1.1 5G全新系统架构
1.1.1 5G全新产业技术发展概述
5G作为一种全产业链创新的技术，可以认为是第一次真正以应用为导向进行的移动通信协议标准制定和系统设计，是一次由高层带动底层设计的革命。5G作为移动通信系统中无所不能的“变形金刚”，提供了一整套统一基础的框架机构，可以适用于多种应用需求。归纳而言，包括如下新特点。
（1）新的应用需求
5G作为一种以应用驱动进行设计的通信系统架构，其设计之初的目标以及需求非常明确，主要强调了高可靠（低误码率）、高可用、低时延等特性。高可靠性意味着在限定的时延下传送近似0误码的数据包。可以通过成功传输包的比率（或者反向的误包率）来评估可靠性，不同的高可靠与低时延（Ultra-Reliable and Low Latency Communication，URLLC）用例对于所需的比率以及时延门限可能有所不同。高可用性则涉及通过3GPP系统提供可靠服务的通信链路。所谓通信链路包括端到端的通道，其中含空口链路、传输链路以及不同软硬件功能。高可用性本质意味着质量以及容量的保障，5G在系统架构设计时强调一种更高的适配性，空中接口是一种标准化无线接入网技术，可以通过软硬件资源、频率、参数调整适配不同的应用场景以及需求。5G对于低时延的目标则有明确的衡量标准，例如，控制面时延是指设备从IDLE态转换到数据连续传输状态的时延，目标值为10ms，而LTE的时延则是50～100ms。用户面时延指UE/BS不处于DRX状态下，应用层数据包通过无线协议栈2/3层进口SDU到对端无线协议栈2/3层出口SDU的时延，对于上下行的用户面时延要求都是0.5ms（注：LTE一个子帧1ms，一个时隙0.5ms）。间歇式的小包业务（IoT）时延是在基于最大路损164dB的前提下，上行发送20B应用数据包时（物理层105B）不超过10s；
（2）新的组网模式
5G组网方式较4G更加新颖灵活，主要包含去中心化部署、与LTE共站址部署、中心化部署、跨运营商共享部署四种方式（见图1-1），各种方式适用场景不同，组网特点也各不相同。例如，对于去中心化部署方式，其网络节点扁平化，接入网元节点互联互通，可与LTE的eNB连接，组网模式与4G现网相同；在现有站址资源稀缺的情况下，可以采取与LTE共站址进行组网部署，既可以通过共基带处理单元实现物理资源深度融合，也可以单纯以共机框、共机房、共天面的方式实现物理资源的复用，这种组网方式可以最大化地复用现有站址资源；中心化组网方式意味着集中式部署，这就是C-RAN的概念，其中CU与DU分离实现了协议栈之间的解耦，可以节省基站机房资源，实现服务器资源弹性利用以及有效负荷分担，也可以提升CoMP多点协作等技术的性能；跨运营商共享组网方式可以采取异构组网方式（多个小区），共享接入网频率可以是公共频率也可以是某一运营商频率。在非共享区域与共享区域之间的移动性能与LTE网络系统内的移动性能相当。
图1-1 5G可选组网方案
（3）新的无线接入网络方案
全新接入网可兼容现网LTE基站，主要包含两种逻辑网元：一种是5G基站gNodeB，负责提供NR的用户面和控制面协议；另外一种可以是升级版的LTE基站eNodeB，负责提供E-UTRA的用户面和控制面协议。现网LTE接入网逻辑节点（eNodeB）之间的接口称作X2接口，而5G接入网逻辑节点（gNodeB）之间的接口称作Xn接口，在标准预研阶段gNodeB与5G核心网之间的接口笼统称作NG接口。接入网与核心网的组网架构在标准协议中进行了多种定义，较常用的包括独立组网的Option2（gNB与5G核心网NGC（注：最初命名为NGC，现已正式更名为5GC）互连，该种组网方式的特点是需要新建核心网和接入网）和Option5方案（eLTE eNB与NGC互连，该种组网方式的特点是可利旧升级存量LTE基站，进行核心网替换，网络投资较小），同时包括非独立组网的Option3/3A（NR非独立设置，NR用户面可通过LTE eNB（3）与现有核心网互连，也可以直接互连（3A），该种方式利于快速部署，现网升级利旧）和Option7/7A方案（NR非独立设置，NR用户面可通过LTE eNB（7）与NGC互连，也可以直接互连（7A），保留LTE接入网设备，替换现有核心网），详见图1-2。
