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运营商的选择困难症:5G网络,先NSA还是SA?

与3G迈向4G时代不同,4G迈向5G不再是核心网与无线接入网“整体式”演进方式,而是把两者“拆开”了,包括NSA(非独立组网) 和SA(独立组网)两种部署方式。

于是,整个行业似乎陷入了“选择困难症”,到底先NSA建网,还是SA,成了一个焦点问题。

什么是NSA?什么是SA?NSA和SA有何区别?运营商该选择NSA还是SA?

NSA和SA有何区别?

都是5G,不同阶段、不同策略而已

标准

从3GPP 5G标准来看,NSA和SA是5G R15标准的两个不同阶段:NSA标准于2017年12月冻结,SA标准于2018年6月冻结,还有一个补充的Late Drop 也在今年3月冻结了。

在移动通信的标准设计中,有一个基本的原则,就是要前向兼容,即标准设计需要保护前期的投资,也要支撑未来网络的创新。5G标准的第一阶段即NSA阶段,基本上实现了所有5G的新特性和新能力,但同时它在标准设计中也天然支持未来向SA的不断演进,包括未来新增特性及新增需求,如提供完整的高可靠连接能力,以及V-2X和工业物联网的基本能力,使这些业务的引入不需要重复建网投资。

简而言之,目前已经冻结的5G标准为运营商提供了两种选择NSA和SA,都是为了更快更好更平滑的建设5G,但随之带来的问题是:到底选择哪一个?

架构

NSA和SA的组网,主要区别:NSA是将5G的控制信令锚定在4G基站上;SA方案是5G基站直接接入5G核心网,控制信令完全不依赖4G网络。

运营商在5G部署早期时大多数从投资5G基站开始,未来不管运营商何时选择从4G核心网升级到5G核心网,运营商对于5G基站硬件的投资是不变的。事实上,现在有实力的设备商提供的5G基站都是双模的,既支持NSA也支持SA,未来基站仅通过软件升级就可实现NSA到SA的演进。

体验与应用

早在2015年,ITU(国际电联)便对5G做出了清晰的定义:5G的主要业务场景包括eMBB(增强型移动宽带)、uRLLC(高可靠低时延通信)和mMTC(大规模机器通信), 分别对应的5G技术指标包括:1-20Gbps的峰值,10-100Mbps的用户体验速率,1-10毫秒的端到端时延,1-100倍的网络能耗效率提升以及每平方公里100万连接数等。

在应用方面,NSA早期主要提供高带宽、低时延业务,也就是说主要针对eMBB和uRLLC两大5G场景,目的是为了先基于已成熟的4G MBB生态来逐步扩展新应用和商业模式,比如向高清视频、云游戏、AR/VR等eMBB业务扩展,向智能制造、特种车辆远程操控、远程医疗等eMBB+uRLLC业务扩展,帮助运营商快速实现商业成功。

在体验要求方面,2019年,全球5G商用部署启航,从多个运营商的预商用和商用网络测试中可以发现,采用NSA部署的网络,小区容量峰值可达14Gbps, 单用户平均速率可达2.5Gbps, 端到端时延在1毫秒之内,5G相比4G的能效提升20-30倍,均达到了ITU对于5G的定义。

随着NSA向SA网络的演进,5G SA网络将进一步解决行业对无线技术要求更严苛的场景,比如自动驾驶、工业控制等超低时延场景。同时,5G SA网络所具有的切片作为其特有的一种功能和技术手段,将保障特殊行业如电力、公安的业务隔离和QoS保障等特殊场景。

简而言之,从标准制定、架构、体验和应用角度看,NSA和SA同属于5G,只是处于5G的不同阶段而已。因此,选择NSA还是SA,绝不是“二选一”的问题,而是“先后”选择问题。而这个选择,显然是需要结合具体情况具体分析的。

运营商的选择:先NSA还是SA?

既然“选择困难”,那我们就先来看看那些已备受煎熬,终于做出了抉择的运营商们的选项吧。

2019年4月,韩国5G最先规模商用,韩国三大运营商的组网方式选择的是NSA。准确点说,是先NSA再SA,比如,SKT最新公开的组网演进路线——5G部署初期选择NSA建网,后期将同时采用“NSA+SA”架构。

图片来源:SK telecom

2019年4月,几乎与韩国运营商同时商用5G的还有美国Verizon,组网方式选择的还是NSA。

Verizon的CEO在商用发布会上的演讲有点意思,他说,4G向5G演进与3G向4G演进不同,最大的区别是,4G和5G之间有双连接,而3G与4G之间没有双连接。没有“双连接”,3G和4G之间无法无缝“切换”,比如你在用4G网络看视频流,若4G连接突然中断,这意味着你的视频也将中断,需等手机重新注册入3G网络后才能继续用3G网络观看视频。但到了5G时代,由于4G和5G之间可以无缝“切换”,相当于连接有了双重保障,可以实现更高的可靠性。

