SA的部署已经悄然铺开，本文内容介于随手记和宏观视野之间，就暂且归宏文系列吧。根据手头资料，总结SA的各个方面的骨架和常识知识，大家放松看。
关于5G的商用场景，本号的很多文章也总结过，记得一下文章包含了此方面内容，大家参考：
5G 的应用场景及其性能需求
5G 网络系统架构-Phase1（Stage2）Brief Summary
5G RAN组网方案总结–关于NSA/SA各个option的说明
借用以前的图示再老生常谈下5G三大场景：
另外虽然畅想了三个主要的应用场景，但是仍然期待垂直行业能够有所突破，从而扩展5G这个强劲平台的潜力。按照以前的描述，所谓增强型移动宽带（eMBB）是指传统移动宽带对数据需求的扩展，4G网络直接升级版，其目标性能指标为：峰值数据速率10~20Gbps，用户体验数据速率50~100Mbps，用户平面单向时延4ms。与非独立（NSA）方案option3相比，5G独立（SA）方案option2网络在上行链路（UL）、端到端（E2E）延迟、边缘计算MEC部署等方面具有优势。而对于5G的大规模机器类型通信（mMTC），例如智能计量usecase，其特点是低功耗和大量连接。URLLC即超可靠低延迟通信是指高可靠性、高可用性和低延迟连接。根据ITU M.2410-0，用户面单向时延最低要求为1ms，控制面时延为20ms，可靠性最低要求为99.999%。除了这三大场景之外，各垂直行业是非常多样化的，它们的需求是由相关垂直市场细分市场的服务特征决定的。5G能够以简捷经济的方式提供最佳解决方案，满足各个垂直领域的各种需求和业务需求。这也为运营商拓展业务和创造超越连通性的新收入流开辟了新的机会。至于运营商，围绕5G SA方案option2，有许多行业具有特殊的商业机会，包括媒体和娱乐、制造业和运输与物流业。这些行业都有与5G SA的潜在使用案例。
PART1：5G SA系统部署前的准备工作
在5G SA网络的总体架构如下图所示：
5G关键技术包括基于服务的体系结构（SBA）、网络切片和边缘计算MEC，支持各种场景和用例。通过SBA与控制和用户平面分离，增强了网络的可扩展性和灵活性。此外5G SA也可采用NFV/SDN的虚拟化和云化的方式部署SA网络。5G与人工智能（AI）的结合将为客户带来多种创新应用和解决方案，尤其是在垂直行业。在5G SA部署的早期阶段，eMBB业务将仍然是重点，4G和5G之间的互通是确保业务连续性的必要条件。后期将逐步演进支持URLLC和mMTC服务。已经推出的R15和R16中这两方的内容也愈加丰富。
Part2：5G 频谱
为了提供5G所预示的高度可靠、超低延迟、千兆位的连接，5G服务的频谱需要包括低、中、高频频段。5G还能够使用授权、未授权和共享频谱。低波段频谱将利用自身独特的优势作为5G网络的基础，包括更广阔的覆盖范围和更深的建筑物内的信号穿透。美国运营商已开始在600兆赫频段部署5G，而欧盟则宣布5G是700兆赫频段的优先任务。5G已在全球范围内广泛部署在3.3-3.8GHz 范围内，包括中国、欧洲、中东、日本、韩国等。美国已批准在CBRS频段（3.55至3.7GHz）进行初步商业部署。欧盟已宣布3.4-3.8GHz频段为欧洲的“先锋5G频段”。此外，2019年7月，FCC发布了一项命令，将整个2496-2690 MHz频段转换为IMT的常规灵活使用频段。这个频段的大部分已经用于4G和5G，中国已经推出了2.6GHz频段的5G。还有毫米波波段对于提供千兆位连接和极宽的带宽容量至关重要。这些波段通常比较低波段包含的光谱量大得多。通过使用这种更宽的带宽和5G先进的天线技术，毫米波频段将实现增强的移动宽带、大规模物联网（IoT）以及用于各种服务和设备的超可靠、超低延迟连接。特别是，由于毫米波波段的有限范围，该频谱非常适合垂直使用。成熟的服务提供商和新进入者正在建设下一代网络，以支持物联网应用和超高速连接，从而利用这一频谱提高消费者和企业的生产力。美国于2019年12月完成了28GHz和24GHz频段的拍卖以及37 GHz、39 GHz和48GHz频段的拍卖，这是有史以来最大的毫米波频谱奖。日本和韩国已将28GHz频段分配给运营商，而意大利则成为欧洲首个为5G分配26GHz频段的国家。中国政府已于2017年7月批准在24.75-27.5 GHz和40 GHz毫米波范围内进行5G技术研发试验。