（4）新的应用场景
5G应用场景主要包含三大类：eMBB（enhanced Mobile BroadBand，增强型移动宽带）服务（相比URLLC可能有一定时延），此类场景的典型应用例如AR/VR、高清电视信号传输等对带宽的需求很高，在能保证传输质量的前提下，我们将来坐在电视前就可以身临其境地感受到以球员视角进行的实时影像回传；mMTC（massive Machine Type Communi⁃cation，海量机器类通信）则面向提供百万规模物物连接，实现万物互联，可以实现物品远程定位、数据采集、实时监控或者对物的自动化管控；URLLC极端可靠低时延通信面向对时延相当敏感、对网络性能极端依赖的应用需求，如车辆自动驾驶接管、远程医疗、户外手术、紧急救援等。
（5）新的评估体系
5G基于传统4G数据网络评估体系，衍生出一些新的评估量化维度。例如，对峰值速率的要求进一步提升，单站最高理论速率的目标值是下行20Gbit/s，上行10Gbit/s；峰值频谱效率，频率归一化下单站最高理论速率的目标值是下行30bit/s/Hz和上行15bit/s/Hz；控制面时延指从空闲态到业务传输态，目标值为10ms；用户面时延，不考虑DRX的情况下，对于URLLC业务，端到端数据包传输时延的目标值是上行0.5ms，下行0.5ms。对于eMBB业务，目标值为上行4ms和下行4ms；间歇小包业务时延，端到端数据包传输时延，在最大路损164dB条件下，传送20B应用包时延不超过10s；移动服务中断时间，这个项指标主要评估NR系统内同频切换或者异频切换系统服务中断时间，目标为0ms，在特殊场景下，如偏远低价值区域，该指标门限可适当放宽；可靠性：该指标评估在特定信道环境下，在指定时延下，空口端到端包传送成功率。对于一般URLLC业务，目标值为用户面时延1ms，传送32B成功率99.999%；覆盖，边缘速率160bit/s下的最大路损，目标值为164dB；UE电池寿命，mMTC电池寿命10年；UE能量效率，评估UE在尽可能减少耗能的前提下提供更多的宽带数据业务；服务区域业务容量指每单位地理面积下总业务吞吐率（Mbit/s/m2）；连接密度指给定丢包率前提下能够提供的连接数，目标值为1000000device/km2；移动性，意味着在保障QoS下，最大用户移动速度为500km/h；网络能耗效率，网络设备进一步降低功耗，实现绿色节能。
图1-2 SG无线按入网络可选方案
（6）新技术
5G通过大规模阵列通道实现的Massive-MIMO天线技术不仅在覆盖能力方面进一步提升，同时能够有效地缓解容量压力。在无线空口技术创新方面，5G不仅采取了更优化的编码调制技术进一步提升频谱传输效率，还采取了灵活可变的物理层参数设置以及信令流程进一步满足5G面向多种需求的设计理念。在优化组网架构方面，大量引入小基站实现宏微协同，不仅加强室内区域的深度覆盖，同时也能针对业务量动态变化趋势实现小区分裂或者合并，缓解容量攀升带来的压力，同时还可以实现用户定位等辅助应用需求。另外一方面，5G不仅仅是传统通信技术的革新，由于其大带宽所带来的数据颗粒度进一步细化，也为与IT技术的深度融合进一步创造了条件，使得边缘计算、大数据、人工智能、软件虚拟化、云计算等技术与移动通信技术深度融合发展成为可能。
（7）新的运维模式
随着5G业务的发展，不仅需要考虑与现有4G网络的协同运维，还需要针对5G的独有特点进行考量。初期5G采取非独立组网模式（NSA）可以使旧站点快速实现连片部署，但是对于锚定载波的选取、频率的重耕、与4G网络的协同天馈优化、邻区参数设置等诸多方面都需要重点予以关注。另外，还需提前针对5G基站的能耗增加进行节能措施研究，以及对机房配套用电改造进行合理规划。同时，为了满足重点业务区域潜在大带宽流量需求，并适配新型的BBU+AAU单站架构，需提前进行前传传输网络资源预留，以及C-RAN架构下涉及机房的改造升级。
（8）新玩家
