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5G SA和NSA到底有啥区别?

2019-07-03
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近日,中国移动的董事长杨杰说明年中国移动将建立超过5万个5G基站,也就意味这明年5G可能会得到全面普及,只不过同时,杨杰还表示5G基站将会采用SA组网。


与4G不同,5G时代有了NSA和SA两个组网选项,这让整个电信业仿佛突然有了两个女朋友,我们为之纠结,为之煎熬,到底该选谁?


但选女朋友从来不是咱们技术宅的强项,做指标分析才是,所以我们今天只做指标分析。


NSA和SA到底有啥区别?



NSA(选项3x)与SA(选项2), 乍一看,其实就像边三轮和两轮摩托的区别。


NSA,采用双连接方式,5G NR控制面锚定于4G LTE,并利旧4G核心网EPC。SA,5G NR直接接入5G核心网(NG Core),它不再依赖4G,是完整独立的5G网络。


对比以上架构,NSA和SA主要存在三大区别:


1)NSA没有5G核心网,SA有5G核心网,这是一个关键区别。


2)在NSA组网下,5G与4G在接入网级互通,互连复杂;在SA组网下,5G网络独立于4G网络,5G与4G仅在核心网级互通,互连简单。


3)在NSA组网下,终端双连接LTE和NR两种无线接入技术;在SA组网下,终端仅连接NR一种无线接入技术。


简单的讲,相比SA,NSA缺了一个新大脑(5G核心网),在5G-4G互连上还有些拖泥带水。


看似简单的架构区别,背后却会牵涉出一堆性能指标差别,这些指标主要包括了网络时延、上行带宽、网络灵活敏捷性和服务可靠性等。下面就来说说这些性能差别。


  核心网  

NSA缺少新大脑


NSA与SA的关键区别是有无5G核心网。5G核心网与4G核心网有什么不同?


相对于2/3/4G,5G核心网是一次颠覆式设计,它基于云原生和SBA服务化架构,使能敏捷高效地创建“网络切片”,不同的切片应对不同行业的多样化的5G用例,从而帮助运营商从2C市场向2B市场拓展,寻求新的商业模式和收入增长点。


网络切片通过灵活的网络资源组合,为不同行业的5G用例保障不同的QoS,可大大提升网络服务质量,并可降低部署成本。


5G核心网的用户面和控制面彻底分离,使能UPF(用户面功能)实现下沉和分布式部署。接下来,UPF与MEC(多接入边缘计算)完美天然集成,并分布式部署于网络接入侧、本地侧、汇聚侧和核心侧。


分布式的UPF/MEC意味着内容和服务将从互联网走进移动内网,使之更接近用户侧,从而减少网络传输时延,并减轻核心网和骨干传输网络负担,可实现工业自动控制、远程控制、AR/VR等低时延、大带宽5G应用。


运营商将基于网络切片和MEC向2B市场扩展,可以说这是5G的最大价值所在。尽管5G网络能力也会驱动VR、云游戏等2C市场新业务,但随着几十年移动通信飞速发展,人的连接已趋于饱和,单靠2C市场的经营模式已不足,运营商迫切需要把重心转移至开拓2B市场,发展行业VR/AR、智慧交通、智慧安防、智能电网、工业自动控制等广泛的行业应用。


此外,在安全构架上,5G核心网比4G EPC更强,具有更强的加密算法,更安全的隐私加密,更安全的网间互联和更安全的用户数据,可全面实现网络安全防护。


但在NSA组网下,由于没有5G核心网,既不能支持网络切片,也无法完美支持MEC,因此在网络时延、业务部署敏捷性和服务可靠性上,以及在支持5G新用例方面,会大打折扣。


  5G-4G互连  

NSA复杂于SA


如上所述,在NSA组网下,5G与4G在接入网级互通,互连更复杂。


首先,互连复杂会影响空口时延。在控制面时延上, NSA组网下NR锚定于LTE控制面,因此,控制面时延基本与4G一样。在用户面时延上,如果LTE与NR数据流聚合,用户面时延会受限于4G。


其次,互连复杂会影响切换时延。在NSA组网下,由于5G NR锚定于4G LTE,NR至NR之间的切换若发生LTE锚定改变,需多步骤才能完成,花费时间较长。

 


如上图,在NR与NR切换时,首先要删除源副载波,释放源NR资源,然后再执行LTE到LTE之间的切换,接着再添加目标副载波,新分配目标NR资源。整个过程至少要花费150ms。


但在SA组网下,NR到NR切换独立于LTE切换,同频切换时延仅需约40ms,异频切换时延仅需60ms。至于SA与NSA之间切换,等同于NR-LTE异系统切换,时延也只需约70ms。


  上行带宽  

NSA远低于SA


在NSA组网下,终端天线要双连接LTE和NR两种无线接入技术;在SA组网下,终端天线仅连接NR一种无线接入技术。若终端配置为两天线,在NSA组网下,一根天线连接NR,一根天线连接LTE;而在SA组网下,两根天线均连接NR。