动态频谱共享（DSS）使运营商能够在已经用于4G的频谱中运行5G。而不是在发射5G之前必须清空4G频段（这项工作可能需要10年或更长时间），DSS将使一个频段同时用于4G和5G成为可能。一个小区中用于4G和5G的频谱动态变化，取决于用户在任何给定时间的要求。这种灵活性是非常有效的频谱利用率，有助于随着时间的推移从4G平滑过渡到5G。
5G频谱分配对于工业物联网发展和更广泛的垂直应用至关重要。5G网络切片将解决一些所需的定制。5G专用网络是一种重要的体系结构，可满足工厂、仓库、场馆、港口和其他类似环境中对吞吐量、延迟和可靠性的定制要求，而这一点目前还不具备。将5G网络应用这些地方可以推动生产力、经济增长和其他方面的巨大收益。专用网络可以使用许可、未授权、专用和共享频谱等多类频谱。而要支持许多不同的用例，需要Sub-6GHz和mmWave的频谱。低于6ghz的频段提供了覆盖和容量的良好混合，而mmWave频谱提供了超高吞吐量和超低延迟需求所需的非常宽的带宽。在垂直网络需要完全隔离网络的情况下，mmWave专用网络部署可能需要5G SA（较少移动性）。
Part3:5G关键技术与功能
NR基于OFDM，对于下行链路，仅使用CP-OFDM波形。对于上行链路，设计使用CP-OFDM和DFT-s-OFDM。与CP-OFDM相比，DFT-s-OFDM具有峰均比低的优点。对提升覆盖作用明显。另外，5G设计使用了灵活的帧结构，NR无线帧的长度仍然为10ms，NR子帧的长度为1ms，为了覆盖较宽的频率范围，NR系统定义了5种配置，子载波间距分别为15、30、60、120和240khz。NR时隙的长度取决于前述频域参数如下图：
帧pattern可以很多，说明文章可参考5G网络所采用的主流时隙及符号配比。而采用的带宽在规范文本中也有定义（2020年3月 R16的版本）：
5G信道编码：
5G定义使用了两种新的信道编码：LDPC和Polar码。LDPC提供了比Turbo码更好的性能，包括更低的错误底限和处理延迟。在较低的比特率下，Polar码比Turbo码和卷积码具有更好的性能。
5G的移动性与状态迁移：
在NR中引入了一种新的RRC状态RRC即RRC_INACTIVE，保持了无线接入网（RAN）和核心网（CN）之间的信令连接和隧道资源，RRC_ INACTIVE和RRC_CONNECTED之间的快速转换减少了延迟。为了实现用户在RRC_Inactive下的RAN可达性管理，引入了基于RAN的通知区域（RNA）的概念。gNB们向属于RNA的小区中UE发送paging。UE一旦移出配置好的RNA，就需要通过RNA更新信令通知gNB。
5G的Massive MIMO：
Massive MIMO是NR中关键的物理层技术之一，它在提高网络容量、覆盖率和频谱利用率，进而改善用户体验方面起着关键作用。抑制小区间干扰也是必要的。
5G网络切片
网络切片将运营商的物理网络划分为多个逻辑网络。这些逻辑网络将允许实施针对每个细分客户需求的定制功能和网络操作，而不是像当前和以前的移动代中所看到的那样在经济上不可行的一刀切方法。5G切片的系统架构可如下图所示：
网络切片系统体系结构由三部分组成：UE、网片客户服务平台和运营商网络。后者包括网络切片基础设施，为RAN、传输网络（TN）和CN中的网络切片提供必要的支持和实现保证。根据3GPP规范TS28.533的规定，共有三类网络切片相关的管理功能：
CSMF (Communication Service Management Function),
NSMF (Network Slice Management Function),
NSSMF (Network Slice Subnet Management Function).
