面向5G 的SON 3GPP 標準進展

張會麗

（重慶信息通信研究院，重慶 400000）

0 引言

5G 網絡具有增強型移動寬帶，超可靠低延遲通信和大規模機器類型通信三大場景，其特點分別是高速高數據量，低速超低延遲以及來自大量新興的智能通信設備不經常傳輸的較低數據量。為了支持廣泛的QoS 級別，需要自動調整5G 網絡以響應網絡狀況，以保持最佳的性能效率。由于5G 網絡將擁有比前幾代蜂窩移動通信網絡更多的小區，因此SON 自動化對于運營商管理復雜5G 網絡更為重要。

1 5G SON 研究必要性

5G SON 消耗管理數據，包括但不限于警報，測量，分析KPI、QoE 和供應數據，以根據時間和位置分析網絡行為、狀態和流量模式，進而預測潛在問題，以及提前計劃解決方案，以解決網絡問題。隨著人工智能和大數據的發展，5G SON 能夠處理在數天、數周、數月乃至更長時間內收集的大量管理數據，以創建提高網絡性能和效率所需的自我優化，自我配置和自我修復行為。

2018 年9 月，3GPP 工作組SA5 在第81 次TSG-SA全會上正式通過關于面向5G 的SON 研究立項（SP-180827）[1]，該立項由Intel、Verizon、ETRI、CMCC、ZTE 等10 余家國內外企業聯合起草提出。在該提案中，提及5G SON 可能會重用在Rel16 之前開發的SON 功能（例如，自動鄰居關系、容量和覆蓋范圍優化、負載平衡、小區中斷補償、干擾控制等），其主要目標在于基于對網絡數據和管理數據的分析，研究SON 來控制5G 網絡的用例和要求，并將聯合RAN、SA2 和CT 工作組聯合進行研究，其涉及RAN 和CN 方面：自我配置/重新配置；自我優化；自我修復；研究與網絡切片有關的SON 的用例和要求。此外，3GPP 無線網絡工作組RAN 提出面向演進5G 網絡的SON 研究立項RP-191594[2]、RP-192610[3]、RP-193255[4]、RP-201281[5]以及RP-201625[6]，旨在加強RELEASE 17 版本5G 網絡SON 性能。

2 SON 3GPP 研究進展

基于面向5G SON 研究項目立項，SA5 針對5G 網絡進行了SON 的研究，并形成技術報告TR28.861[7]，內容涉及以下方面：（1）網絡切片實例（Network Slice Instance，NSI）資源分配優化；（2）3GPP 網元（Network Function，NF）的自我建立，包括自動化軟件管理；（3）自動鄰居關系（Automatic Neighbour Relation，ANR）管理；（4）ANR 優化；（5）物理小區標識（Physical Cell Identifier，PCI）配置；（6）自動網絡配置數據處理；（7）負載平衡優化；（8）隨機接入（random access，RACH）優化；（9）集中容量和覆蓋范圍優化；（10）NF 的多供應商即插即用；（11）新NF 的自我配置；（12）移動魯棒性優化；（13）節能管理；（14）自動創建NSI；（15）優化通信服務質量；（16）跨片網絡資源優化；（17）多方面/多領域資源優化。

SA5 工作組經過多方面、多角度的探索與鉆研，在TSG-SA 第87 和89e 次會議分別通過提案SP-200194[8]和SP-200763[9]，即為Enhancements of Self-Organizing Networks（SON） for 5G networks 以及Revised WID Self-Organizing Networks（SON） for 5G networks，其目標在于針對5G SON 研究方案輸出技術標準文檔28.541[10]、28.544[11]、28.545[12]、28.552[13]、TS28.313[14]以及TS28.627[15]，主要涉及以下面向5G 的SON 功能解決方案。

2.1 自動鄰居關系管理/優化[16]

ANR 功能的目的是為了緩解運營商管理鄰小區關系（Neighbour Cell Relation，NCR）的負擔。ANR 功能處于gNB，主要用于管理NCR 表格（Neighbour Cell Relation Table，NCRT）。通過ANR 功能，鄰小區可以發現新的鄰小區并將其加入NCRT 中。此外ANR 還有鄰小區刪除功能，從而能夠移除過期的鄰小區關系。如何判斷鄰小區關系的添加和刪除取決于基站實現。

