5G 挑戰 - 獨立式 5G 和非獨立式 5G 有什麼區別？
在全球，第五代無線通訊標準中，有超過 10 億個 5G 連線，包括 5G 獨立（SA）版本。雖然這些 5G 連線大多由依賴 4G LTE 網路執行的，5G 非獨立（NSA）網路支援，但無線營運業者正在越來越多地佈署 5G 獨立（SA）技術，這被認為是「真正的」5G。最終，5G SA 將推動新的應用案例，並解鎖 5G 的高階功能。
5G 獨立（SA）是 5G 的實現，只使用 5G 核心網路，這意味著它不依賴 4G LTE 網路控制功能進行訊號和資料傳輸。在規模上，5G SA 將為無線營運業者提供更低的成本，更好的使用者體驗，並支援新的應用案例。
Dgtl Infra 提供了 5G 獨立（SA）的深入概述，包括它是什麼，其架構及其與 5G 非獨立（NSA）的主要區別。此外，我們詳細介紹了美國無線營運業者 T-Mobile、Verizon、AT&T 和 DISH Network 製作的 5G SA 的佈署和商業釋出。最後，Dgtl Infra 解釋了 5G SA 的主要優勢和應用案例。
什麼是 5G 獨立（SA）？
5G 獨立（SA）是一種新的行動網路架構，不依賴現有的 4G 基礎設施來促進通訊。相反，5G SA 網路在無線電接入網路（RAN，radio access network）和核心網路中，都使用 5G 基礎設施建構，並結合虛擬化、容器編排和微服務等雲原生（cloud-native）原則。反過來，5G SA 網路在使用網路資源方面更加靈活、可擴充和高效，這為消費者帶來了更好的終端使用者體驗，並為無線營運業者帶來了更低的成本。
5G 獨立（SA）與非獨立（NSA）之間有什麼區別？
5G 獨立（SA）和非獨立（NSA）的主要區別，在於核心網路。具體來說，5G NSA 涉及在現有的 4G LTE 網路上鋪設 5G RAN，而 5G SA 需要一個新的 5G 資料包核心網路。
供參考，以下插圖顯示了核心網路和無線電接入網路（RAN）的架構和不同元件：
以下是 5G SA 和 NSA 架構的進一步細節，以便更好地比較和對比 5G 的這兩種實現：
5G 獨立（SA）架構
5G 獨立（SA）是一個全新的行動網路架構。它啟用了 5G 的所有功能，因為它不依賴任何現有的 4G LTE 基礎設施。
5G SA 涉及一個新的 5G 資料包核心架構，這意味著 5G 服務可以在網路中沒有預先存在的 4G LTE 裝置的情況下部署。在 5G SA 架構中，由 gNodeB（gNB）巨集單元基站組成的 5G RAN 及其新無線電（NR）介面連線到 5G 資料包核心網路，並作為「獨立」實體執行。
在 5G SA 中，5G 核心網路提供控制平面訊號，而 5G 無線電接入網路（RAN）提供使用者（或資料）平面，這意味著在使用者裝置和網路之間傳輸資料流量。因此，該架構消除了對 4G LTE 核心和無線電網路的任何依賴。
此外，5G 資料包核心架構在這些功能中，提供了許多新的原生內建網路功能和功能。例如，這些新功能包括：網路切片、控制和使用者平面分離（CUPS）、虛擬化、自動化、多千兆位/秒（Gbps）支援和超可靠的低延遲通訊（URLLC）。因此，5G 核心網路目的在充分利用新增的容量（吞吐量）和減少新的 5G 無線電（NR）可以提供的延遲。
5G 非獨立（NSA）架構
5G 非獨立（NSA）是 5G 網路架構的第一個版本，被認為是 5G 獨立（SA）的「真正」5G 網路的「基礎石」。顧名思義，5G NSA 不是「獨立的」，這意味著它被設計在現有的 4G LTE 網路基礎設施之上佈署。
5G NSA 使 5G RAN 及其新無線電（NR）介面得以佈署，並連線到 4G LTE 網路，這意味著用於控制平面信令的 4G 無線電訪問，和進化的資料包核心（EPC，evolved packet core）網路。重要的是，在這個架構中，5G 無線電（NR）無法單獨連線到 4G LTE 控制平面核心網路。相反，5G 無線電依賴於 4G LTE eNodeB（eNB）巨集單元基地台，用於所有控制平面訊號。當 5G 無線電（NR）用於使用者（或資料）平面時。
