5G NSA網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能研究與優(yōu)化

劉昌龍 位洛洛 金子健 申靜文 劉亞柯

摘 要：5G NSA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，5G與4G在接入網(wǎng)級互通互連，建網(wǎng)初期，一些基礎(chǔ)性的關(guān)鍵指標(biāo)對網(wǎng)絡(luò)影響大。本文從NSA網(wǎng)絡(luò)初始接入信令流程、5G原理等方面入手，對網(wǎng)絡(luò)的接入、保持和移動性進(jìn)行分析，找出每個節(jié)點異常的原因，結(jié)合日常優(yōu)化的實例總結(jié)出一套問題分析處理的思路，以保證網(wǎng)絡(luò)的基本性能——能接入、不掉線，可移動。

關(guān)鍵詞：NSA組網(wǎng);MN主節(jié)點;SN輔節(jié)點;接入準(zhǔn)備階段;5G空口

中圖分類號：TN914文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）20-0011-05

Abstract： The structure of 5G NSA network is complex， 5G and 4G are interconnecting at the level of access network， in the initial stage of network construction， some basic key indicators have a great influence on the network. This paper started from aspects of NSA network initial access signaling flow， 5G principle， etc.， analyzed the access， maintenance and mobility of the network， found out the reasons of the abnormal of each node， and summarized a set of thinking of problem analysis and treatment with the examples of daily optimization， so as to ensure the basic performance of the network， which could be connected， not dropped and mobile.

Keywords： NSA networking;MN master node;SN auxiliary node;access preparation stage;5G air interface

NSA（Non-StandAlone）非獨立組網(wǎng)，EPC作為核心網(wǎng)，eNB作為MN（主節(jié)點）錨點站提供信令連接，gNB作為SN（第二節(jié)點）輔站，提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載，MN和SN之間采用X2提供信令通道和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通道（SCG Split，即打開下行分流）[1]。空閑態(tài)下和普通4G UE基本一樣;而DC狀態(tài)是終端與MN建立無線鏈路進(jìn)入連接態(tài)后，再與SN建立無線鏈路的一個疊加狀態(tài)[2-4]。

NSA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特點決定了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化要以4G和5G協(xié)同優(yōu)化為出發(fā)點。建網(wǎng)初期，首先要保證用戶能夠順利接入網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)過程中不掉線并能合理切換[5-7]。本文結(jié)合5G日常優(yōu)化實際案例，對影響接入、掉線和切換的關(guān)鍵因素及優(yōu)化方法進(jìn)行梳理和總結(jié)。

1 接入問題優(yōu)化

1.1 接入過程簡介

終端首先完成在eNB的初始接入，并建立DRB。接下來，eNB和gNB協(xié)同完成輔站（SCG）添加過程。簡要流程如圖1所示。

eNB下發(fā)針對gNB小區(qū)的測量配置，包括SSB頻點、SSB時域信息以及測量報告配置?，F(xiàn)網(wǎng)通常配置B1作為SCG添加事件。終端測量gNB信號強度超過B1門限后，上報MR。eNB收到MR后與目標(biāo)gNB建立X2連接。

eNB觸發(fā)SgNB addition流程，向SgNB發(fā)送SgNB addition_Req，請求SgNB分配資源，請求中應(yīng)攜帶分流模式、DRB配置、UE能力等，同時攜帶S1-u-GTP Tunnel Endpoint地址。gNB如果準(zhǔn)入，則回送SgNB addition rsp，消息中包括SCG空口配置、newUE-identity（即C-RNTI）、分流模式等信息，同時攜帶gNB-GTP Tunnel Endpoint地址。eNB收到gNB的響應(yīng)后，發(fā)送RRC Reconfiguration消息給終端，消息中攜帶gNB空口配置信息。

終端收到RRC Reconfiguration后，按照配置消息搜索gNB小區(qū)SSB信號，并讀取PBCH中的SFN，完成同步。同時，根據(jù)配置的接入?yún)?shù)，在gNB進(jìn)行隨機接入。隨機接入成功后，eNB向MME發(fā)ERB Modify Indicate，要求修改承載。MME向SGW發(fā)bearer Modify，修改S1-U承載到gNB。承載修改完成后，MME發(fā)ERB Modify CMP給eNB，完成添加輔站。