NCR 是小區與小區間的關系，是為了支持Xn 鏈路的建立。相鄰小區關系是單向的，而Xn 鏈路是雙向的。在Xn 接口建立過程或者gNB 配置更新過程中的鄰小區信息交互可以用于ANR。ANR 功能也可以允許O&M 進行NCRT 管理。O&M 可以添加或刪除NCR 關系，同時也可以改變NCRT 的屬性。此外當NCRT 更新后，NG-RAN需要通知O&M 系統。

2.2 PCI 配置[14]

每個基站被分配了一個PCI，該PCI 以主同步信號和輔同步信號廣播。當UE 接收主同步信號和輔同步信號以獲取時間和頻率同步時，它還將獲得用于唯一標識5G 小區的PCI。5G 中僅存在1 008 個唯一的PCI，由于5G 在毫米波段中部署了大量NR 小區和小型小區，因此需要重復使用PCI。通常，運營商在部署網絡時使用網絡規劃工具將PCI 分配給小區，以確保所有相鄰小區都具有不同的PCI。但是，由于添加了新的小區或ANR 功能改變了鄰居關系，因此可能會出現以下問題：

（1）PCI 沖突：兩個相鄰的小區具有相同的PCI；

（2）PCI 混淆：一個小區具有2 個具有相同PCI 值的相鄰小區，其中，小區#A 的PCI 與其兩個相鄰小區（小區#B 和小區#C）的PCI 不同，但是小區#B 和小區#C具有相同的PCI。PCI 混淆會影響切換性能，因為UE 會為將其切換到哪個小區感到困惑。

PCI 配置目標是配置新部署的NR 小區的PCI，并重新配置承受PCI 沖突或PCI 混淆問題的NR 小區的PCI。有兩種配置PCI 的方法：集中式PCI 配置和分布式PCI 配置。

2.2.1 集中式PCI 配置流程

（1）集中式PCI 配置功能監視并收集與PCI 相關的數據；

（2）集中式PCI 配置功能分析PCI 相關信息，以檢測新部署的NG-RAN 或NR 小區的PCI 沖突或混亂。

（3）集中式PCI 配置功能使用NG-RAN 供應服務來為每個新部署的NR 小區配置特定的PCI 值或列表值，或者為NG-RAN 中的NG-RAN 小區重新配置PCI 值或列表值，以解決PCI 沖突或混亂的問題；

（4）NG-RAN 根據配置的特定PCI 或PCI 列表執行PCI 選擇；

（5）如果未正確配置新部署的NR-RAN 小區或未解決PCI 沖突或混亂問題，則集中式PCI 配置功能將恢復到步驟（3）。

2.2.2 分布式PCI 配置流程

PCI 管理和控制功能可設置NR 小區使用的PCI 值列表，并激活分布式PCI 配置功能；分布式PCI 配置功能從PCI 管理和控制功能提供的PCI 值列表中隨機選擇一個PCI 值；分布式PCI 配置功能將為此NR 小區選擇的PCI 值報告給PCI 管理和控制功能。

2.3 容量和覆蓋率優化[14]

容量和覆蓋率優化（Centralized Capacity and Coverage Optimization，CCO）目標是執行NR-小區的NG-RAN 覆蓋和容量優化。CCO SON 功能處于激活狀態，并使用由相應提供商提供的NG-RAN 和5GC 提供管理服務和PM服務。CCO 功能收到的測量結果可能包括網絡性能指標，其中可能包括覆蓋不良的指示，例如RSRP 和RSRQ統計信息，RLF、RRC 連接失敗/掉線，切換失敗等。CCO具體實現步驟為：

（1）CCO 功能正在監視NG-RAN 內某些區域或波束的性能指標，并可以通過收集諸如RSRP、RSRQ 的性能度量來監視5GC，例如語音掉話等事件的CDR、SINR 和RLF 測量以及小區內的波束；