在传统通信设备供货模式中，运营商需要采购并使用专用通信硬件系统，软硬件紧密耦合，主设备厂家将软件整合捆绑在硬件中一起采购供货。在5G产业发展中，随着通用硬件处理能力的提升，并结合CU与DU的分离架构可以实现软硬件充分解耦，导致供货模式可能产生根本性的变化，由传统电信设备巨头控制的通信市场可能会引入更多参与者，更多主导IT软件研发的公司可能成为全新的玩家。
（9）新思维
5G技术颠覆传统移动通信系统中组网架构倾向于单一稳定的传统思路，使得运营商能够通过灵活多变的网络参数配置重构网络。从这一点看来，5G不仅仅是一种技术标准创新，一种运维流程的革新，一种供求模式的更新，更是一种全新思维模式的大胆探索。5G不仅仅需要依靠其自身的“内涵”——智能通道运维能力的提升带来更好的网络体验，更需要凭借其“外延”——在大数据变现、内容创新等方面促进本身价值的提升，因此，5G是全产业链的共同机遇。
1.1.2 基于服务的核心网络架构
3GPP标准将5G核心网架构赋予了新的名称，SBA（Service-based Architecture）架构，这种基于服务的架构和传统核心网络“节点-节点”互联的架构共同作为5G核心网络架构候选，一直是业内讨论的焦点。最终，3GPP将SBA架构确定为5G网络唯一的基础架构。基于服务的网络架构借鉴IT领域中“微服务”的设计理念，将网络功能定义为多个相对独立可被灵活调用的服务模块，基于此种架构设计理念，运营商可以灵活地按照业务需求新增或者升级网元功能，实现灵活定制组网。
从图1-3中5G系统架构及组网方式来看，SBA组网架构存在如下特点。
1）传统的硬件与软件捆绑形成的逻辑功能网元向网络功能虚拟化（NFV）转型，在命名上统称为网络功能（Network Function），为了便于理解，也可以用传统的网元功能或者功能网元名称予以描述。
2）网元功能与承载VoLTE的IMS的核心网架构中的网元功能划分比较类似，以微服务、小功能为基本逻辑网元单位，将传统“大锅饭”式的逻辑大网元实体进行分离，以小的逻辑功能实体存在。
图1-3 5G系统架构及组网方式
3）以服务为基础的系统架构接口单一化，规整清晰，逻辑网元之间可以通过IT领域中的“总线”结构实现彼此互联，新增服务网元组网模式简单，成本较低，而“节点到节点”系统架构接口之间需要彼此预置逻辑规则，组网模式复杂，新增逻辑网元对于整体架构、接口改动较大。
为了更加深入了解SBA架构的设计理念精髓，需要对于涉及的主要功能网元进一步了解。
AUSF（Authentication Server Function）鉴权服务功能，类似4G中MME的鉴权功能，可支持3GPP框架定义的接入服务鉴权，同时也可以支持非3GPP接入网的鉴权。
AMF（Access and Mobility Management Function）访问与移动性管理功能，该功能是5G整体核心网络架构中最为重要的网元，大体功能类似4G的MME中移动性管理（EMM）逻辑功能，对网络的控制面消息进行处理。具体功能涵盖接入网控制面处理、NAS消息处理、NAS消息加密和完整性保护、注册管理、连接管理、接入性管理、移动性管理、合法信息截获、提供给SMF一些特殊会话管理消息、访问鉴权&授权、安全锚定功能SEAF（SEAF可以认为是AUSF的鉴权代理）、位置服务管理、与4G核心网EPS交互时分配EPS承载ID、UE移动事件通知、5G物联网中控制面数据传输优化、提供外部配置参数。除了对于涉及3GPP接入网相关流程进行管控，AMF还有一个新的特点就是对非3GPP接入网也可以管控，在此情况下，一些3GPP相关信息和流程（例如：与切换流程相关）就不适用了。