1.2 接入問題分類和優(yōu)化思路

按照5G接入流程，可以將接入問題大體上分為三個階段的問題[8-10]，即LTE側(cè)流程問題、接入準(zhǔn)備階段問題和5G空口接入階段問題，如圖2所示。

1.2.1 LTE側(cè)接入問題。按照4G接入問題排查思路進(jìn)行排查，本文不再贅述。

1.2.2 接入準(zhǔn)備階段。準(zhǔn)備階段重點排查是否有正確的測量配置信息及是否上報包含5G的測量報告。

如果測量配置沒有g(shù)NB信息，則應(yīng)重點排查以下內(nèi)容：檢查X2口是否配置，是否有故障;檢查傳輸數(shù)據(jù)配置是否正確;檢查是否配置5G鄰區(qū)。如果測控里有5G信息，則應(yīng)重點排查以下內(nèi)容：測量配置錯誤，需要檢查5G鄰區(qū)的頻點、PCI是否正確;B1門限設(shè)置過高，建議門限設(shè)置為-110 dBm。

1.2.3 5G空口階段。終端發(fā)起隨機接入的前提是完成gNB側(cè)同步。終端無法有效讀取PSS/SSS以及PBCH廣播的SFN，會造成同步失敗。在空口信令中，如果終端上報SCG Failure Information且Cause值為SyncReconfigFailure，通常是SSB解調(diào)失敗或搜索解調(diào)時間過長，T304超時造成的。解決此類問題時，要重點對覆蓋進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提升覆蓋質(zhì)量。

當(dāng)終端發(fā)送的Preamble達(dá)到RRC配置的最大次數(shù)后仍未收到RAR應(yīng)答，終端發(fā)送SCG Failure Information且Cause值為RandomAccessProblem。針對這種情況，要重點對以下幾點進(jìn)行優(yōu)化：

如果基站底噪超過-110 dBm（RB粒度），要排查外部干擾源;接入?yún)?shù)優(yōu)化，檢查NCS是否合理;調(diào)整初始Preamble初始功率以及抬升步長;檢查RAR接收窗口設(shè)置;檢查preamble最大發(fā)送次數(shù)配置;檢查是否存在PCI混淆情況;優(yōu)化覆蓋，提升信號質(zhì)量，提高RAR解調(diào)成功率。

1.3 接入問題定位實例分析——以接入準(zhǔn)備階段為例

gNodeB收到LTE發(fā)送的SGNB_ADD_REQ，開始執(zhí)行NR側(cè)接入準(zhǔn)備，主要信令流程如圖3所示。

1.3.1 問題現(xiàn)象。5G發(fā)送完SGNB_ADD_REQ_ACK之后，一直沒有收到SGNB_RECFG_CMP，5G或者LTE發(fā)起釋放流程。5G未收到SGNB_RECFG_CMP，等待定時器超時5G發(fā)起釋放。

1.3.2 問題分析。對于LTE不回復(fù)SGNB_RECFG-

_CMP，首先排查LTE UU口是否有下發(fā)SCG添加重配消息，若已下發(fā)，是否終端發(fā)生了重建或者SCGFAIL。

若UE發(fā)生重建，則LTE不會給5G回復(fù)SGNB_RECFG_CM，如圖4所示;重配置完成消息中不包含scg-ConfigResponseNR-15信元，導(dǎo)致LTE不給5G回復(fù)SGNB_RECFG_CMP，如圖5所示。

1.3.3 問題原因。終端重建，LTE發(fā)起釋放原因"bearer-opertion-not-supported"，查看LTE和5G設(shè)置的QCI的RLC模式是否一致。

1.3.4 解決方案。要將LTE和5G對應(yīng)QCI的RLC模式配置成一致。

2 掉線問題優(yōu)化

2.1 掉線問題分析

NSA網(wǎng)絡(luò)掉線可以大致分為MN發(fā)起的異常釋放和SN主動發(fā)起的釋放兩種情況[11-13]。MN發(fā)起的異常釋放有兩種情況：4G側(cè)發(fā)生掉線、重建等情況，MN給SN發(fā)送SCGReleaseRequest;終端檢測到5G側(cè)異常，向MN發(fā)送SCGFailureInformation消息后，MN給SN發(fā)送SCGReleaseRequest[14-15]。MN發(fā)起的異常釋放簡要流程如圖6所示。

