基于NSA與SA共存網絡架構能力對5G平滑演進的必要性研究

呂江偉，卓 毅

（中國移動通信集團設計院有限公司 陜西分公司，陜西 西安 710000）

0 引 言

自我國工信部于2019年向運營商發放5G商用牌照以來，我國5G建設工作不斷加快。結合5G建設歷程來看，在組網初期階段，多數運營商為快速推進5G業務，選擇采用NSA網絡進行組網。這種網絡架構通過對存量制式網絡資源的合理利用，為個滿足個人用戶大帶寬業務需求奠定了良好基礎，但難以達到端到端網絡切片和超低時延等要求。因此，有必要運用NSA與SA共建模式開展5G平滑演進。

1 NSA、SA的特征分析

目前，5G網絡中的NSA網絡和SA網絡分別以NSA Option 3x和SA Option2為主。這兩種網絡架構主要具有以下3方面特征。

1.1 移動性體驗

隨著人們對數據傳輸要求的升高，網絡架構的移動性體驗（用戶感知）逐漸成為網絡建設工作的重點之一。NSA網絡和SA網絡在移動性體驗方面略有差異。其中，NSA網絡用戶的承載范圍限定于LTE網絡內，由移動性管理復用當前LTE既有的移動性管理。隨著網絡的運行，當UE超出NR覆蓋范圍時，用戶數據維持正常LTE連接狀態，直至UE再次回到覆蓋范圍內，數據恢復正常傳輸[1]。而SA網絡由于初期NR覆蓋較少，因此當出現異制式inter-RAT切換時，用戶的數據面可產生300 ms的時延。

1.2 快速部署能力

5G網絡的部署是一個長期過程。在網絡部署過程中，所選網絡架構的快速部署能力直接影響5G網絡的部署效率。相對于SA而言，NSA的快速部署能力較強。對于運營商而言，運用NSA部署5G網絡，可降低部署風險并減少形成短期高投入問題[2]。以NSA語音方案為例，2G/3G網絡CSFB即可滿足NSA的基本語音要求。而在以SA部署5G網絡時，如果VoLTE網絡尚未達到全面覆蓋標準，那么用戶在使用網絡期間的語音接入時長可達8 s左右，且通信過程中容易出現回落狀況，回落次數為2次。

1.3 全業務接入支持狀況

與4G相比，5G的應用范圍更加廣泛。5G豐富的業務類型，對網絡架構的全業務接入支持度提出了較高的要求。以NSA Option 3x組網時，5G網絡在移動通信技術方面的應用效果可得到良好保障，但這種網絡架構難以為5G在大規模物聯網和增強型移動寬帶等物聯網場景中的應用提供必要支持。相比之下，配置NGC核心架構的SA Option2對全業務接入的支持度較高。當SA的R16和R17版本完成后，該網絡架構基本可滿足網絡的多樣化業務接入要求。

2 NSA、SA共存網絡架構能力對5G平滑演進的重要性

結合當前5G網絡建設現狀來看，NSA和SA共存網絡架構能力對5G平滑演進十分重要。

2.1 滿足漫游客戶接入要求

從5G網絡的用戶群體構成來看，除了一般用戶外，漫游用戶也在用戶群體中占據著較為重要的地位。單純以NSA或SA組網時，部分SA簽約用戶（或NSA用戶）容易因網絡不匹配而無法使用5G網絡。此外，用戶終端網絡支持的局限性，僅支持SA或僅支持NSA也會對漫游客戶的接入形成一定限制。NSA+SA網絡架構如圖1所示。在NSA和SA共存網絡能力的支持下，無論漫游用戶終端所支持或簽約網絡的網絡為NSA、SA還是NSA/SA，漫游用戶可通過完善的網絡架構達成接入5G網絡的目標。

圖1 NSA+SA網絡結構

2.2 提高網絡部署效率

通過分析NSA和SA網絡架構的特征可發現，相較于SA而言，NSA具備更佳的快速部署能力。但SA在支持全業務接入方面的優勢，提高了其在5G組網中的應用價值。根據上述特征可判斷，單純以NSA進行5G組網并不可行，而單純以SA組網則會延長運營商的網絡部署時間。相比之下，NSA和SA聯合的組網模式可有效提高5G網絡的部署效率。

2.3 保障用戶終端體驗的一致性

手機是一種關鍵移動終端。結合近年來的5G網絡建設進程來看，為促進5G網絡的推廣，高通、華為以及英特爾等均推出了針對手機移動終端的5G芯片。但隨著5G網絡建設進程的不斷深入，用戶可能面臨終端體驗不一致的問題。以高通的5G芯片為例，由于5G網絡前期采用NSA架構進行建設，因此該公司的5G芯片僅支持NSA網絡。而當開始運用SA網絡架構建設5G網絡時，使用高通芯片的用戶將面臨無法將終端接入SA網絡的困境[3]。相比之下，NSA和SA共建共存的模式可為用戶提供豐富的選擇。在該模式下，原有NSA終端可正常使用，而使用SA終端的用戶也可順利接入網絡。由此可見，這種共建方案有助于保障用戶終端體驗的高度一致性。

