5G三大场景、三大组成部分、SA & NSA

5G三大场景

5G的主要优点，总结而言，就三个：

• 1Gbps的用户体验速率

• 毫秒级的延迟

• 百万级/k㎡的终端接入

对应三大典型应用场景：

• eMBB（enhanced Mobile Broadban，增强移动宽带）

• uRLLC（Ultra－Reliable and Low Latency Communications，高可靠低时延通信）

• mMTC（massive Machine Type Communications，海量机器类通信）

其中mMTC又包括eMTC（enhanced Machine Type Communications，增强型物联网）和NB－IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）。

eMTC和NB－IoT两者同属3GPP标准内的LWPA（Low Power Wide Area，低功耗广域）技术，两者既相互竞争，又相互补充。 两者的标准化进程、产业发展、现网应用等有很多相似之处，但同时两者在移动性、速率以及成本等有一些不同之处。 若对语音、移动性、速率等有较高要求，则可选择eMTC技术。 若对这些要求不高，而对成本、覆盖等要求较高，则可选择NB－IoT技术。

与5G相关的所有行业应用，都是围绕这三个场景：

典型的行业应用如下：

• VR（虚拟现实），超高分辨率显示，会涉及到巨大的数据传输带宽，和增强型移动宽带相关。

• 自动驾驶（或远程驾驶），高速行驶的车辆，需要极低的通信时延，和高可靠低时延通信相关。

• 智慧城市，例如远程抄表、智慧路灯，需要和海量的终端进行有效通信，和大规模机器通信相关。

5G三大组成部分

一般来说，移动通信网络，通常由 接入网、承载网、核心网 三大部分组成，如下图所示：

接入网

接入网，就是一个“窗口”，负责把用户手机的数据收集上来（无线基站就属于接入网）。

在5G网络中，接入网不再是由BBU（基带处理单元）、RRU（射频拉远单元）、天线这些东西组成了。而是被重构为以下3个功能实体：

• CU（Centralized Unit，集中单元）

• DU（Distribute Unit，分布单元）

• AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）

CU：原BBU的非实时部分被分割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议和服务。

DU：BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。

AAU：BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。

简单来说，AAU=RRU+天线

再抛一张图给大家，应该能看得更明白一些：

注：图中，EPC（就是核心网部分）被分为New Core和MEC两部分，并且下沉（离基站更近）。

承载网

相比于4G来说，5G需求多样化，所以要网络多样化；

因为网络多样化，所以要切片；

因为要切片，所以网元要能灵活部署；

因为网元灵活部署，所以网元之间的连接（承载网：基站和基站之间、基站和核心网之间的连接系统）也要灵活变化。

所以，才有了DU和CU这样的新架构，才有了变来变去的回传、中传、前传，这三个概念，简单说，就是对不同实体之间的连接，这是承载网的主要组成部分。

依据5G提出的标准，CU、DU、AAU可以采取分离或合设的方式，所以，会出现多种部署形态：

上图所列的部署形态，依次为：

• 1 与传统4G宏站一致，CU与DU共硬件部署，构成BBU单元。

• 2 DU部署在4G BBU机房，CU集中部署。

• 3 DU集中部署，CU更高层次集中。

• 4 CU与DU共站集中部署，类似4G的C-RAN方式。

我们再来具体看看，对于前、中、回传，到底怎么个承载法。

前传

前传（AAU + DU）。主要有三种方式：

第一种，光纤直连方式。

每个AAU与DU全部采用光纤点到点直连组网，如下图：

这就属于典型的“土豪”方式了，实现起来很简单，但最大的问题是光纤资源占用很多。随着5G基站、载频数量的急剧增加，对光纤的使用量也是激增。

所以，光纤资源比较丰富的区域，可以采用此方案。

第二种，无源WDM方式。

将彩光模块安装到AAU和DU上，通过无源设备完成WDM功能，利用一对或者一根光纤提供多个AAU到DU的连接。如下图：

什么是彩光模块？

光复用传输链路中的光电转换器，也称为WDM波分光模块。不同中心波长的光信号在同一根光纤中传输是不会互相干扰的，所以彩光模块实现将不同波长的光信号合成一路传输，大大减少了链路成本。