在全球，5G NSA 主要被無線營運業者，用於快速輕鬆地向終端使用者提供 5G 服務。有了 5G NSA，無線營運業者已經能夠為客戶提供介紹性的 5G 服務，同時利用這一過渡時間來解決 5G RAN 中的任何問題，並同時保持其 4G LTE 網路其餘部分的穩定性。對於終端使用者來說，使用 5G NSA 的最初好處，是比 4G LTE 服務覆蓋面更好，吞吐量更高。
雲端運算
在 5G SA 中，核心網路是使用雲原生原則建構的，該原則指的是虛擬化、容器、容器編排（Kubernetes）和微服務。無線營運業者正在使用以下三種雲交付模式之一，來佈署其 5G SA 核心網路：
- 私有雲：透過其內部私有雲在本地佈署核心功能，這就是他們歷史上佈署核心功能的方式
- 公有雲：透過雲服務提供商（CSP）完全在公共雲上佈署網路，如亞馬遜網路服務（AWS）、微軟Azure和谷歌雲
- 混合雲：使用混合雲方法，即內部資料中心（或邊緣位置）和公有雲的組合。在這裡，這些功能是雲服務提供商（CSP）的例項，透過 AWS Outposts、微軟的 Azure Stack Edge 或谷歌雲的 Anthos 等服務
5G SA 核心網路是雲原生網路，被設計為基於服務的架構（SBA），該架構採用網路資源功能（NRF）等新功能建構。更具體地說，NRF 充當所有可用網路服務的目錄，因此客戶可以輕鬆定位和訪問它們。
邊緣運算
5G SA 透過允許資料處理和應用，在網路邊緣更接近終端使用者執行，來增強和補充邊緣運算。具體來說，邊緣運算支援有助於使用者（或資料）平面功能的分佈，以便在邊緣動態突破流量。此功能減少了延遲並提高了服務可靠性，從而改善了終端使用者體驗。
最終，5G SA 將啟用新的應用案例，特別是物聯網（IoT），如互聯自動駕駛汽車，這些車輛需要超可靠的低延遲通訊（URLLC，ultra-reliable low-latency communications），只能在邊緣實現。
無線營運業者的 5G 獨立（SA）佈署
在全球，40 家無線營運業者在公共網路中佈署、啟動或軟啟動了 5G 獨立（SA）。與總共 245 家無線營運業者推出或軟推出商業 5G 網路相比，這一進展意味著約 16% 的以 5G 為重點的無線營運業者已經轉向 5G SA。
從地理上講，這些發射包括美國、中國、加拿大、巴西、澳洲、日本、韓國、新加坡、泰國、菲律賓、台灣、印度、英國、德國、奧地利、芬蘭、沙烏地阿拉伯、巴林和科威特的無線營運業者。雖然來自更多國家的無線營運業者已經試用了 5G SA。
5G SA – 市場商業佈署和試用
專注於美國，T-Mobile、Verizon、AT&T 和 DISH Network 在佈署 5G SA 方面都取得了進展，儘管程度不同。
T-Mobile – 5G 獨立（SA）
T-Mobile 在其低頻 600 MHz 頻譜（作為擴充範圍 5G 銷售）和中頻段 2.5 GHz 頻譜（作為超容量 5G 銷售）上，佈署了全國性的 5G 獨立（SA）核心網路。隨著更多的網路流量遷移到 5G SA，T-Mobile 的頻譜效率將顯著提高。
此外，T-Mobile 與思科合作推出了雲原生 5G 核心閘道器，T-Mobile 已將其所有 5G 和 4G 流量轉移到其中。透過將其流量轉移到雲原生核心閘道器，T-Mobile 立即為全國客戶提高了 10% 以上的速度和延遲（響應能力）。
T-Mobile 的 5G 核心架構基於思科的雲原生控制平面，在裸機上透過 Kubernetes 精心策劃的容器進行了最佳化，釋放了超過 20% 的 CPU（中央處理單元）核心。
新廣播語音（VoNR）
T-Mobile 使用諾基亞的無線電和核心裝置，以及三星的 Galaxy 裝置（S21和S22）推出了商業新收音機語音（VoNR）服務。在地理上，T-Mobile 在俄勒岡州波特蘭和猶他州鹽湖城的有限地區，點亮了這些商業 VoNR 服務。值得注意的是，T-Mobile 是美國第一家為 5G SA 提供商業 VoNR 服務的無線營運業者。