增加天线数量是提升无线网速的主要办法之一,这意味着,同样的终端在SA组网下的上行速率远远大于NSA组网下的上行速率,理论上是两倍。


在NSA组网下,以上这些性能缺陷将使5G用例受限,直接影响运营商向新业务扩展。


  5G用例  

NSA创新应用有限


5G大带宽、低时延、多连接的网络能力,加上网络切片和MEC技术,将使能全行业创新应用,但由于NSA在5G核心网、上行带宽、时延等方面的能力有限,会导致很多5G应用创新受阻。


下面我们来举一些例子。


5G医疗急救车


5G医疗急救车通过超高清视频将病人的生命体征信息实时回传至急救指挥中心实现远程支持,将急诊救治战线前移,这要求5G网络必须保证连续的上下行带宽。


但急救车是快速移动的,如果采用NSA组网,小区间切换时延大于120ms,会导致视频传输出现卡顿和花屏,影响急救效率;而在SA组网下,系统切换时延小于40ms,视频连续无感知。


高清/VR直播


5G将史无前例地提升网络上行速率,并因此将改变超高清视频媒体的生产和传送过程,激发新一波视频内容革命。比如一场球赛VR直播,通过多台摄像机全方位采集高清视频,并通过大宽带、低时延5G网络实时传送,让用户可以自由选择不同位置、不同角度沉浸式观赛。


但在NSA组网下,由于终端天线双连接会拉低上行峰值带宽,将使这波创新应用受限。


以一个20000平米大的球场为例,每台4K摄像机需50M带宽上传,若采用NSA组网,单小区峰值带宽小于200M,只能支持4台4K摄像机回传;而若采用SA组网,单小区峰值带宽大于480M,相当于可支持10台4K摄像机回传。


Cloud VR


VR是5G关键应用,但要达到极致体验要求端到端时延小于50ms(包括网络时延和设备处理时延),其中,网络端到端时延要求小于20ms。


在NSA组网下,NR基站+EPC,没有5G核心网和MEC支持,端到端时延大于30ms,无法支持VR游戏、VR建模设计等CG类业务,而SA组网下的网络端到端时延能小于15ms。


智能电网


智能电网中的差动保护、精准负控场景,要求超高可靠超低时延的uRLLC切片,要求端到端通信时延小于15ms,并需保障SLA。


NSA不支持网络切片,也无法支持MEC,端到端时延大于30ms,因此无法支持智能电网业务,而SA组网下网络端到端时延能小于15ms。


远程控制


在一些特殊场景,比如无人矿山、港口等,为了避免安全风险和提升效率,会利用5G大带宽、低时延高可靠能力,通过全景高清摄像头,将360度全景视频实时回传到远程控制端,对车辆、机械设备等进行实时、准确的远程控制。


在NSA组网下,由于上行带宽和网络时延能力不足,同样会限制这些应用场景部署。


智能制造


面向第四次工业革命,5G NR、网络切片和MEC是三大关键驱动技术。


5G NR新无线将代替车间内的有线连接,使能工厂柔性化、自动化和操作维护AR化等;网络切片可端到端保障严苛的工业QoS需求,还能隔离工业领域不同的服务需求;MEC不仅可降低网络时延和负荷,还能在本地与工厂数据、ERP系统等无云集成,让数据存储和处理于本地,不必发送到云端,保障数据的安全性和隐私性。


但在NSA组网下,不支持网络切片和MEC分布式部署,端到端时延大于30ms,无法拓展智能制造等相关业务。


综上,5G时代要扩展行业应用,需要更大的上行带宽支撑视频回传,需要更低的时延支持及时远程控制,需要MEC支持用户数据不出局,需要切片网络保障网络质量和支持数据隔离,需要更低的小区切换时延确保视频中断无感知,而NSA组网在网络能力上支撑不足。


简单的讲,5G的发展目标就是“1+3”:1,就是一个可使能网络切片的5G核心网,并最终实现一张全云化的网络;3,就是eMBB、uRLLC和mMTC三大应用场景。5G时代,运营商将以“1+3”为发展主轴,从2C向2B市场扩展,最终使能万物互联和全行业数字化转型。


但NSA组网没有“1”,“3”大应用场景也不完整,它主要是依托于4G生态规模继续拓展eMBB业务,其网络能力不足以支撑全行业全场景5G应用。



目前华为巴龙5000芯片是当下唯一一款真正意义上的5G芯片,今年发布的5G产品除了华为,其他的都是采用的高通X50基带,而高通X50基带只支持MSA组网,也就意味着明年国内普及的5G网络基本与搭载高通X50基带的产品无缘了,而华为的基带却支持NSA和SA两种组网,可以说华为在基带上已经领先高通了。



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