采用无源WDM方式，虽然节约了光纤资源，但是也存在着运维困难，不易管理，故障定位较难等问题。

第三种，有源WDM/OTN方式。

在AAU站点和DU机房中配置相应的WDM/OTN设备，多个前传信号通过WDM技术共享光纤资源。如下图：

这种方案相比无源WDM方案，组网更加灵活（支持点对点和组环网），同时光纤资源消耗并没有增加。

中传和回传

中传（DU + CU）和回传（CU以上），由于中传与回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求是基本一致的，所以可以使用统一的承载方案。

主要有两种方案：

第一种，分组增强型OTN + IPRAN

利用分组增强型OTN设备组建中传网络，回传部分继续使用现有IPRAN架构。

第二种，端到端分组增强型OTN

中传与回传网络全部使用分组增强型OTN设备进行组网

核心网

重要性

接入网是一个“窗口”，负责把用户手机的数据收集上来；承载网，就是“卡车”，负责把数据送来送去；核心网呢，就是“管理中枢”，负责管理这些数据，对数据进行分拣，然后告诉它，该去何方。

说白了，核心网就是一个加强版的“路由器”，管理数据，分发数据，处理数据。

核心网的英文叫Core Network（核心网络），简称CN，和中国的英文简称一致。

既然是管理中枢，核心网的意义就非同小可了。所有的用户数据，最终都是要到核心网的。所有的业务功能（例如用户权限控制、业务开通或取消），也都是要靠核心网实现的。所以，核心网的组网很复杂，设备类型很多，随便数一数，都有几十种。这些不同类型的核心网设备，分工协作，对接联调，完成工作。

而且，一旦核心网出问题，就会导致大面积的故障，影响十万、百万甚至千万级的用户（单个基站出问题，一般只会影响几百个用户）。所以，核心网的重要性，在通信网络里当之无愧排名第一。

核心网虽然复杂而且重要，但是，在整个项目设备报价里面，它并不是大头。

谁是大头？基站。

为什么呢？因为基站的数量多啊。核心网的单价是很贵的，但是数量不多，几十套设备而已。但是基站一般都是几千套几万套，所以，基站总价很高，占了一个项目总金额的大头。

现在运营商买设备，砍价都很厉害。设备商干脆就买一送一，买基站送核心网。也就是说，核心网设备根本不赚钱，赔本送。靠无线那边赚钱，来补贴核心网产品线。

如果一个项目，无线设备和核心网设备都是自己的，那就会好做很多。如果部分是自己的，部分是别人的，那就意味着项目执行难度的大幅增加。

因为你要和别的厂家进行对接联调，会多了很多困难甚至是人为阻碍。

虽然通信设备都是遵循统一标准，各个设备之间的接口都是标准的，业务流程也是标准的，但是具体在对接的时候，还是会有很多技术细节问题。

万一对方不配合，某些参数下个套，或者存在未知的兼容问题，拖你的工期，能把你搞死。

核心网要搞无线其实是很好搞的。以前恶意竞争的时候，这种事情很常见，互相下套，互相推诿，然后拖对方工期。工期就意味着成本和客户满意度，甚至是项目的验收和回款。

除了增加项目执行难度之外，如果核心网被捏在别人手里，相当于你被“边缘化”了，接触不到很多业务功能层面的东西，你的价值也会随之失去很多。也就是说，更加沦为“管道”了。

卖设备其实只是一次性收入，卖服务卖维保才是源源不断的收入。后面开新功能，要扩容，要升级，要优化，都是服务项目，都是专门另行收费的。

更需要关注的是，5G核心网，基本上都是虚拟化设备，使用的是通用x86硬件，硬件价格是不会高的，主要是软件。基于SBA的服务架构，包括切片等，管理控制编排等，都是仰仗核心网的，如果核心网不是自己的，就相当于任人摆布了。