3 NSA與SA共存網絡架構能力下的5G平滑演進方案分析

NSA與SA共存網絡架構能力下，5G網絡的可行平滑演進方案包含以下3種。

3.1 全SA組網

在5G平滑演進中，全SA組網的共享方案如圖2所示。先在原NSA共享區域內將部分5G基站軟件由單純支持NSA模式升級為支持NSA+SA模式，再將其雙上聯至雙方的5G核心網內。另外，在5G共建區域內，以SA單模基站進行組網，完成后將其雙上聯至雙方5G核心網中。

圖2 全SA組網共享方案

以全SA組網方案推動5G平滑演進時，要求終端設備支持SA模式，要求網絡支持4G和SA互操作，支持VoLTE與VoNR業務的切換。經該方案開展5G平滑演進，運營商需投入較多資金，加之SA部署速度較慢，運營商可能會面臨一定的投資風險。

從理論層面來看，經該方案完成5G網絡的平滑演進后，5G網絡業務和用戶體驗方面將產生如下變化。首先，NSA終端使用限制。由NSA架構升級為全SA組網方案后，原有NSA終端無法繼續使用5G服務，對于持有NSA終端的用戶而言，這種演進方式的體驗較差。其次，支持全場景業務。全SA方案可支撐全場景業務，有助于擴展5G網絡的應用范圍。最后，語音方案用戶體驗較差。考慮到網絡部署能力（速度），全SA網絡的初期語音方案選用EPS Fallback。在該語音方案下，用戶在使用通話服務時，移動終端的數據業務和語音業務均回落為4G網絡。

3.2 NSA+SA混合組網

以5G平滑演進為要求的NSA+SA混合組網方案，如圖3所示。實現該方案的流程為保留原NSA共享區域不做改動，允許NSA繼續接入5G網絡，并在5G新建區域內設置SA單模基站，由SA單模基站進行網絡共享，同時將其雙上聯至網絡架構中的雙方核心網內。

圖3 NSA+SA混合組網方案

相較于全SA組網而言，NSA+SA混合組網對網絡建設的要求相對簡單，要求終端設備支持NSA和SA的雙向切換，可依據網絡能力進行自適應選擇。此外，要求網絡在SA區域初期支持VoLTE業務，后期支持VoNR與VoLTE的業務切換。

經該方案完成5G平滑演進后，網絡業務和用戶體驗方面的變動主要在于以下幾點。第一，區域業務支持差異化。以全SA方案為支撐的5G平滑演進中，整個網絡系統區域內的業務支持范圍高度一致。在NSA+SA混合組網模式下，SA區域可支持全場景業務，而NSA區域則僅支持增強型移動寬帶業務。第二，NSA單模終端用戶體驗較差。在該方案下，使用NSA單模終端的用戶僅可于NSA區域范圍內使用5G服務，用戶體驗相對較差。例如，某運營商在評估NSA+SA混合組網方案的應用效果時，以布設測點形式開展評估。測點的錨點小區功率和發射功率分別為40 W和200 W，塔高參數為40 m，將5G掛放于高度39 m的第一平臺，而錨點基站則掛放于高度36 m的第二平臺。在NSA區域內，開展拉遠測試和呼叫質量撥打測試評估，結果均提示數據傳輸質量和語音通話質量欠佳。第三，邊界干擾。用戶需在網絡交界使用5G網絡時，易受切換時延影響而產生邊界干擾。

3.3 全NSA/SA雙模組網

全NSA/SA雙模組網方案如圖1所示。從網絡架構來看，經該方案實現5G平滑演進的流程是將5G網絡中的原NSA共享區域全面升級為NSA/SA雙模基站，由雙模基站繼續開展網絡共享。另外，在新建區域內，直接以NSA/SA雙模基站開展組網共享，并將基站雙上聯于對應核心網內。

全NSA/SA雙模組網方案要求5G網絡的終端設備支持VoLTE業務、VoNR業務以及NSA單模終端的網絡搜索功能，要求網絡支持4G和5G間的互操作。此外，要求SA區域支持VoLTE業務、VoLTE以及VoNR的切換。按照這些要求完成5G平滑演進后，5G網絡在業務體驗方面的變化主要為兩點。第一，同時支持NSA和SA。組網完成后，5G網絡的所有區域均可同時支持NSA和SA。這一雙支持模式可為用戶帶來良好的服務體驗。第二，邊界干擾。在不同網絡架構的邊界區域，雙模終端可能因切換時延而出現邊界干擾。為進一步改善用戶體驗，需參照全NSA/SA組網的特征，合理優化4G、5G間互操作參數。

4 結 論

綜上所述，運用NSA與SA共存網絡架構能力推動5G平滑演進具有一定的現實意義。為了促進5G網絡的普及，改善用戶體驗，可參照5G平滑演進的要求，評估各類方案的優缺點，擇優選擇最佳方案，作為助力5G網絡發展的關鍵要素。此外，為加快5G網絡建設進程，還可參照以往經驗，不斷優化網絡架構模式，以滿足用戶的多樣化需求。