除了這次首次釋出外，T-Mobile 一直在全國各地緩慢佈署 VoNR，並表示 VoNR 將於 2023 年初在全國範圍內提供。
注：新無線電語音（VoNR）是一個重要的 5G 獨立（SA）用例，本文最後一節將對此進行更詳細的解釋。
威瑞森 – 5G 獨立（SA）
Verizon 已開始將客戶流量轉移到其雲原生、容器化 5G 獨立（SA）核心網路。5G SA 核心的基於服務的架構（SBA）建立在 Verizon 雲平台（VCP）上，由軟體應用、計算資源、網路和儲存組成。雖然 Verizon 的 5G SA 核心網路，已經支援 VoNR 服務，但該公司尚未披露其推出商業 VoNR 服務的計劃。
美國電話電報公司 – 5G 獨立（SA）
美國電話電報公司（AT&T）已開始部署其5G獨立（SA）核心網路。 然而，在智慧手機和平板電腦市場成熟之前，該公司尚未開始將客戶流量轉移到其5G SA核心，也不打算這樣做。具體來說，AT&T 將電池壽命作為不斷連線到 5G SA 的裝置的主要關注點。」因此，只有當智慧手機和平板電腦變得更節能時，AT&T 才會開始將客戶流量轉移到其 5G SA 核心。
美國電話電報公司對其 5G SA 核心網路的雲原生方法，以與微軟 Azure 的合作為中心。在未來幾年內，AT&T 將將其 5G 行動網路轉移到微軟雲端，其行動網路流量將使用 Microsoft Azure 技術進行管理。
DISH 網路 – 5G 獨立（SA）
DISH Network 正在建構美國第一個雲原生、開放無線電接入網路（O-RAN）的 5G 獨立（SA）網路。迄今為止，DISH 已經開始在 15,000 多個 5G 場景上施工，這些場景在建成後能夠為 60% 以上的美國人口提供寬頻覆蓋。
DISH 對其 5G SA 核心網路的雲原生方法，涉及與亞馬遜網路服務（AWS）的密切合作關係。特別是，DISH 正在利用許多 AWS 雲服務和基礎設施，包括亞馬遜彈性計算雲（EC2）、亞馬遜彈性 Kubernetes 服務（EKS）、AWS 本地區域和 AWS 前哨。
此外，DISH 與 VMware 合作，使用其 Telco Cloud 平台，該平台在 Kubernetes 上執行，並提供跨多個網路域的抽象層。VMware 的電信雲，將使 DISH 能夠虛擬化其網路功能，並根據消費者需求在公有雲中動態移動和擴充套件工作負載。
新廣播語音（VoNR）
DISH 的無線網路能夠透過 n70 波段（AWS 2-4 頻譜）在 100 多個市場提供新廣播語音（VoNR）服務。然而，目前，該公司僅在 12 個大型市場提供商業 VoNR 服務，總人口為 3000 萬人，包括克利夫蘭、達拉斯、休斯頓和拉斯維加斯等城市。此外，DISH 預計每個季將其 VoNR 覆蓋率提高約 50%，目標是在未來 12 個月內向 70% 的美國人口提供 VoNR。
5G 獨立（SA）有什麼好處？
與 5G 非獨立（NSA）相比，5G 獨立（SA）的主要好處是新的商業機會、增強的終端使用者體驗、網路效率和更小的複雜性。
1）新的商業機會
5G 獨立（SA）實現了新的服務和用例、新的市場細分市場，和新的 5G 核心網路。新的 5G SA 用例包括新無線電語音（VoNR）、網路切片和時間關鍵通訊。有關這些新的 5G SA 用例的更多詳細資訊將在下一節中提供。
2）增強的終端使用者體驗
5G 獨立（SA）使終端使用者能夠即時訪問 5G，特別是對於寬 5G 頻段，可提供更高的吞吐量和更低的延遲。此外，5G SA 提供更好的上行鏈路覆蓋範圍，因為使用 4G 和 5G 的使用者裝置之間沒有電力分配。
3）網路效率