英国运营商EE于5月30日正式商用5G,早期部署选择的依然是NSA。

EE的NSA组网更有意思,如下图,其5G演进分三步走,其中,第一阶段(2019年)采用NSA部署,第二阶段(2022年)引入5G核心网。也就是说,EE计划到2022年才实现SA独立部署,到2023年后才实现网络切片。

图片来源:EE

这一计划令业界倍感惊讶,让人怀疑这家英国运营商是否太过保守。

日本5G尽管还未商用,他们计划在2020年春推出5G网络,不过日本运营商已确定了组网方式,其中NTT DoCoMo和KDDI已表示将在部署早期采用NSA组网,以高效、经济地构建5G网络;另一家日本新晋运营商乐天移动选择的是SA组网方式。

图片来源:NTT DoCoMo

总体来看,全球大多数运营商选择了从NSA开始部署5G,极少数运营商选择一开始就采用SA,这些选择背后的原因和动机何在?

Why NSA?

Why SA?

为何优先部署NSA?又为何优先部署SA?日本两大运营商NTT DoCoMo和乐天移动给出的解释极具典型性。

日本乐天移动直接选择SA的原因很简单,他们的解释是,因为乐天移动是新晋运营商,几乎没有4G资产,不必保护4G投资,所以决定从一开始就构建一张端到端的5G网络。这相当于是一张白纸上进行描绘,当然可以选择更直接的方式来参与竞争。

但值得一提是,该运营商提出的“构建全球首个端到端的全虚拟化5G网络”计划,在业界看来是一次极具冒险精神的举动,有点“初生牛犊不怕虎”,也有点“光脚的不怕穿鞋的”的感觉,背负重资产的老牌运营商绝不会轻易仿效。

日本第一大运营商NTT DoCoMo就绝不会这么干。不久前,NTT DoCoMo首席技术官Seizo Onoe在一次行业峰会上解释了初期部署选择NSA的原因,总结得非常精彩。

图片来源:NTT DoCoMo

他指出,基于NSA的双连接技术具有四大“组合优势”:1)利于低、高频段组网;2)利于LTE 和NR组网;3)利于Massive MIMO和C-RAN结合组网;4)可同时保护4G资产和5G投资。

This is a crucial reason not to go directly to Standalone 5G.

这就是不直接SA建网的至关重要的原因。

他认为,5G不会跳跃式发展,更不会一夜之间替代4G,4G LTE与5G NR将长期共存,在目前5G新用例还未爆发的情况下,NSA建网对于同时保护4G资产和5G投资非常重要。

从保护4G资产和5G投资的角度考虑,NSA建网可以利旧现有4G核心网,帮助运营商使用可控的投资,迅速建立5G网络和品牌,发展5G应用,可以在早期快速发展5G用户,抢占市场先机。

从5G业务支持度来看,NSA和SA因标准完成有先后,相应的端到端产业发展和业务成熟度也有差别。NSA端到端产业链,包括芯片、终端、网络都在2019年初成熟,高通三星海思、MTK都已推出5G基带芯片, 截至5月初已有52款5G商用终端发布。在2019到2020年,NSA终端是主力终端:高通第一代5G芯片只支持NSA商用,会有近20家终端厂商使用,三星第一批5G终端只支持NSA,苹果在2020年前不会提供5G终端。

5G产业的发展是一个宏大的生态体系演进的过程,有一个自然延伸从而达到长期繁荣的过程。在5G部署的早期,先行者通过NSA建网,从网络系统的成熟带动应用的发展,再继续撬动行业数字化以及商业生态成功的探索,是构筑领先优势的最佳途径。

比如,韩国5G初期部署采用NSA,借助现有4G生态,短短一个月就发展了26万5G用户,刷新了4G时代的历史记录。与此同时,韩国运营商均推出了VR/AR、云游戏、5G新媒体、智慧工厂等5G新应用。可以预见,韩国运营商在基于一定规模5G用户基础上,在eMBB业务如高清视频、VR/AR等业务上优先逐步培养用户习惯,未来可能拥有对该产业链和整个生态系统更多的主导权。

总而言之,NSA或者SA,是5G架构选择问题,也是5G标准的不同阶段,都是名正言顺的5G,只是策略不同和对生态成熟度的充分考虑的结果。目前,有实力的设备商提供的基站大多端到端支持双模(NSA和SA),可支持运营商灵活选择和部署。我们必须了解到,5G产业的发展是一个循序渐进的过程,5G的行业数字化也是一个逐步繁荣的过程,唯有先行者的勇于探索,才能让5G的发展走的更加坚定,才能构筑一个更加健康的5G生态系统。