射频原理

5G部署选项

一说到“部署选项”这事，说实话，我觉得自己有点“奇葩”。

大家都知道我的前辈叫“4G”，4G系统构架主要包括无线侧(即LTE)和网络侧(SAE)，准确点讲，这个4G系统构架在3GPP里叫EPS(Evolved Packet System，演进分组系统)，EPS指完整的端到端4G系统，它包括UE(用户设备)、E-UTRAN(演进的通用陆地无线接入网络)和EPC核心网络(演进的分组核心网)。

▲EPS、EPC、E-UTRAN、SAE和LTE的技术定义

这个EPS是为移动宽带而设计的。

从3G演进到4G，我称之为”整体演进“，即包括接入网和核心网的EPS整体演进到4G时代。

可到了5G我这儿就不一样了，那个3GPP组织把接入网(5G NR)和核心网(5G Core)拆开了，要各自独立演进到5G时代，这是因为5G不仅是为移动宽带设计，它要面向eMBB(增强型移动宽带)、URLLC(超可靠低时延通信)和mMTC(大规模机器通信)三大场景。

于是，5G NR、5G核心网、4G核心网和LTE混合搭配，就组成了多种网络部署选项。

这就像商家推出的多款套餐组合，总有一款适合你。

嗯，主要有这些组合套餐：选项3/3a/3x、7/7a/7x、4/4a为非独立组网(NSA)构架，选项2、5为独立组网(SA)构架。

选项3系列：3/3a/3x

2017年12月完成的3GPP Release 15 NSA NR标准正是基于选项3系列。

在选项3系列中，UE同时连接到5G NR和4G E-UTRA，控制面锚定于E-UTRA，沿用EPC(4G核心网)，即“LTE assisted，EPC Connected”。

对于控制面(CP)，它完全依赖现有的4G系统——EPS LTE S1-MME接口协议和LTE RRC协议。

但对于用户面(UP)，存在变数，这就是选项3系列有3、3a和3x三个子选项的原因。

选项3、3a和3x有啥区别呢？

选项3

选项3其实就是参考3GPP R12的LTE双连接构架，在LTE双连接构架中，UE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)；双连接引入了”分流承载“的概念，即在PDCP层将数据分流到两个基站，主站用户面的PDCP层负责PDU编号、主从站之间的数据分流和聚合等功能。

LTE双连接不同于载波聚合，载波聚合发生于共站部署，而LTE双连接可非共站部署，数据分流和聚合所在的层也不一样。

选项3指的是LTE与5G NR的双连接(LTE-NR DC)，4G基站(eNB)为主站，5G基站(gNB)为从站。

但是，选项3的双连接有一个缺点——受限于LTE PDCP层的处理瓶颈。

众所周知，5G的最大速率达10-20Gbps，4G LTE的最大速率不过1Gbps，LTE PDCP层原本不是为5G高速率而设计的，因此在选项3中，为了避免4G基站处理能力遭遇瓶颈，就必须对原有4G基站，也就是双连接的主站，进行硬件升级。

升级后的4G基站，或者说R15版本的4G基站，叫eLTE eNB，同时，迁移入5G核心网的4G基站也叫eLTE eNB，因为5G核心网引入了新的NAS层，这在后面会讲到。e就是enhanced，增强版的意思。

但一定有运营商不愿意对原有的4G基站升级，于是，3GPP就推出了两个“变种”选项——选项3a和3x。

嗯！总有一款套餐适合你！

选项3a

选项3a和选项3的差别在于，选项3中，4G/5G的用户面在4G基站的PDCP层分流和聚合；而在选项3a中，4G和5G的用户面各自直通核心网，仅在控制面锚定于4G基站。

你不是嫌升级4G基站麻烦吗，这下我跳过4G基站得了。

选项3x

选项3x可谓选项3的一面镜子。为了避免选项3中的LTE PDCP层遭遇处理瓶颈，其将数据分流和聚合功能迁移到5G基站的PDCP层，即NR PDCP层。

反正我5G基站的处理能力很强嘛，这下不用担心处理瓶颈的问题了。

从目前来看，除了中国运营商，全球很多领先运营商都宣布支持选项3系列，以实现最初的5G NR部署。

原因很简单：

1）选项3系列利旧4G网络，利于快速部署、抢占市场，而且成本还不高；

2）目前5G三大场景中，eMBB是最易实现的，选项3系列可谓是LTE MBB场景的升级版。

比如美国运营商，可选择选项3系列，在现有的LTE网络上搭配他们的5G毫米波固定无线。

这些运营商对选项3家族的青睐程度可表示为：选项3x > 选项3a > 选项3。选项3x面向未来，无需对原有的LTE基站升级投资；选项3a简单朴素；至于选项3，由于要对LTE网络再投资，嫌弃它的人比较多一点。

可是，中国运营商为啥不爱选项3系列呢？至少目前中国电信已宣布5G采用独立部署方式。

因为梦想更大啊！

接下来介绍完选项2你就明白了！

选项2

选项2就是独立组网，一次性将5G核心网和接入网一起”打包“迈进5G时代，与前4G网络少有藕断丝连的瓜葛。

这种方式的优点和缺点都很明显。一方面，它直接迈向5G，与前4G少有瓜葛，所以减少了4G与5G之间的接口，降低了复杂性。

另一方面，与选项3系列依托于现有的4G系统用5G NR来补盲补热点的方式不同，选择选项2的运营商背后一定隐藏着更大的野心——一旦宣布建设5G网络，就意味着大规模投资，建成一个从接入网到核心网完整独立的5G网络。

