4G/5G多網協同與互操作研究

劉湘梅，熊力，段瀟君，謝卓罡，羅叢優

【摘 ?要】NSA網絡中涉及較多4G/5G網絡交互流程，為更精準高效開展5G網絡問題定位與運營，從NSA基本原理、4G/5G協同優化關鍵點進行研究，重點研究分析了4G/5G錨點小區駐留、4G/5G NR切換和4G/5G兩網之間參數一致性等關鍵協同優化問題，并結合實踐經驗，梳理總結NSA網絡的分析流程，為后續4G/5G協同優化提供參考依據和優化思路。

【關鍵詞】4G/5G協同優化;錨點;NR;QCI

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.12.008 ? ? ?中圖分類號：TN929.5

文獻標志碼：A ? ? ?文章編號：1006-1010（2019）12-0042-06

引用格式：劉湘梅，熊力，段瀟君，等. 4G/5G多網協同與互操作研究[J]. 移動通信， 2019，43（12）： 42-47.

Research on 4G/5G Multi Network Cooperation and Interoperability

LIU Xiangmei， XIONG Li， DUAN Xiaojun， XIE Zhuogang， LUO Congyou

（Guangdong Wireless Network Optimization Center of China Telecom Co.， Ltd.， Guangzhou 510630， China）

[Abstract]?There are many 4G/5G network interaction processes in NSA network. In order to carry out the problem localization and network operation for 5G more accurately and efficiently， this paper first studies the basic principles of NSA and the key points of 4G/5G collaborative optimization. Then the key collaborative optimization issues are investigated including 4G/5G anchor cell residence， 4G/5G NR handover and the parameter consistency in 4G/5G networks. Finally， based on the practical experience， the analysis processes of NAS networks are summarized， which provide reference and optimization ideas for subsequent 4G/5G collaborative optimization.

[Key words]4G/5G collaborative optimization; anchor cell; NR; QCI

0 ? 引言

在NSA網絡試點部署中，5G網絡運營存在較多問題，其中較大部分會涉及新建設5G網絡和現有的4G網絡之間的協同優化，如何做好4G/5G協同優化成為NSA網絡建設的關鍵點。

1 ? NSA基本理論闡述

1.1 ?NSA網絡概述

5G有兩種組網方式，一種是SA獨立組網，另一種是NSA非獨立組網[1]。NSA組網方式下，5G的核心網主要在原有LTE的核心網下進行升級改造完成。5G NR控制面錨定于4G，沿用4G核心網EPC，這一架構又稱為EN-DC，即EUTRA-NR雙連接技術。目前5G建網初期，采用以NSA為主，SA結合的方式來部署5G網絡。

雙連接技術最早在3GPP R12版本提出，其基本原理是讓一部手機連接到無線接入網中的兩個（或多個）節點/基站，其中一個是主節點，負責無線接入的控制面，即負責處理信令或控制消息;另一個（或多個）節點為輔助節點，僅負責用戶面，即負責承載數據流的傳送。雙連接技術主要是為了提升網絡速率，均衡網絡負載以及避免切換中斷，保障穩健的移動性。

EN-DC網絡結構如圖1所示：

圖1 ? ?EN-DC網絡結構

圖1是選項3x的NSA組網結構，也是目前電信運營商5G NSA組網模式選擇最多的一種選項。

NSA選項3x的主要特點有：

（1）4G基站（eNB）為主節點（Master Node）。

（2）5G基站（gNB）為輔助節點（Secondary Node）。

（3）在控制面，也就是為了傳輸數據而進行信令交互時，只有4G基站直接與4G核心網網元MME相連。

（4）在用戶面，也就是傳輸數據流量時，4G基站和5G基站均直連4G核心網網元S-GW，用戶數據流量的分流和聚合在5G基站完成，要么直接傳送到終端，要么通過X2-U接口將部分數據轉發到4G基站再傳送到終端。

