1 NSA网络架构前期过渡

NSA架构利用Optin 3x网络保证了升级改造的质量，降低了投资成本。5G载波对用户数据实现承载，以4G网络对控制信令实现传送。5G载波与4G系统的关联性提高了业务水平，有利于运营商优化站点，摆脱了持续连片覆盖的困境，预防5G初期部署的运行风险。目前韩国三大运营商提供了5G商用服务，表明5G部署NSA的做法非常成功，但综合运用4G系统核心网和控制面造成NSA架构不能支持机器类通信的各种不同业务需要。4G核心网对现网用户发挥了承载作用，短期内无法实现虚拟化改造升级[7,8]。

3.2 实现SA网络架构的挑战

SA架构运用了最新设计理念重新定义了软件网络，综合应用了网元接口和5G NR技术，提高了操作的互通要求，增加了开发部署的技术难度。SA架构为4G网络提供低时延与高可靠技术，吸引大量客户资源，部署5G时需扩大覆盖规模，进一步达到应用标准[9]。

3.3 5G网络架构演进建议

结合各个网络架构的优劣势，全球运营商一般在建设架构初期选择NSA Option 3x和SA Option 2，相应解决了网络产品规划方案和芯片终端等同步发展中的问题，形成了较成熟的产业链。运营商极少投资NSA Option 3x，提高了热点覆盖的水平，为部分用户提供了服务。国内主流企业华为近期公布了NSA方案，为升级5G SA基站软件提供了技术支撑，借云化核心网改进与优化了NGC，结合厂商的具体方案，网络不断推进，升级网络基础设施软件至SA，避免运营商浪费投资资源，实现了平滑升级的目标。5G网络架构核心网演进承载网的措施见图3[9]。

图3 5G网络架构演进

首先，利用NSA Option 3x部署NR主要区域，避免形成负荷容量，提高网络虚拟化的效率。合理界定网络技术内容，成功连接了5G核心网[10]。其次，软件对SA Option 2实现升级与改造，并列存储NSA与SA。应用5G核心网，根据本地网络覆盖特性为NSA与SA选择用户终端类型提供了参考。最后，联系5G终端的支持情况和5G用户数量，结合5G终端产业链与技术指标，在全网范围内升级，达到SA Option 25G目标网。

4 结 论

5G移动网络新技术时代已来临，但依然出现了部分问题，有必要系统了解5G移动网络新技术和网络架构的内容，促进5G移动新技术研发。在社会发展过程中，人们也提高了对移动网络的实际要求，未来的通信发展必然将5G移动网络新技术作为重要趋向，提高4G运行速率的同时满足了人们对通信提出的质量要求，达到高速处置数据的目的。