网络切片能够在网络中多个部分中扩展，比如RAN，CN和TN等。而且根据业务需求，切片间可以进行严格的隔离，隔离提供了附加的安全级别，每个子网络都可以有不同的安全级别。这里：
RAN必须具有网络切片感知能力，支持与核心网切片和传输网络切片互连，并支持网络切片级别的KPI统计。主要采用频谱共享。当网络发生拥塞时，高优先级网络片中的UE可以抢占低优先级片中UE的资源。RAN还可以根据服务需求为网络片预留资源块（RB）资源。RAN还可以根据小区能力在不同小区中支持不同类型的网络切片。
传输网络部分切片尚未定义。然而，传输网络提供了多种方法来分离多层次的流量（如FlexE、分段路由、虚拟专用网（VPN）等）。
对于CN，网络功能实体NF可以根据不同网络片的服务需求灵活编排，由不同的网络片独占使用或共享。一些网络功能实体NF（如身份验证服务器功能（AUSF）、用户数据管理（UDM）和策略控制功能（PCF））可以由多个网络片共享。其他NF（例如会话管理功能（SMF）和UPF）可以专用于每个网络片。对于给定的UE，无论使用多少个网络切片，都必须使用唯一的AMF。
ETSI定义的MEC网络架构贴这里作为参考：
Part4:5G SA部署需要考虑的几个因素
众所周知，5GS作为一个E2E系统，包括5GC、gNB和终端。而如果运营商从SA开始部署5G，则新部署的gNB应支持option2的功能。如果运营商从option3X开始，则最好重新配置或升级已部署的gNB以支持选项3x和option2。也就是NSA和SA共存的方案。另一个可能的选择是直接部署支持option2的新gNB。考虑到在5G早期阶段有一些只支持NSA的UE在网用户，NSA部分可能会运行多年，即NSA Option 3和SA Option 2双模网络可能会长期存在，以确保这些UE能够继续使用业务。5G SA option2网络拓扑由网络规模决定。以下是两种典型的SA Option 2网络拓扑的示例：
类型1主要用于划分为多个区域的大型网络，其中5GC NF部署在区域数据中心（DC）或中央DC。
类型2主要用于中小型网络，其中大部分5GC NF部署在中心DC，UPF可能同时部署在中心和边缘DC：
支持边缘计算部署的5G网络需要网络能力开放，这是由NEF来实现的。然后第三方应用程序调用NEF按需公开的应用程序编程接口（API），以提高性能、监视应用实例和用户的状态等。5G网络中的边缘计算MEC部署通常硬件资源和站点条件有限，因此需要轻量级虚拟化基础设施。传统的NFV架构在虚拟化机制上付出了更多的开销，对于有限的资源使用缺乏效率和灵活性。基于容器的技术正被引入这个领域，以优化资源效率和应用层的解耦。在某些部署场景中，可以考虑使用EDGE专用硬件来满足EDGE站点的环境条件，例如电源、房间空间、冷却、传输连接等的限制。随着边缘计算在不同垂直领域的广泛应用，对建立开放的生态系统和跨多方（包括供应商和运营商）的交互协议细化的要求也将增加。
对于5G SA网络的后续演进，3GPP Rel-15已经为SA部署提供了坚实的基础，而且在稍后的标准化版本中会有更多的场景和用例引入。SA网络随着更新的3GPP版本不断发展。在物联网、体系结构、自动化和其他非3GPP接入领域，3GPP Release 16有多个改进。在体系结构方面，将SBA引入到IP多媒体子系统（IMS）领域，例如在访问PCF时使用SBA接口。为了满足跨区域用户平面连接的灵活部署需求，对5GC中的SMF和UPF的拓扑结构进行了优化，在SMF和AMF之间增加了I-SMF。对于URLLC用例，支持端到端冗余用户平面的双重连接将为垂直应用带来更好的URLLC保证。由于复杂性，这取决于运营商的部署选择。服务连续性也是很重要的考虑因素。根据3GPP TS 23.216 Release 16，5G-SRVCC可实现到3G CS的语音服务连续性。在无线接入网RAN方面，MIMO增强将有利于大规模MIMO部署和性能。引入了完整的URLLC/工业物联网功能，以支持垂直行业的URLLC服务。另外将部署基于位置的服务，以丰富SA网络上的服务。此外，sidelink通信（例如5G车辆到所有车辆（V2X））也有望实现自动驾驶。省电功能，例如UE省电，也用于进一步延长电池寿命。5G SA后期的网络部署不应仅限于上述各项。
另外，关于5G SA通信模型的选项，3GPP R15引入了与NRF交互or不与NRF交互的直接通信。5GC中增加了使用服务通信代理（SCP）的间接通信3GPP 16中的SBA。在R16中，3GPP指定了四种通信模型：
Model A, Direct Communication without NRF interaction.
Model B, Direct Communication with NRF interaction.
Model C, Indirect Communication without delegated discovery.
Model D, Indirect Communication with delegated discovery.