UE要想通過5G基站傳輸高速數據，需首先連接4G基站進行信令交互，待4G基站分配完5G無線資源后，手機用戶才能享受5G高速上網。簡單的說，在NSA組網下，5G這條高速公路的指揮調度權掌握在4G手里，5G性能的某些方面參數也是在4G eNB設置的，這也是4G/5G協同優化的一個重要體現。

1.2 ?EN-DC模式的5G資源添加流程

在EN-DC雙連接模式下，UE首先注冊4G網絡，然后再上報測量的5G信號強度和質量等。比如當UE移動到5G小區的覆蓋范圍時，檢測到5G信號強度和質量足以支持5G服務，則4G基站將與5G基站溝通為UE分配5G資源[2]。

然后4G基站通過RRC連接的RRC Connection Reconfiguration消息將5G NR分配的資源通知UE，完成RRC連接重新配置過程后，UE就同時連接到4G和5G網絡了，這就是DC雙連接[3]。

完成5G資源添加流程后，即手機和5G基站已經準備好了用于數據傳輸的5G無線資源。4G基站會通知核心網MME數據承載從4G-LTE切換到5G-NR，MME通知SGW更新承載，SGW將數據傳輸路徑從4G基站切換到5G基站，再通過End Marker消息告知4G基站可以休息了，5G基站就可以開始傳輸數據[4]。EN-DC雙連接增加了網絡信令連接的復雜程度，4G/5G協同工作的標準要求更高。

2 ? 4G/5G協同優化

2.1 ?協同優化概述

5G NSA網絡結構和4G錨點站息息相關，控制面必須通過4G側，用戶面可以通過NR側，也可以通過4G eNB到5G核心網，所以說4G/5G協同工作非常重要，兩端緊密相連，密不可分，5G NSA網絡的優化必須包括有4G/5G協同優化的內容。

從優化技術角度來看，4G/5G協同優化主要包括三大方面：4G/5G錨點小區駐留的協同優化、4G/5G NR切換的協同優化和4G/5G兩網之間參數一致性的協同優化。

2.2 ?協同優化：錨點小區的駐留

關于NSA組網模式下，NR接入問題的優化也給5G優化帶來了新的挑戰。如果錨定小區優先級不是最高，則存在NSA終端無法及時占用錨定小區的問題，如中國電信的雙載波小區有1.8G和2.1G同時覆蓋室外，2.1G載波優先級更高時，目前現網錨定在1.8G上，UE占用2.1G沒有及時遷移到1.8G上，就會導致UE無法運行5G業務。

解決方案：定向切換優化。5G UE接入非錨點小區，如果它的鄰區中存在錨點鄰區，則在連接態下主動發起到錨點鄰區的定向切換。通過連接態定向切換策略，保證5G商用終端及時遷移到錨點小區。為了確保NSA終端可以從非錨定小區切換到錨定小區，并在錨定小區穩定駐留，具體步驟如下：

（1）當NSA終端占用非錨定小區時，可以定向切換至錨定小區（非錨定小區添加錨定小區為鄰區關系），需要在非錨點小區配置NSA定向切換功能。

（2）NSA終端占用到錨定小區后，禁止覆蓋再切換回源頻點、源頻段或者源制式，需要在錨點小區配置防乒乓功能。

（3）NSA終端占用錨定小區時，禁止將NSA終端負荷均衡到其他頻點，需要在錨點小區配置NSA終端過濾功能。

定向切換流程[5]歸納為以下三點：

（1）NSA終端駐留在非錨點小區且與錨點小區配置了鄰區關系，則非錨點小區下發A5事件測量并啟動EN-DC錨定功能切換測量等待定時器。

（2）定時器超時前，如錨定小區滿足測量門限且終端成功上報該MR，則非錨定小區發起向錨定小區的切換執行流程，NSA終端成功占用錨定小區。

（3）如果錨定小區不滿足測量門限，定時器超時后，刪除本功能下發的A5事件測量。繼續執行其他常規測量。

2.3 ?協同優化：NR的切換

在NSA組網結構下，由于控制面信令是走LTE的，NR之間的切換是和LTE息息相關的。在NSA組網下，網絡結構復雜于SA，也區別于LTE網絡，其原因是5G與4G在接入網級互通，互連更復雜。