SMF（Session Management Function）会话管理功能，这个网元类似实现了4G中的ESM功能，可以实现会话管理，如会话建立、修改和释放，同时可以对UPF与AN节点之间的通道进行维护；可实现UE的IP地址分配&管理，当然UE的IP地址也可以从UPF或者外部网络进行分配；可以选择并且控制用户面功能，例如可以控制UPF转发以太网数据至SMF，也可以为以太网数据传输提供对应的UE MAC地址；在UPF上配置正确业务路由；落地执行策略控制功能；合法截获（会话管理事件与LI系统接口）；计费数据收集并提供计费接口，也可以管控UPF中的计费数据收集；SMF是NAS消息中关于会话管理的最终节点，可以向UE提供下行数据传输指示；发起接入网的特定会话管理信息（通过AMF路由）；决定了会话中SSC模式（5G系统中对于不同应用与服务类型定义的会话与服务连续性的模式）；漫游功能（处理VPLMN QoS实现，VPLMN计费数据收集与计费接口，VPLMN合法数据截获，传递外部数据网络对于PDN会话关于鉴权/授权的信令），同时支持5G物联网中控制面数据传输优化。
UPF（User Plane Function）用户面功能，类似之前的SGW/PGW合设，具体提供如下的功能：本系统/异系统移动性锚点；根据SMF请求分配UE IP地址；与外部数据网络对接的PDN会话节点；数据包路由/转发；数据包检查；用户面策略执行；合法截获；业务使用报告；用户面QoS处理；上行业务校验（业务数据流（SDF）到QoS流的映射）；上下行传输层数据包标记；下行数据包缓存和触发下行数据指示；在跨小区切换完成之后，向源小区发送或转发（来自SMF）的业务终止传输标识（End Marker）；响应以太网数据传输提供对应的UE MAC地址；当3GPP主导的5G网络与IEEE主导的工业低时延网络（Time Sensitive Network，TSN）互联时，可以作为保持和转发用户面数据包的桥梁以平滑抖动时延；另外，可以在GTP-U层为了确保5G物联网的可靠数据服务提供下行数据包复制以及上行数据包丢弃的相应措施。
NEF（Network Exposure Function）网络曝光功能，该逻辑网元是5G核心网与外部交互相关能力和信息的接口，该接口可以对外部提供的网络能力主要包括监控能力、供给能力、策略/计费能力和分析报告能力。监控能力主要指对5G系统中UE的特定事件进行监控，并向外部提供监控事件信息，例如可以输出UE位置信息、接续性、漫游状态、连接保持性等；供给能力指外部实体可以向NEF提供相关信息或参数以对UE的移动性或会话管理参数进行设置，同时也包括一些网络配置参数以及涉及服务的参数，传递的这些参数更偏向应用于涉及物联网类型的管控，如周期通信时间、通信持续时间、调度通信时间及通信类型、最大响应时间；策略/计费能力指根据外部需求对QoS以及计费策略进行调整响应，这些信息可以用来进行UE会话的QoS/优先级处理，同时也可以设置合适的计费实体或者计费率；分析报告能力包含对于外部实体报告上报内部分析数据。NEF网元是网络内部与外部实体进行信息双向交互的接口网元，同时也是内部信息分发汇总的逻辑网元。总体来说，这是一个内外部网元信息安全传递的节点，可以对不同应用功能网元信息进行鉴权、授权和限流，同时可以根据网络策略向外部应用提供脱敏后的网络和用户相关信息。
NRF（NF Repository Function）网络仓库功能，这个网元功能可以支持服务发现功能。从一个网元功能或服务通信代理（SCP）收到网元“发现”请求，并且可以将被“发现”的网元功能信息予以反馈。同时，这个网元功能还负责维护可用网络功能的信息以及它们各自支持的服务。所谓的发现流程是由需求网元功能（NF）借助NRF实现特定NF或者特定服务寻址的过程，NRF提供相应NF实例或NF服务实例的IP地址或者FQDN或者URI，在这点上很像DNS。NRF还可以通过提供PLMN ID实现跨PLMN的发现流程。为了实现网元功能的寻址发现，各个网元都需要在NRF中进行登记，一些网元功能可在首次运行时在NRF中进行登记。NRF与SCP的主要区别在于NRF进行地址映射，而SCP主要负责路由。
PCF（Policy Control Function）策略管控功能，该网元有如下功能：支持管控网络行为的统一策略框架、提供策略规则给控制平面执行、访问UDR中与策略制定相关的订阅信息。