5G 獨立（SA）透過載波聚合擴大覆蓋範圍，允許將多個頻段組合在一起。例如，將 5G 低頻帶頻率與 5G 中頻頻聚合，可以將中頻覆蓋率提高 2.5 倍，並將中頻頻率支援的人口提高 25%。此外，在 5G SA 中，更多的 LTE 流量可以解除安裝到中頻 5G —— 它比 4G 更有效地使用頻譜 —— 導致總體容量成長 27%。
4）不太複雜
5G 獨立（SA）透過使用 5G 無線電接入網路（RAN）和 5G 核心網路提供網路簡單性。此外，裝置簡單性的結果是，因為智慧手機和平板電腦正在建構，以連線到這些端到端的 5G 網路。
總的來說，這些好處有助於 5G 比 4G LTE 的根本改進，其中包括更低的延遲、更高的速度、更高的密度（連線裝置的#）、增加的容量（網路吞吐量）和能源效率。
閱讀更多：4G LTE和5G有什麼區別？
5G獨立（SA）的使用案例
5G獨立（SA）的重要用例示例包括新無線電語音（VoNR）、網路切片和時間臨界通訊。
新廣播語音（VoNR）
新無線電語音（VoNR），也稱為 5G 語音（Vo5G），是一種允許透過 5G SA 網路進行語音呼叫的方法，而無需依賴 LTE 作為錨。VoNR 是 LTE 語音（VoLTE）的繼承者，VoLTE 允許透過 4G LTE 網路進行語音呼叫。
VoNR 提供比 VoLTE 更高品質的語音通話，因為 5G 網路提供更低的延遲和更寬的頻寬，從而導致：
- 延遲更短：通話設定時間稍快，這意味著從客戶撥打號碼到電話開始響起之間的延遲更少。此外，從某人說話到對方聽到它之間的延遲會更小
- 更寬的頻寬：當有人說話時，音訊品質更高
在 VoNR 網路中，5G 語音呼叫作為端到端 VoIP 連線實現，由 IP 多媒體子系統（IMS）核心管理。IMS 與 5G 上語音服務的控制和使用者（或資料）平面的特定配置檔案一起使用，導致語音服務透過 5G 網路作為資料包交付。
最終，VoNR 和新無線電影像（ViNR）將允許在 5G SA 網路中提供新的體驗，如沉浸式視訊會議，以及擴增實境（AR）和虛擬實境（VR）應用。
網路切片（Network Slicing）
5G SA 核心網路支援端到端網路切片，這使物理網路資源能夠使用同一頻段的不同段虛擬地分割槽，或「切片」到多個獨立網路中。然後，這些網路切片可以專門用於特定的使用案例或應用。
網路切片是 5G SA 的一個重要用例，因為它有助於最佳化網路容量，並確保資源的高效分配。值得注意的是，網路切片使用自動化、軟體定義網路（SDN，Software Define Network）和網路功能虛擬化（NFV，network functions virtualization）最佳化資源分配。
閱讀更多：軟體定義網路（SDN）解釋
閱讀更多：網路功能虛擬化（NFV）解釋
時間關鍵的溝通
時間關鍵型通訊，透過使用 5G SA 的超可靠低延遲通訊（URLLC）功能，可以在應用所需的特定時間範圍內提供資料。
如下所示，為增強型行動寬頻（eMBB）設計的系統，可以最大限度地提高資料速率，而不保證延遲。相比之下，時間關鍵型通訊目的在以所需的可靠性（Y%）在特定延遲邊界（X ms）內確保資料交付。
時間關鍵通訊的應用案例類別包括：
- 即時媒體：時間關鍵型通訊，可以將處理和渲染解除安裝到行動網路邊緣，從而支援即時生產和消耗媒體的應用。這些應用的例子包括雲端遊戲、基於雲的擴增實境（AR）和虛擬實境（VR），以及遠端學習
- 工業自動化：時間臨界通訊支援控制器、感測器和執行器之間的即時資訊交換，這對工業物聯網（IIoT）應用非常重要。這些 IIoT 應用的例子包括過程監控、智慧電網控制和機器人機器視覺
- 遠端控制：時間關鍵型通訊使遠端操作的機器，或車輛與遠端操作員之間，能夠即時交換感測器資訊。重要的是，遠端控制可以透過將人類從不方便或危險的情況下移除來改善工作環境
- 行動自動化：時間關鍵的通訊支援移動車輛和/或機器人與環境之間的即時資訊交換，以進行控制和協調。這些應用的例子包括自動引導車輛（AGV）和自主移動機器人（AMR）
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