首先，互連復雜會影響空口時延。在控制面時延上，NSA組網下NR錨定于LTE控制面，因此，控制面時延基本與4G一樣。在用戶面時延上，如果LTE與NR數據流聚合，用戶面時延會受限于4G。

其次，互連復雜會影響切換時延。在NSA組網下，由于5G NR錨定于4G LTE，NR至NR之間的切換若發生LTE錨定改變，需多個步驟才能完成，花費時間較長。

根據圖2的流程，NSA組網結構中NR與NR的切換流程如下：

（1）首先要刪除源副載波，釋放源NR資源;

（2）然后再執行LTE到LTE之間的切換;

（3）接著再添加目標副載波，新分配目標NR資源。

圖2 ? ?NSA與SA組網下切換流程

NR之間的切換涉及到LTE錨點之間的切換，錨點切換失敗會導致NR的切換指標，所以說錨點是NR切換的必要條件。5G NSA切換時延也是會比SA和LTE大，直接的原因就是切換流程的復雜度增加，流程繁瑣。根據理論資料和實際的測試結果顯示，NSA整個切換過程至少要用150 ms左右。但在SA組網下，NR到NR切換獨立于LTE切換，同頻切換時延僅需約40 ms，異頻切換時延僅需60 ms。至于SA與NSA之間的切換，等同于NR-LTE異系統切換，時延也只需約70 ms。

2.4 ?協同優化：4G/5G參數一致性

文章的2.2節重點介紹了選項3x的現網EN-DC網絡架構模式如圖3所示，5G控制面是走LTE基站，用戶面走LTE和NR都可以，所以在LTE錨點小區上有諸多的控制面相關參數來控制NR的接入和資源管理，5G NSA網絡的參數就涉及到LTE錨點小區和NR小區兩個大方面。

（1）LTE錨點上的關鍵參數

1）EN-DC類參數。其屬于分流模式的控制類參數，主要包括EN-DC NR上行支路無線質量要求門限、上行支路質量遲滯、兩次下行NR leg激活最小時間間隔、兩次上行NR leg激活最小時間間隔等參數。

2）接入類參數。主要包括盲加腿策略、基于B1測量加腿策略。為了保障精確、快速的加腿，一般建議設置為B1測量加腿，B1測量加腿涉及到的參數有：B1測量的RSRP門限、B1遲滯Hyst、觸發B1測量的Trigger等。

3）Split承載類參數。主要包括是否允許承載建立Split承載開關以及在錨點上NR引用的ArpLev設置參數，ArpLev引用包括不同的QCI。在本文第三章將重點介紹ArpLev引用QCI錯誤導致NR不能接入問題的解決措施。