UDM（Unified Data Management）统一的数据管理，功能类似4G中的HSS网元中数据管控逻辑功能，具体可以支持如下功能：鉴权信用处理；用户标识处理；可以实现用户永久订阅标识（SUPI）的存储和管理，同时支持用户隐私保护订阅标识（SUCI）的去隐私化；提供基于订阅数据的访问授权；对UE提供服务的网元功能注册管理；通过对会话分配SMF/DNN保持服务/会话的连续性；订阅管理；被叫短消息接收及短消息管理；合法信息截获；5G局域网用户管理；支持外部提供参数。
UDR（Unified Data Repository）UDR是一个用户订阅数据存储库，该数据存储库可以分别与UDM/PCF/NEF进行接口互联，以实现UDM/PCF/NEF访问调用用户订阅数据，UDR可以与UDSF进行合设。
NSSF（Network Slice Selection Function）网络切分功能可以选择服务于UE的切分标识实例组，并且可以决定可用或者配置的网络切分标识，为了实现网络切分服务，可以为UE选择服务的AMF。
DN（Data Network）数据网络（包含运营商服务，互联网访问或者第三方服务），类似4G的外部数据网络，UE中特定服务应用（APP）通过PDN会话传递的方式与数据网络进行信息交互，这里PDN会话可以包含多种类型，如IPv4、IPv6、以太网协议数据以及非结构化数据等。DNN（Data Network Name）数据网络名称就是在4G网络中所谓的互联网访问节点APN，二者除了命名方式没有任何本质区别。
UDSF（Unstructured Data Storage Network Function）非结构化数据存储网络功能，该功能是5G核心网的一个可选功能。UDSF负责存储并向其他网元功能以非结构化数据形式提供信息。所谓非结构化数据是指并没有在3GPP标准中定义的数据信息。
AF（Application Function）应用功能，该功能与5G核心网交互的目的在于提供服务，例如支持如下功能：对于业务路由的应用影响，访问网络能力曝光，与策略框架交互进行策略管控。根据运营商部署策略，受信AF可以直接访问5G核心网内部网元功能提升业务处理效率，当然也可以利用通用的外部网元功能访问框架通过NEF与相应的内部网元功能实现信息交互。
UE（User Equipment）用户设备。
（R）AN（（Radio）Access Network）（无线）接入网络。
除了一些上述提及的5G网元功能之外，在5G核心网中还有两个比较重要的概念值得一提。
（1）发现流程
对于采取总线接口模型的全新5G统一基础架构，网元功能可以被虚拟化地部署在通用的硬件服务器上，网元功能之间的“发现和选择”流程被用来进行网元功能之间的寻址定位。前文提及的NRF网元就是帮助网元之间进行相互“发现”的网元功能，需求网元功能需要提供待“发现”网元的类型或者特定服务以及其他服务参数（发现目标网元的切片信息），NRF网元功能会据此提供目标网元功能的IP地址或者FQDN，抑或相关的通用服务标识。
（2）网络切分
网络切分是个比较抽象的概念。以往网络布局以网元实体为基础单位处理所有的服务类型（不区分服务），而以服务为导向的网络框架结构引入了网络切分的概念，可以实现网元的功能依据服务进行切分。每个网元功能可以包含多个网元功能服务实例，这样的框架设计不仅符合各自功能逻辑以微服务的形式独立出现，同时对于以差异化服务为目标而设计的网络切分流程能够予以更有机的适配和编排。而对应每个具体网络切分的服务，则是以网元功能切分实例形式出现。对应5G系统中的目标业务，如eMBB、URLLC、MIoT等，通过网络切分标识（S-NSSAI）可以告知网络是什么具体类型的业务，这样网络可以依据不同的业务特点提供定制化的服务。不同的目标业务类型可以分配不同的网络切分标识，而同一种类型的业务所涉及的不同UE组也可以分配不同的网络切分标识，当然网络也可以为一个UE同时分配多个网络切分标识，配置数量需要满足接入网所允许的默认配置的最大网络切分实例数量要求，或者由NSSF功能进一步进行数量限制。
归纳而言，相比现有的4G核心网络，新型的5G统一基础架构核心网络有如下几个特点。