总而言之，没有核心网，就意味着丧失了大部分主动权。

这也是为什么，设备商哪怕是送，也一定会让自家的核心网设备先进去。核心网一旦进了，无线进去的概率，就大大增加了。

而且，一般来说，运营商不会轻易搬迁替换核心网。因为核心网太复杂了，搬迁替换的难度很大。

复杂性

核心网之所以复杂，其实是人为造成的。再具体一点说，就是因为市场的需要。用户产生欲望，市场满足欲望：

欲望越多 –> 需求越多 –> 业务越多 –> 设备越多 –> 接口越多 –> 网络越复杂

最早的时候，固定电话网的核心网，说白了就是把电线两头的电话连接起来，这种交换，非常简单。

后来，用户数量越来越多，网络范围越来越大，开始有了分层。

网络架构也复杂了，有了网元。网元就是Net Element（网络单元），简称NE，是具有某种功能的网络单元实体。

同时，我们要识别和管理用户了——不是任何一个用户都允许用这个通信网络。只有被授权的合法用户，才能使用。

于是，多了一堆和用户有关的设备（网元）。简而言之，它们的核心任务只有三个：认证、授权和记账。

认证，就是看你是不是合法用户，有没有密钥。

授权，就是看你有权限做什么事，哪些服务可以用，哪些不能用。

记账，就是看你做了哪些事，然后记录下来，收你的钱。

再后来，有了无线通信，连接用户的方式变了，从电话线变成无线电波，无线接入网诞生。接入网变了，核心网也要跟着变，于是有了无线核心网。

再再后来，有了2G，3G，4G。

每一代通信标准，每一项具体制式，都有属于自己的网络架构，自己的硬件平台，自己的网元，自己的设备。

为什么每一代新通信标准出现，都要换新的设备呢？

主要原因在于：

第一，因为用户数量激增，无线速率激增，所以网络设备的数据处理能力必须随之激增。处理器的运算速度激增，设备单板端口数量和带宽激增（电口变光口），内部线路（总线）的带宽激增。

就像我们的电脑一样，以前是586,1M网卡，后来是奔腾处理器，100M网卡，现在是酷睿处理器，1000M网卡。

这就是升级换代，速度和性能的提升。

第二，就是我前面说的，业务变得无比复杂了。

最开始是打电话，后来多了发短信，再后来，多了上网（数据业务）。

你以为就这三种简单业务？细究起来，远远不止啊：

以前是后付费，你打电话，我记账，月底给你账单。后来，有了预付费，你先存钱，你打电话的同时，我随时盯着你，只要你的余额一用完，我立刻掐掉你的电话。为了实现“预付费”这个功能，我们多了“智能网”设备。

以前发文本短信，后来要发彩信。

以前电话振铃就是嘟嘟嘟，后来有了彩铃。

以前电话号码是正常位数，现在多了短号码，多了集团用户，多了特服号码（不是你想的那种“特殊服务”啊，是110,119,120这种特殊情况服务号码）。更别说还有变态的一卡双号和一号双卡。

以前上网就是统一按流量收费，现在有了定向免流量（像腾讯大王卡这样）。

……

所有这些特殊的业务，都带来了新网元，新设备，新功能，从而导致整个核心网，越来越庞大，越来越复杂。

核心网，就是路由交换，打包发包，围着协议栈、TCP/IP、OSI模型、报文转，没有空间波那些高深的理论，也不需要想破头去考虑如何突破速率瓶颈和对抗干扰。

但是，它涉及的功能性网元种类多，网元与网元之间的接口非常多。不同的接口，使用的是不同的协议。

而且，核心网有各种业务，例如短信、智能网、VoLTE等，业务的流程非常复杂，涉及到很多网元的配合，甚至跨网络类型（例如同时接入3GPP无线和Non-3GPP无线）。

5G SA & NSA

由于部署新的网络投资巨大且要分别部署这两部分，所以3GPP（3rd Generation Partnership Project，一个标准化组织）分为了两种方式进行部署， SA（Standalone，独立组网）和NSA（Non－Standalone，非独立组网）。 独立组网指的是新建一个网络，包括新基站、回程链路以及核心网，非独立组网指的是使用现有的4G基础设施，进行5G网络的部署。