SN主動發(fā)起的異常釋放在路測過程中很難通過空口信令分析原因，通常需要跟蹤X2接口信令分析和定位問題。SN發(fā)起的異常釋放常見以下幾種情況。一是上行掉線：在X2接口信令中，SN向MN發(fā)送SCGReleaseRequired消息，其原因值為RadioConnectionWithUeLost，可判斷為上行掉線。二是傳輸問題：SN向MN發(fā)送SCGReleaseRequired消息，其原因值為TransportError。三是小區(qū)故障：SN向MN發(fā)送SCGReleaseRequired消息，其原因值為CellNotAvailable。SN發(fā)起的異常釋放簡要流程如圖7所示。

2.2 掉線問題優(yōu)化思路

MN發(fā)起的異常釋放問題優(yōu)化思路如表1所示，SN發(fā)起的異常釋放問題優(yōu)化思路如表2所示。

2.3 掉線問題優(yōu)化實例

2.3.1 問題現(xiàn)象。公交演示存在5G掉線，錨點站為國泰商廈_1LTE PCI：13，NR主服小區(qū)為市一醫(yī)院_113 NR PCI：416，NR不能切換到國泰商廈_111導(dǎo)致NR掉話。

2.3.2 問題分析?；鞠掳l(fā)NR同頻切換A3事件測量控制，終端一直上報NRA3事件，并測量到鄰區(qū)PCI 409小區(qū)，但一直不能進(jìn)行切換，如圖8所示。X2標(biāo)口跟蹤分析，測量報告上報后，發(fā)起切換，目標(biāo)NR回復(fù)ACK后，LTE向目標(biāo)NR站發(fā)起釋放消息，原因是傳輸資源不可用。X2鏈路分析：目標(biāo)NR的IP 10.169.254.177，根據(jù)IP找對應(yīng)SCTPPEERID =401，找到EPGroup=0，根據(jù)EPGoup ID=0找到對應(yīng)X2=0，CN OperatorID=0，但是CN Operator ID=0是460 00，不是NR使用的PLMN。添加錯誤。

2.3.3 原因定位。該問題為無線側(cè)配置X2鏈路錯誤，SCTPPEERID=401的鏈路應(yīng)添加到460 08對應(yīng)的EP Group ID=17的配置中。導(dǎo)致NR站點【國泰商廈】不能正常添加SCG，因此其余NR站點不能正常切換到【國泰商廈】。

3 切換問題優(yōu)化

3.1 NSA網(wǎng)絡(luò)切換的分類

NSA網(wǎng)絡(luò)包含三類切換：MN（4G小區(qū)）變更、SN（5G小區(qū)）變更以及MN和SN（4/5G小區(qū)）同時變更。每類切換中又包含站內(nèi)切換和站間切換，NSA網(wǎng)絡(luò)切換分類如表3所示。

3.2 切換問題優(yōu)化思路

從空口來看，整個切換問題排查流程分為多個階段，如圖9所示。

對三種場景進(jìn)一步分析，行業(yè)應(yīng)用一般要求終端能按服務(wù)器要求及時地上報數(shù)據(jù)，根據(jù)具體應(yīng)用一般分為3種模式。

3.2.1 場景1分析。原因1：基站未收到測量報告，確認(rèn)終端是否在小區(qū)邊緣，或存在上行受限、上行干擾等情況。原因2：基站收到了測量報告，未向終端發(fā)送切換命令，確認(rèn)目標(biāo)小區(qū)是否為漏配鄰區(qū)或目標(biāo)小區(qū)狀態(tài)異常。

3.2.2 場景2分析。正常情況測量報告上報的小區(qū)都會比源小區(qū)的覆蓋情況好，但不排除目標(biāo)小區(qū)覆蓋陡變的情況，所以首先排除掉由于覆蓋引起的切換問題，其次確認(rèn)是否存在上行干擾。

3.2.3 場景3分析。接收RAR異常情況，該情況一般主要檢查測試點的無線環(huán)境，處理思路仍是優(yōu)先優(yōu)化覆蓋，若覆蓋不易調(diào)整，再來調(diào)整切換參數(shù)。