1）大网元功能解耦，大的逻辑网元按照功能逻辑分解成一个个小型模块化的网元功能，这样网元之间互相有信息交互同时又具备独立性，个体网元升级替换更加容易，例如像MME这样的集移动性、会话管理与鉴权于一体的网元就进一步解耦成了AMF+SMF+AUSF。
2）网元之间按照计算机的方式以总线进行连接，可以实现逻辑上的两两互联，由于取消了实体接口，因此需要引入发现寻址机制。
3）5G核心网不仅考虑现有数据网络传输机制，还兼容将来的万物互联应用需求，因此在网元逻辑功能设计时采取了前向兼容架构，引入了一些现有IoT网络的专属流程处理逻辑，如控制面数据传输优化方案等。
4）5G核心网提供了一种总体框架，至于接入网采取什么技术并不重要，可以采取New Radio、LTE甚至非3GPP的接入网技术，例如Wi-Fi，甚至也可以采取固网接入，但需要有一些额外的新增网元功能实现用户面数据与UPF的对接。
5）5G系统整体设计目标都导向于业务驱动，不仅接入网架构以及物理层技术如此，核心网架构更遵从了微服务理念和网元功能虚拟化的有机结合，因此可以通过编排的方式对网元功能或者所提供的服务进行重组以适应不同的业务需求。另外，未来5G核心网络功能升级更加灵活和高效，这也是CT技术与IT理念不断融合的创新。
从以上几点来看，5G完全可以有一个新的名字：New Core。
曾经经常听到一个说法，欧美强国制定游戏规则（标准），日韩等国提供精密仪器加工，而发展中国家只能通过代工输出廉价劳动力。有朝一日，中国也能在国际事务游戏规则中占据一席之地曾是多少中国知识分子心中炽热的梦想。我国通信事业从2G跟随，3G突破，4G同步，发展到5G谋求中国“领跑”，SBA架构作为5G核心网络基础架构标志着从老邮电时期经过一代一代电信工作者近30年不懈努力结下的硕果，这让我们不得不由衷地再一次为祖国信息化事业喝彩，为我国电信科技工作者加油，为早日实现中国梦而勇往直前。
1.1.3 基于C-RAN的接入网架构
传统电信网络架构设计理念中信令和数据路由通过核心网到接入网贯通实现，接入网节点彼此之间不需要进行业务互联，而随着用户对移动性需求的提升，对实时信令交互能力提出了更高的要求，接入网节点之间彼此需要打通接口实现信令交互以及数据传输，例如3G网络中Iur接口可实现RNC之间的信令和数据交互；4G网络基站之间通过X2接口互联可实现移动性管理指令、基站配置更新、基站负荷状态以及用户面数据等信息的动态交互。伴随数据业务的爆发式发展，从资源调度协调、处理负荷分担、干扰抑制到机房站址规划、绿色节能等方面都对新型的接入网架构提出了更高的需求。
面向5G电信网络的新型架构主要设计理念使得庞大的接入网面向集中化、协作化、云化和绿色节能。集中化指基带处理单元物理部署更加集中，同时对分布各处的射频单元的管控更加集中；而协作化指基带处理设备的交互更加密切，更好地赋能载波聚合、COMP、多连接、无线资源动态管理、无缝移动性管理等技术；云化指接入网侧更加贴近内容访问处理以及虚拟化能力；绿色节能指依托集中式架构，利用C-RAN集中化、协作化、云化能力进一步降低整体机房和载频配置，优化无线利用率，提升机房效能比，降低整体功耗。具备这些特征的接入网架构设计称为C-RAN。C-RAN其实由来已久，并不完全是5G时代才提出的新概念，在2G-3G-4G大规模网络建设时期，C-RAN组网一直是业内探索实践的课题，但受限于现网机房改造、传输扩容以及通用硬件能力等综合因素，并没有大规模部署实施。随着产业链条的不断成熟升级，通用硬件与软件解耦概念的提出，以及5G网络对于时延和稳定性更高的应用需求，C-RAN以全新的设计理念和特征再次成为业界关注的热点，人们普遍认为C-RAN组网架构为5G核心城区高话务区域等典型场景提供了具备相当优势的解决方案。在C-RAN中传统接入网的基带处理单元BBU可以被重构为CU（Central⁃ized Unit，集中式单元）和DU（Distributed Unit，分布式单元）两个功能实体，CU单元处理无线高层协议栈功能，而DU部署更贴近射频模块。DU单元主要负责处理实时性需求较高的层2和物理层功能，如图1-4所示。