在2016年6月制定的标准中，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。 其中，Option1、Option 2、Option5和Option 6属于独立组网方式，其余属于非独立组网方式。

在2017年3月发布的版本中，优选了（并同时增加了2个子选项3x和7x）Option 2、Option 3／3a／3x、Option 4／4a、Option 5、Option 7／7a／7x等5种5G架构选项。 独立组网方式还剩下Option 2和Option 5两个选项。

独立组网

独立组网（Standalone, SA），在2016年6月制定的标准中，有1系、2系、5系和6系，在2017年3月发布的版本中，去掉了1系和6系，剩下2系和5系。

在以下图示中，实线叫做用户面，代表传输的数据，虚线叫做控制面，代表传输管理和调度数据的命令。

1系

4G 网络，目前的部署方式，由 4G 核心网和 4G 基站组成。

2系

这种方案下，从核心网到基站，全部新建，服务质量最好，成本也最高，也是最土豪的方案了。

5系

这种方案下，4G基站升级一下，变成增强型4G基站，然后把它们接入5G核心网，这样可以利旧，多少也能省点钱。

这种方案，可以理解为先部署5G的核心网，并在5G核心网中实现4G核心网的功能，先使用增强型4G基站，随后再逐步部署5G基站。

6系

这种方案，是先部署5G基站，采用4G核心网。但此选项会限制5G系统的部分功能，如网络切片，所以选项6已经被舍弃。

非独立组网

非独立组网（Non-Standalone, NSA），4G 基站和 5G 基站联合部署，参考的是LTE双连接架构。

什么是双连接架构？

在LTE双连接构架中，UE（用户终端）在连接态下可同时使用至少两个不同基站的无线资源(分为主站和从站)。

3系

5G基站是无法直接连在4G核心网上面的，所以，它会通过4G基站接到4G核心网。 传统4G基站的处理能力有限，无法承载5G基站这个“拖油瓶”，所以，需要进行硬件改造，变成增强型4G基站。

有的运营商，不愿意花钱改造4G基站（毕竟都是旧设备，迟早要淘汰）。于是，想了别的办法。

第一种办法，5G基站的用户面直接通4G核心网，控制面继续锚定于4G基站。

什么叫用户面？什么叫控制面？

简单来说，用户面就是用户具体的数据，控制面就是管理和调度的那些命令。

上面这种方式，叫做 “3a”。

第二种方法，就是把用户面数据分为两部分，会对 4G 基站造成瓶颈的那部分，迁移到 5G 基站。剩下的部分，继续走 4G 基站

这种方式，叫做”3x”。

我们把它们三个放在一起，可以对比看看：

需要注意的是，只有 “3” 是增强型 4G 基站

3/3a/3x 组网方式，是目前国外运营商最喜欢的方式，原因很简单：

利旧了4G基站，省钱。

部署起来很快很方便，有利于迅速推入市场，抢占用户。

4系

在”4系”组网里，4G 基站和 5G 基站共用 5G 核心网，5G 基站为主站，4G 基站为从站。

唯一不同的，选项4的用户面从 5G 基站走，选项 4a 的用户面直接连 5G 核心网。如下图所示：

7系

把”3系”组网方式里面的4G核心网替换成5G核心网，这就是”7系”组网方式。

需要注意的是，因为核心网是 5G 核心网，所以此类方式下，4G 基站都需要升级成增强型 4G 基站。

8系

8和8a使用的是4G核心网，运用5G基站将控制面命令和用户面数据传输至4G核心网中， 由于需要对4G核心网进行升级改造，成本更高，改造更加复杂，所以这个选项在2017年3月发布的版本中被舍弃，这里不做更多的介绍。

选择

5G标准落地后，运营商们采取何种方式组网是关注焦点。中国三大运营商均选择了5G独立组网（SA）的技术路线。

中国移动

打通全球首个全息视频通话

中国移动在上海全球移动通信大会上放出一颗重磅炸弹。昨日上午，中国移动联合大唐电信、爱立信、华为、英特尔和诺基亚等全球合作伙伴共同发布“5G SA（独立组网）起航行动”。