（2）如果CCO 功能通過分析測量（例如DL SSB 波束的RSRP、RSRQ、SINR 和RLF 測量）來檢測某些小區，某些區域或小區內某些波束的覆蓋或容量下降，其中降級標準的一些示例是信號強度過低，RRC 連接嘗試，隨機訪問嘗試的成功率低等。

（3）CCO 功能確定改善小區和小區內區域的覆蓋范圍和/或容量所需的操作；

（4）CCO 功能修改小區和/或一個或幾個相鄰小區中的配置參數或5GC 的配置，例如PCF 策略以減少負載，并繼續監視PM 測量；

（5）如果網絡性能無法恢復，則CCO 功能會調整在步驟（2）中所做的修改。

（6）返回到步驟（1）。

2.4 負載平衡優化[14]

負載平衡優化（Load Balancing Optimization，LBO）包括分布式LBO 和集中式LBO 的管理，主要聚焦集中式LBO（Centralized LBO，C-LBO），具體為：C-LBO 功能從gNBCU-CP/gNB-CU-UP/gNB-DU 收集負載性能測量值（例如，無線電資源使用情況,負載指示器,組合可用容量PRBd 等）或通知（例如，某些測量結果的閾值交叉）；然后C-LBO 功能會分析負載測量結果，以確定是否需要采取的措施，包括切換和/或重選參數的配置以及更改虛擬資源的啟動，以優化相鄰小區之間的流量負載分配；C-LBO 功能收集性能測量值（例如，RRC 連接建立/釋放，異常釋放，切換失敗，掉話等）的數量，以評估LBO 性能，并可以更新LBO 性能的切換和/或重選參數。

2.5 移動魯棒性優化[14]

如果切換參數設置不正確，5G NR 小區可能會遇到問題，例如切換得太早或太晚，切換到錯誤的小區，乒乓切換等，不僅會影響用戶體驗，還會浪費網絡資源。移動魯棒性優化（Mobility Robustness Optimization，MRO）旨在自動配置小區中的切換參數，以提高切換性能。

MRO 管理和控制功能設置NR 和EUTRAN 切換參數的范圍以及MRO 功能的目標，并收集與切換相關的測量和無線鏈路故障報告，以監控切換性能。如果切換性能未達到目標，則MRO 管理和控制功能將分析測量結果和無線鏈路故障報告，并且可以執行以下操作之一：（1）更新MRO 功能的目標；（2）更新NR 鄰居關系和EUTRAN 鄰居關系的切換參數范圍；（3）禁用MRO 功能，并為NR 鄰居關系配置切換參數，并使用認為可以提高切換性能的值。

2.6 RACH 優化[14]

配置不當的RACH 可能會增加UE 接入網絡所花費的時間，并且可能會增加可能影響呼叫建立性能的接入失敗。RACH 優化是在小區中自動配置RACH 參數，以通過減少網絡訪問時間并最大程度地減少故障來獲得最佳網絡性能。

RACH 優化功能即通過自動調整RACH 參數（例如RACH-ConfigCommon 屬性）以優化RACH 性能。RACH 管理和控制功能設置RACH 優化功能的目標，并收集以下性能度量值以監視RACH 性能：（1）為實現同步而發送的前導UE 數的分布；（2）UE 實現同步所需時間的分配。如果RACH 性能未達到目標，則RACH 管理和控制功能將分析測量結果，并可以執行以下操作之一：①更新RACH 優化功能的目標；②更新NR 小區的RACH 參數范圍；③禁用RACH 優化功能，并為NR 小區配置RACH參數，使其具有可以提高RACH 性能的值。當激活RACH 優化功能時，RACH 管理和控制功能不應配置RACH 參數。

3 結論

3GPP Rel-16 階段開展了面向5G 的SON 技術的研究立項和標準化工作，并在自動鄰居關系管理/優化、物理小區標識配置、負載平衡優化、隨機接入優化等方面取得了不少研究成果。3GPP Rel-17 階段將繼續深入開展面向5G 的標準化演進工作。