CU-DU的分离设计理念不仅可以实现协议栈的虚拟切分，降低信令交互时延，同时可以推动传统“黑盒”专用通信设备网元面向开源软件和通用硬件解耦转型，CU可以将通用的硬件处理器“汇聚”在物理机房，这一架构可以实现资源最大化利用、处理负荷分担、缓解潮汐话务效应、降低能耗，同时也能利用这一架构特点推动主设备厂商的设备硬件与使用权限（License）解耦，进一步降低投资成本。另外，集中汇聚式CU架构可以降低传统单基站节点的退服率，提供更可靠的服务保障。设备软硬件解耦实现了业务的解放，而协议栈切分推动产业链条不断地细分和标准化。依托通用硬件的计算处理能力，IT软件企业也可以根据标准协议提供通信服务能力，变成电信领域的“新玩家”。运营商也可以通过编程来实施部分设备功能，充分践行运营DevOps的理念。
图1-4 CU-DU组网架构
当然，5G以C-RAN组网结构部署时仍需要考虑一些网络运维中的实际问题和场景。首先，CU/DU的分离架构使得传输资源开销很大，不仅需要提前对物理传输机房进行规划、预留，同时需要引入一些新技术（如WDM（彩光）技术与CPRI接口压缩技术）解决前传网络光纤资源消耗过多的问题。其次，需要对C-RAN架构适用的部署场景提前进行甄选评估，例如，在CU集中部署的前提下，核心城区中话务密度较高、平均站间距较小且机房资源受限的区域，可以采取将DU集中部署的方式，甚至较激进的组网方式将CU与DU进行合设，例如高校园区、大型演出场馆都是这样的典型场景；而对于话务较稀疏、平均站间距较大的区域，DU可以采取分布式的部署方式，如郊县、山区等场景。另外，C-RAN将基带处理单元集中式地部署到一个物理机房中也可能存在运维中的安全隐患，比如在机房断电等特殊情况下，传统部署模式只影响单基站的信号覆盖，而集中式部署有可能影响一大片区域的信号覆盖，类似的问题需要在网络规划和日常运维阶段予以关注。
值得一提的是，在C-RAN架构中，云化这一特征也是其重要设计理念之一，其主要涵盖两方面的意义：一方面可推动部分核心网功能以及内容访问源下沉到接入网侧，并结合接入网的边缘计算能力，实现无线资源的灵活调配，缩短业务访问时延，加速用户体验；另一方面可通过软件编程实现网元虚拟化功能，类似核心网NFV/SDN的设计理念，不同的虚拟化网元提供差异化的服务能力，并根据业务规模、QoS、路由参数等诸多因素调整配置网络资源，构建网络拓扑，提供针对垂直行业业务的接入网切分能力。
任何新技术带来的潜在产业革命都不能盲目地过分乐观，我们仍然需要清醒地认识到，C-RAN之路还需要面对很多实际的问题，比如前文提及的基站机房利旧改造、传输机房扩容选址、机房安全维护、部署场景规划等。C-RAN标准化之路也仍然任重道远，但我们依然对C-RAN这朵绚烂的“云之花”充满了期待。
1.1.4 NSA模式与SA模式的融合发展
NSA（Non-standalone）非独立组网模式与SA（Standalone）独立组网模式是5G NR在实际网络发展过程中的两种组网配置形态。NSA作为一种快速提供5G能力，并能够实现规模部署的组网方案引起了业界极大的关注与探讨。一般NSA非独立组网模式都是通过多射频技术双连接（MR-DC，Multi-Radio Dual Connectivity）予以实现，尽管NSA非独立组网模式也存在多种实现形态，如EN-DC、NGEN-DC、NE-DC、NR-DC，但一般认为5G的核心网以4G的核心网EPC为基础，锚定4G基站eNB作为主节点，辅节点为NR基站gNB，这种形态是目前NSA模式的认知范畴，即EN-DC（E-UTRA-NR Dual Connec⁃tivity），如图1-5所示。
图1-5 5G非独立组网架构NSA（EN-DC形态）
SA独立组网模式则完全脱离了4G在基站侧的锚定，核心网也彻底从EPC实现了向5GC的变革转换。除了组网物理架构方面的差异，从系统流程设计的角度来观察，NSA模式与SA模式的一个显著区别在于高层信令流程的路由，SA的信令流程路径是5GC-gNB-UE（如图1-6所示），即5G核心网通过5G NR基站实现与UE的信令交互，而NSA的信令流程路径则是（以EN-DC为例）4G核心网以4G基站作为主节点实现信令交互，同时5G基站也可以选配以辅节点形态进行信令传递，但核心网EPC与5G基站之间没有信令互通。5G基站辅节点与4G基站主节点之间通过X2接口可以实现信令互通。