3.3 切換問題優(yōu)化實例

PCI沖突重導(dǎo)致切換成功率低。

3.3.1 問題現(xiàn)象。某站點共建共享后，站點站間切換嘗試次數(shù)很多，但成功率較低。

3.3.2 問題分析。檢查CHR日志，發(fā)現(xiàn)失敗切換目標(biāo)主要是gNodeB ID為1572884的站點，切換失敗的原因為X2消息回復(fù)傳輸資源不可用，如圖10所示。獲取1572884站點日志，查看操作記錄，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，切換目標(biāo)站點小區(qū)均已去激活，核查對應(yīng)時間話統(tǒng)可知，小區(qū)一直處于不可用狀態(tài)，跟蹤錨點站標(biāo)口消息，可以看到，終端可以搜索PCI為137的鄰區(qū)，發(fā)起了大量的切換請求，但是傳輸資源不可用導(dǎo)致切換失敗，筆者懷疑現(xiàn)網(wǎng)存在另外一個PCI為137的小區(qū)，導(dǎo)致終端根據(jù)鄰區(qū)配置誤發(fā)起了向1572884站點的切換請求，而由于1572887站點小區(qū)均不可用，X2狀態(tài)會置為故障，切換失敗原因為傳輸資源不可用。核對周邊站點電聯(lián)共享小區(qū)配置參數(shù)，發(fā)現(xiàn)BJ607386站點存在PCI同樣為137的小區(qū)，而且與BJ603376無鄰區(qū)關(guān)系配置。

3.3.3 解決方案。兩個運營商進(jìn)行共享后，PCI等規(guī)劃要統(tǒng)一進(jìn)行考量，避免出現(xiàn)PCI沖突的情況。

4 結(jié)論

通過對NSA組網(wǎng)關(guān)鍵流程的研究分析，本文找出影響網(wǎng)絡(luò)接入、保持和切換三方面基礎(chǔ)性能的關(guān)鍵因素和日常優(yōu)化分析處理思路，并結(jié)合一些簡單的案例進(jìn)行總結(jié)。網(wǎng)絡(luò)伊始，典型案例較少，總結(jié)分析也多有欠缺，本文重點給出一些優(yōu)化思路，供網(wǎng)優(yōu)的同行在日常優(yōu)化工作中作為參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曉峰，孫紹輝.5G無線系統(tǒng)設(shè)計與國際標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民郵電出版社，2019.

[2]3GPP TS 38.300.NR;NR and NG-RAN Overall Description;Stage2[Z].2017.

[3]3GPP TS 37.340.E-UTRA and NR;Multiconnectivity;Stage 2 V15.7.0.3GPP[Z].2019.

[4]3GPP TS 38.201.NR;Physical layer;General description V15.0.0.3GPP[Z].2018.

[5]3GPP TS 38.331.Radio Resource Control （RRC） protocol specification V15.7.0.3GPP[Z].2019.

[6]江巧捷，于佳.LTE-NR雙連接關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用[J].移動通信，2018（10）：34-39.

[7]楊旭，肖子玉，邵永平，等.5G網(wǎng)絡(luò)部署模式選擇及演進(jìn)策略[J].電信科學(xué)，2018（6）：138-146.

[8]肖顯芬.5G移動通信的發(fā)展趨勢以及技術(shù)研究[J].中外企業(yè)家，2016（8）：124.

[9]李東澤，蘇亭.簡析5G多模終端的多天線系統(tǒng)設(shè)計[J].中國新通信，2017（20）：59.

[10]張守國，張建國.LTE無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化實踐[M].北京：人民郵電出版社，2014.

[11]陳宇恒，肖竹.LTE協(xié)議棧與信令分析[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[12]陰燕，周峰，馬蓁.移動通信有源天線技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的軍民融合發(fā)展[J].現(xiàn)代電信科技，2016（2）：69-72.

[13]謝慧芝.NSA架構(gòu)分流模式[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（21）：3-4.

[14]鄧安達(dá)，高松濤，程日濤，等.5G NSA組網(wǎng)技術(shù)方案研究[J].移動通信，2019（6）：16-20.

[15]楊光.NSA和SA：既是架構(gòu)選項也是不同5G啟動思路的體現(xiàn)[J].通信世界，2018（2）：44-45.