（2）NR的參數

1）NR基本信道/信號類參數：PBCH信道上的SSB類參數設置。

2）NR參考信號參數：CRI-RS參考信號的參數，如周期、TRS周期和功率增強等級設置等。

3）NR接入類參數：前導碼接收功率門限值、前導最大傳輸次數。

4）NR功控類參數：上行功控的P0參數、最大發射功率等。

5）NR速率類參數：上下行最大MIMO調度層數，如4層、8層;PDCP重排序上下行計時器;RLC UM模式QCI List等。

2.5 ?4G/5G協同優化故障定位流程

圖4為5G Troubleshooting的流程示意圖，主要從目前NSA網絡架構下最容易出現的三大方面問題來梳理流程，包括終端問題、NR接入問題、NR速率問題。

（1）終端問題

核查終端芯片能力（支持NSA/SA或單NSA）、SIM卡的5G速率權限、FTP服務器帶寬等問題，建議的SIM和FTP最低配置如下：

1）SIM卡：做5G數據，開通5G速率，一般至少要求下行20 Gb/s，上行10 Gb/s，流量使用不限流限速。

2）FTP服務器：10G帶寬，內存32G，硬盤2T（多組使用FTP測試峰值，建議帶寬要相應再擴大到40G或100G）。

（2）NR速率問題

切換引起的速率問題排查切換問題，否則排查NR速率相關參數問題。

（3）NR接入問題

1）首先，檢查是否存在影響接入的告警存在，檢查的網元包括LTE錨定和NR小區，有告警先處理。

2）其次，在錨點檢查加腿方式是盲加腿還是基于B1測量的加腿，B1測量加腿更精確，建議采用B1測量加腿方式。

3）再次，核查4G/5G協同相關的策略和參數、錨點小區的駐留問題，是否是最好的同方向小區，是否是占用1.8G的錨點頻點以及核查4G/5G兩網之間的參數一致性問題。

4）最后，現場撥測，同時基站側跟蹤做進一步的深度分析。

3 ? 典型案例分析應用

3.1 ?NR接入問題描述

在廣東電信5G工程優化驗證測試中，發現NR小區不能接入，無法進行5G高速下載測試。通過測試軟件回放LOG信令分析，發現UE占用LTE錨點小區后，不能加腿。

現場測試復現問題，測試軟件信令顯示駐留在LTE小區，無NR信息和信令，無法駐留到NR，沒有發生加腿的信令，如圖5所示。

（1）核查NR小區狀態信息：NR狀態正常;

（2）檢查錨點加腿方式：基于B1測量加輔站NR小區，相關參數設置正常;

（3）檢查錨點小區駐留是否正確，駐留在1.8G和NR同方向的LTE小區，正常。

通過以上3步核查，基本可以判斷錨點的駐留和加腿方式沒有問題，不能接入NR的問題與錨點加腿無關。

3.2 ?4G/5G協同優化核查

根據上述核查，初步懷疑是EN-DC或4G/5G協同類有關不一致的參數導致的問題，為了進一步進行分析，進行現場撥測，并在eNB側進行信令跟蹤。

eNB跟蹤顯示信令建立正常，在LTE錨點小區上，UE Attach是成功的，鑒權加密、上下文直傳、UE Capability上報直到EPS Bearer承載激活都正常，最后網路下發RRC Reconfiguration，說明在LTE上UE接入正常，但之后一直沒有B1測量的加腿發生。

在初始建立的Request信令中，Initial Context-Setup Request的詳細內容中顯示：EPC給LTE錨點小區指示的QCI=9，如圖6中NR小區抓包信令所示。

廣東電信LTE核心網定義QCI=8為MBB業務，因此在錨點小區上NR的QCI引用設置為QCI8，EPC下發給LTE錨點的NR業務接入QCI=9，兩者QCI協商不一致，從而導致NR不能接入。

經了解，是由于近期LTE核心網剛把MBB業務修改為QCI9，為了防止LTE核心網修改MBB業務的QCI導致NR QCI引用不一致問題，在LTE錨點小區上把QCI8和QCI9都添加到ArpLev0的引用中，不管LTE EPC的MBB業務是QCI8還是QCI9，都可以正常引用。

3.3 ?效果驗證

添加QCI8和QCI9引用后，經現場驗證測試，NR Cell Add加腿成功，NR接入正常，問題得到解決。

4 ? 結束語

EN-DC增加了網絡信令連接的復雜程度，雙連接好似5G NR和UE之間多了一個“中轉站”，本來可以直接發送給手機的NR RRC Reconfiguration消息，需經過4G多次封裝和轉發。從技術方面出發，4G/5G協同優化主要包括LTE錨點小區駐留策略、NR的切換和4G/5G兩網之間的參數一致性等。4G/5G協同優化是5G NSA網絡建設完成后優化的重要環節之一，4G/5G協同優化的好壞是5G優化工作的前提條件和基礎。

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