图1-6 5G独立组网架构SA
无线通信系统中主要解决信息通过无线电波进行交互的问题，而在业务数据传输之前需要先解决的是控制信令传输。根据无线通信协议栈的划分，每一层协议栈都包含本层的控制面信令，如RRC层的无线资源控制信令、MAC层的控制单元或物理层的ACK/NACK消息等，而在通信节点（基站/终端）内部由高层到底层依次传递这些控制面信令的信道分别是逻辑信道、传输信道以及物理信道，当然这些信道也可以传输用户面信息。在4G之前的移动通信系统设计中，这三种信道由高到低是承接映射关系，而在4G系统设计中创新地在上下行物理信道中引入了PUCCH、PDCCH、PHICH、PCFICH这些与高层协议栈没有承接关系，只处理物理层流程的小区级公共控制信道。将部分物理信道功能从垂直协议栈中独立进行设计的好处是可以提升控制面信令交互的时效性，实现动态资源管理。相比而言，通过RRC或者MAC层控制消息实现的网络与终端专属信令交互可以认为是一种半静态式的信令传输或者资源管理模式。终端通过解码小区级系统消息进行的参数和资源配置则可以认为是静态式的资源管理模式。
基于这种时效性资源配置方式的视角再尝试分析5G中NSA与SA组网模式的特点，可以发现NSA与SA组网模式的本质区别在于5G小区的静态/半静态资源配置的信令路径归属。相比SA模式中信令的单一垂直化路径，NSA模式中关于5G的高层信令消息被封装成了一些字节序列，通过主节点（eNB）的RRC消息进行传递。为了提升信令消息传递的可靠性，NSA（EN-DC）模式还支持4G传统信令消息（SRB1/SRB2）以主辅节点双路由的方式传递到终端。另外，为了实现NSA连接模式下（配置了EN-DC）辅节点的一些快速资源配置，例如在辅节点（gNB）之间的一些移动性测量上报配置，网络侧还可以为此启用SRB3专属配置，此时不需要主节点进行协调干预，即可实现特殊应用需求场景下辅节点与终端之间的快速信令交互。
目前，业界对NSA与SA发展的争议主要聚焦在NSA是否能够满足未来车联网的超低时延要求，以及是否能够支持基于不同业务的网络切片。针对时延问题，主要涉及接入时延和调度时延两部分，终端在NSA组网下接入网络时，由于主辅节点需要预先进行信令交互，导致接入时延相比SA组网在一定程度受限，而当终端进入连接态后，调度时延主要取决于系统对信息交互的处理能力以及相应的无线帧结构设计。尽管目前现网4G设备毫米级调度能力普遍弱于5G，不过随着3GPP针对4G之前的标准进行前向设计完善，提出了基于时隙或子时隙的调度概念，意味着4G系统未来的发展方向也在向高可靠低时延不断演进，从这点来看，NSA与SA在调度时延优化方面的目标是趋同的，随着网络结构以及覆盖不断成熟稳定，接入时延也可以得到一定程度的优化。另外一个关注的焦点问题是NSA是否能够提供网络切片能力，由于基于业务的网络切分调度能力主要实现在核心网，所以这个问题的本质解决方案并不在于无线组网模式的变更，而恰恰在于现有4G核心网EPC面向以服务为基础的5G核心网5GC转型升级，如果核心网络采取5GC，无线网络架构采取NGEN-DC（NG-RAN E-UTRA-NR Dual Connectivity）的非独立组网架构，基于业务的网络切分能力也同样能够实现。
尽管可以从另外一个维度重新认知NSA组网模式与SA组网的特点，但仍然需要清醒地看到目前现网大规模实施的NSA组网模式一些需要解决的问题，由于NSA需要通过4G实现锚点提供业务，锚点频率与NR辅节点频率的协同优化需要得到进一步的关注。另外，由于锚点众多容易导致无线信号杂乱，可能会产生终端显示5G信号，但由于NR辅节点频率覆盖能力受限导致用户感知下降。
无论如何，更全面，更多维度地认知NSA与SA组网模式的特点才能有针对性地根据5G业务需求进行技术方案选型。技术本质上并没有过多的优劣之分，很多时候在于是否适配应用需求。