其间，中央网信办副主任杨小伟与上海移动技术人员现场进行了基于5G独立组网端到端系统的全息视频通话，首次采用5G独立组网端到端系统技术，包括5G CPE终端、新空口和新核心网。引人关注的是，这是全球首个5G独立组网端到端系统全息视频通话，在业界看来，这标志着5G独立组网技术取得突破进展，距离商用更进一层。

在同日发布的《5G SA（独立组网）核心网实现优化白皮书》里，中国移动展示了5G独立组网技术和产业发展的最新进展。其中电网差动保护系统利用了5G的网络切片特性，快速完成配网线路的故障判断及隔离；AR/VR直播系统利用了5G网络切片和边缘计算特性，实现高清视频信号的独立采集、跨域传输和本地分发。这些枯燥的技术术语背后，反映出中国移动对SA的高投入正迎来收获期。

6月14日，3GPP冻结了5G第一版本的独立组网标准，加上之前确定的非独立组网标准（NSA)，第一版本5G国际标准由此正式出炉。

此前，中国移动研究院院长黄宇红表示，在5G SA标准的制定过程中，中国移动做出了重要贡献，其中主导提出了5G独立组网的基础架构。

按照中国移动的时间表，2018年7月将展开5G非独立组网的外场测试，11月启动独立组网外场测试，明年10月启动友好用户测试；在产品计划方面，今年底首批5G芯片将面世，明年一季度推出首批5G终端，三季度推出5G智能手机。

中国联通

首次明确以独立组网方式建网

首次明确表态将以SA为目标架构。前期聚焦eMBB（增强移动宽带），持续保持中国联通在3G和4G时代的网络速率优势，为高清视频、VR/AR游戏娱乐、车载影音、智能家庭等大流量高带宽应用提供全方位的网络支持。未来将结合技术标准和生态系统的发展进程，引入uRLLC（低时延高可靠）和mMTC(海量机器类通信)技术，提供车联网、工业互联网等垂直行业的数字化转型支持。

根据时间表，2019年该公司将进行5G业务规模示范应用及试商用，计划在2020年正式商用。

中国联通5G战略最引人关注的是，与不少“小伙伴”联手打造5G产业合作新生态，合作对象包括腾讯、百度、华为等。

中国电信

已经率先发布5G技术白皮书，指出中国电信将在5G核心网采用SA组网方案。

设备商

亢奋的不只是电信运营商，产业链各方也密集发布5G战略。设备商们都在迎风热舞，狂刷存在感。

大唐发布了《5G业务应用白皮书》，围绕5G三大典型应用场景，选取了与5G结合点较强的十大应用领域进行研究，阐述该公司的5G技术储备能力，同时还与多家企业达成了5G应用方面的签约合作。

爱立信联合中国联通、驭势科技进行国内首个5G超远程智能驾驶实车演示，并与中国移动联手开展5G智能工厂改造应用试点。

诺基亚贝尔与腾讯签署战略合作框架协议，将合作建设5G联合实验室，推动5G新业务研究与验证。

新华三带着自家的5G小站加入5G的冲刺大战，将于今年底在运营商网络中进行试商用。华为则宣布将于2018年9月30日推出基于NSA的全套5G商用网络解决方案；2019年3月30日则会推出基于SA的5G商用系统。

参考资料

[1] 三大运营商5G路径全选SA

[2] 5G独立组网和非独立组网的8种方式有何不同

[3] 鲜枣课堂：关于5G的NSA和SA，看完秒懂！

[4] 鲜枣课堂：关于5G接入网，看这一篇就够啦！

[5] 鲜枣课堂：核心网，你为什么这么难？！

[6] 鲜枣课堂：从2G到5G，核心网，你到底经历了什么？

[7] 鲜枣课堂：有史以来最强的5G入门科普！

[8] 专用5G网络的7种部署方案