3GPP 5G 架构演进

wangzj666

蜂窝通信系统主要包含两部分：无线接入网（Radio Access Network，RAN）和核心网（Core Network）。无线接入网主要由基站组成，为用户提供无线接入功能。核心网则主要为用户提供互联网接入服务和相应的管理功能等。在4G LTE系统中，基站和核心网分别叫做eNB（Evolved Node B）和EPC（Evolved Packet Core）。在5G系统中，基站叫做gNB（哥牛逼），无线接入网称为NR（New Radio），核心网叫做NGC (NextGeneration Core)。

　　目前，4G LTE网络的部署非常广泛，（在发达国家）几乎可以与GSM的覆盖相比拟。而此时，5G的标准化正在如火如荼的进行。运营商部署5G网络不可能是一蹴而就的，必定是逐步部署。这样才能避免短期内的高投入，也能有效的降低部署风险。

　　以LTE网络为基础，5G一共有以下8种部署方式。

1.1 Option1：LTE遗产

　　LTE目前的部署方式，由LTE的核心网和基站组成。5G的部署便是以此为基础。

1.2 Option2: 纯5G网络

　　5G网络部署的最终目标之一，完全由gNB和NGC组成。要想在LTE系统（Option1）的基础上演进到Option2，需要完全替代LTE系统的基站和核心网，同时还得保证覆盖和移动性管理等。部署耗资巨大，很难一步完成。

1.3 Option3：EPC + eNB（主）、gNB

　　先演进无线接入网，而保持LTE系统核心网不动，即eNB和gNB都连接至EPC。先演进无线网络可以有效降低初期的部署成本。Option3包含3种模式，即Option3、Option3a和Option3x。

　　Option3：所有的控制面信令都经由eNB转发，eNB将数据分流给gNB

　　Option3a：所有的控制面信令都经由eNB转发，EPC将数据分流至gNB

　　Option3x：所有的控制面信令都经由eNB转发，gNB可将数据分流至eNB

　　此场景以eNB为主基站，所有的控制面信令都经由eNB转发。LTE eNB与NR gNB采用双链接的形式为用户提供高数据速率服务。此方案可以部署在热点区域，增加系统的容量的吞吐率。

1.4 Option4：NGC + eNB，gNB（主）

　　Option4同时引入了NGC和gNB。但是gNB没有直接替代eNB，而是采取“兼容并举”的方式部署。在此场景中，核心网采用5G的NGC，eNB和gNB都连接至NGC。类似地，Option4也包含两种模式：Option4和Option4a。

　　Option4：所有的控制面信令都经由gNB转发, gNB将数据分流给eNB

　　Option4a：所有的控制面信令都经由gNB转发，NGC将数据分流至eNB

　　与Option3不同，此场景以gNB为主基站。LTE eNB与NR gNB采用双链接的形式为用户提供高数据速率服务。LTE网络可以保证广覆盖，而5G系统能部署在热点区域提高系统容量和吞吐率。

1.5 Option5：NGC+eNB

　　“混搭模式”，LTE系统的eNB连接至5G的核心网NGC。可以理解为首先部署了5G的核心网NGC，并在NGC中实现了LTE EPC的功能，之后再逐步部署5G无线接入网。

1.6 Option6：EPC+gNB

　　另一“混搭”模式，5G gNB连接至4G LTE EPC。可以理解为先部署了5G的无线接入网，但暂时采用了4G LTE EPC。此场景会限制5G系统的部分功能，如网络切片等。

1.7 Option7：NGC + eNB（主），gNB

　　同时部署了5G RAN和NGC，但Option7以LTE eNB为主基站。所有的控制面信令都经由eNB转发, LTE eNB与NR gNB采用双链接的形式为用户提供高数据速率服务。此场景包含3种模式：Option7、Option7a和Option7x。

　　Option7：所有的控制面信令都经由eNB转发，eNB将数据分流给gNB

　　Option7a：所有的控制面信令都经由eNB转发，NGC将数据分流至gNB

　　Option7x：所有的控制面信令都经由eNB转发，gNB可将数据分流至eNB

二 5G架构演进方案

　　目前运营商的LTE网络部署较为广泛，要想从LTE系统升级至5G系统并同时保证良好的覆盖和移动性切换等非常困难。为了加快5G网络的部署同时降低5G网络初期的部署成本，各个运营商需要根据自身网络的特点，制定相应的演进计划。

　　演进计划都是从Option1（LTE RAN + EPC）开始，终极目标是5G的全覆盖（Option2）。各个运营商的演进计划各有不同，我以中国移动向3GPP提交的提案中的方案为例给家先容。

　　Option1：LTE/EPC -> Option 2 + Option 5 -> Option 4/4a -> Option 2

　　Option2：LTE/EPC -> Option 2 + Option 5 -> Option 2

　　Option3：LTE/EPC -> Option 3/3a/3x -> Option 4/4a-> Option 2

　　Option4：LTE/EPC -> Option 7/7a -> Option 2

　　Option5：LTE/EPC -> Option 3/3a/3x -> Option 1 + Option 2 + Option 7/7a-> Option 2 + Option 5

　　上述演进计划就不一一说明了。基本思路是以LTE/EPC为基础，逐步引入5G RAN和5G NGC。部署初期以双链接为主，LTE用于保证覆盖和切换，热点地区架构5G基站，提高系统的容量和吞吐率。最后再逐步演进，进入全面5G时代。

　　当然方案的评估是相当复杂的，运营商需要权衡各种利弊，才能最终抉择最合适的方案。

三 参考文献

　　3GPP TR 38.801V14.0.0 (2017-03)

　　R3-161809,"Analysis of migration paths towards RAN for new RAT", CMCC