不同的传播模式有不同的特点和含义。为了选择适当的通信模型，可以考虑以下功能和方面（非详尽列表）：
- Flexibility
- Network topology
- network evolution
- Signalling monitoring
- Load balancing and overload control
- Multi-vendor integration and interoperability
- Failure isolation and troubleshooting
- Risk of failure
- Performance impact
Part5:4G5G互操作需要考虑的因素
这部分需要考虑的真的很多，一方面不能影响现网中4G的用户。另外要根据运营商策略提升5G UE渗透率，目标还是向5G前进。首先是对4G RAN的影响如下表：
4G网络与5G通过N26接口互联互操作已经做了标准化（Single-Registration），针对4G5G互操作对EPC的影响如下表所示：
4G5G互操作对5G RAN的影响分析：
4G5G互操作对5GC的影响分析：
规范文本中定义的4G5G互操作拓扑结构示例如下：
为了实现4G和5G网络之间的跨RAT（IRAT）切换，4G/5G互联互通由HSS/UDM、PGW-C/SMF、PDN网关用户平面（PGW-U）/UPF等组合功能以及MME和AMF之间的N26接口提供支持。这使得5G覆盖范围之外的服务连续性和移动性得以实现，同时也实现了平稳的迁移。与NSA相比，SA部署不需要eNB和gNB之间的紧密耦合。SA设备通过独立于4G网络的控制信令访问5GC，并通过5G核心网络实现4G和5G网络之间的互操作性。4G/5G互通主要包括RRC空闲状态下的小区选择与重选，RRC连接状态下的重定向和切换。在RRC空闲状态下，建议在4G/5G重叠区配置高于4G优先级的5G频率。
在RRC连接状态下，配置频率列表的重定向实现简单，而跨RAT切换的延迟较小。建议根据不同的场景及需求来选用切换和（或）重定向。在部署初始阶段，在基于IMS的语音服务能够在连接到5GC的NR上使用之前，需要EPS-fallback来保证语音服务。
Part6：传输网与云化部署
在SA方案中，5G传输网需要满足高容量、高可靠性、低延迟、智能运维及高精度时间同步等特性。具体的可参考文章5G承载网那些事儿。
SA网络可以端到端虚拟化和云化。基于云计算，通过NFV技术和分布式数据中心DC重构电信网络已成为业界共识。凭借可扩展性、pool化、负载平衡和恢复能力等“云属性”的优势，运营商可以以更具成本效益的方式提供5G服务。借助于SBA和云原生技术，5GC有望更具弹性、可扩展性和灵活性。同时，也引入了更多的部署方式。三种典型模式如下：
Part7：5G SA业务承载
SA的一个重要方面是支持语音和相关服务（例如SMS、会话视频）。重点是通过基于3GPP的NG-RAN实现IMS上的语音业务，它也可以应用于基于IMS的SMSoIP和视频业务。这里，基于IMS的语音解决方案包括对基于IMS的紧急服务的支持。非基于IMS的语音服务、通过无线局域网（WLAN）的IMS语音服务及其与基于IMS的5G接入语音服务的互通超出了范围。基于IMS语音的架构示例如下：
而短信SMS的支持如下，也可以参考文章：5G短消息SMS实现方案总结：
关于5G漫游，如果HPLMN和VPLMN都支持5GC/EPC互通，那么就可以支持EPC和5GC之间的空闲和连接态移动性，当然前提是要有漫游协议。规范文本中定义了两类漫游架构：
Part8：从NSA Option3X向SA的迁移
5G SA架构可提供充分的5G潜力，具有支持垂直行业的独特能力，并支持创新应用。总体而言，SA是5G主要的发展方向。下图展示了从NSA option3x迁移到SA的一个可能的迁移路径。当然，运营商根据自身需求也可以选择其他的option的演进迁移路径：
5G SA的发展整体分为两个方面：一方面是要兼顾并承载已有业务，比如传统的语音，短信，宽带数据等，并推进物联网与URLLC业务，同时一些更为先进和成熟的理念和技术会逐步引入这个通用平台，比如人工智能AI。另一方面，也是最为重要的，关乎5G成败的因素：更多的垂直行业的需求涌入5G平台才是5G真正的未来。而不仅仅是eMBB的后续演进。而5G SA系统引入之前也需要大量的功能检测与性能验证。但愿一切顺利！。
参考文档：
3GPP TS23.216
3GPP TR38.801
3GPP TS38.300
3GPP TS23.501
3GPP TS28.533
ETSI MEC白皮书
5G Implementation指导（GSMA）
3GPP TS38.104
3GPP TR38.913
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