选项7系列

选项7系列包括7、7a和7x三个子选项，类似于选项3，可以把它看成是选项3系列的升级版，选项3系列连接LTE核心网(EPC)，而选项7系列则连接5G核心网，即“LTE assisted，5G CN Connected”，NR和LTE均迁移到新的5G核心网。

选项4系列

选项4系列包括4和4a两个子选项。在选项4系列下，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。

选项4系列要求一个全覆盖的5G网络，因而采用小于1GHz频段来部署5G的运营商比较青睐这种部署方式，比如美国T-Mobile计划用600MHz部署5G网络。

选项5

选项5将4G基站连接到5G核心网，与选项7类似，但没有与NR的双连接。

也就是说，选择选项5的运营商只考虑核心网演进到5G，但并不将无线接入网演进到5G NR。大概是为了减少投资，而又看好具备网络切片能力的5G核心网吧！估计有些4G专网会喜欢这一部署方式吧！

选项6

已被3GPP残忍抛弃，不再赘述。

总结一下，运营商的5G部署路径主要有三种方式：

①非独立部署(NSA)：LTE + 5G NR毫米波

此种部署方式以美国Verizon和AT&T为代表，在现有的LTE网络上部署5G NR毫米波来补充覆盖热点或部署5G固定无线。

②非独立部署(NSA)：LTE + 小于6GHz NR频段

此种部署方式可快速实现更好的5G NR覆盖，但存在4G LTE和5G NR之间的接口和载波聚合等技术的复杂性。

对于非独立部署，演进路径分为两条：

路径一：选项3系列—>选项2：先部署5G无线接入网，再部署5G核心网，最后将5G无线接入网迁移到5G核心网。

路径二：选项3系列—>选项7系列或者选项5：先部署5G无线接入网，再部署5G核心网，最后将4G和5G无线接入网一起接入5G核心网。

③独立部署

就是直接部署一张完整的5G网络，简化了非独立部署向5G核心网迁移的过程，复杂性较低，但更要求完整成熟的5G覆盖和生态。

5G NR频谱

上面提到的各种组合套餐，都离不开最重要的原材料——频谱资源。

5G NR如何定义和分配频谱？

与2/3/4G时代不同，5G频谱分配的基本原则叫Band-Agnostic，即5G NR不依赖、不受限于频谱资源，在低、中、高频段均可部署。

在R15版本中，定义了两大FR（频率范围）：

FR1：

• 450MHz 到 6000MHz

• 频段号从1到255

• 通常指的是Sub-6Ghz

FR2:

• 从24250MHz到52600MHz

• 频段号从257到511

• 通常指的是毫米波mmWave（尽管严格的讲毫米波频段大于30GHz）

与LTE不同，5G NR频段号标识以“n”开头，比如LTE的B20（Band 20），5G NR称为n20。

目前3GPP已指定的5G NR频段具体如下：

FR1

FR2

我们再比较一下LTE的频段分配：

很明显，一些LTE频段也指定给了5G NR，但细心一点你还会发现，在有些频段号上，5G NR频段在LTE 频段上进行了合并或扩展，比如，LTE的B42 (3.4-3.6 GHz) 和B43 (3.6-3.8 GHz) 合并为5G NR的n78（3.4-3.8 GHz），且n77还进一步将其扩展到3.3-4.2GHz。

原因有两点：①满足5G NR的大带宽需求②满足全球运营商在3.3-4.2GHz频段内的5G 部署需求。

第①点不用解释，大家都懂的，主要说说第②点原因。

嗯！其实一张图就看明白了：

上图是全球各国在C波段的可用频段，可用频段范围参差不齐，而n77的频段范围刚好将其全部覆盖，通吃！

值得一提的是，在FR1中引入了SUL和SDL，即辅助频段（Supplementary Bands），这是什么鬼？

众所周知，手机的发射功率低于基站发射功率，3.5GHz的覆盖瓶颈受限于上行，工作于更低频段的SUL（上行辅助频段）就可以通过载波聚合或双连接的方式与下行3.5GHz配和，从而补偿3.5GHz上行覆盖不足的瓶颈，这大概和华为提出的上下行解耦是一致的吧。

问题来了，上面列了这么多5G NR频段，先锋频段是哪些？

主要有：n77、n78、n79、n28、n71。

n77和n78，即C-BAND，是目前全球最统一的5G NR频段。

n79也可能用于5G NR，主要推动国家是中国、俄罗斯和日本。

n28就是传说中的700MHz，由于其良好的覆盖性，同样是香饽饽，在WRC-15上已经确定该频段为全球移动通信的先锋候选频段，如果这段频段不能充分利用，实在是太可惜了。

n71就是600MHz，目前美国运营商T-Mobile已宣布用600MHz建5G。

关于毫米波频段，美国、日本和韩国正在试验5G 28GHz毫米波频段，初期要实现5G固定无线接入代替光纤入户的最后几百米。

不过，目前美日韩的28GHz并不在ITU WRC（世界无线电通信大会）考虑范围之内，尽管3GPP列入了这一频段（n257），但最终还需要ITU批准。

至于n258，研究称该频段可能会影响卫星通信系统，或将因为要考虑足够的保护频带而进行调整。