基于NSA架構的4G/5G協同優化研究

許國平，劉宏嘉，李 貝，朱小勇（.中國聯合網絡通信集團有限公司，北京 000；.中國聯合網絡通信浙江省分公司，浙江杭州 005；.中國聯合網絡通信山西省分公司，山西太原 000）

1 概述

3GPP R15 中，5G NR 有2 種部署選擇，SA（Standalone）和NSA（non-Standalone）。目前國內5G 部署采用了NSA 的網絡架構，優勢在于相關標準成熟較早，可為用戶快速提供高速的5G 服務。但是由于NSA 架構依賴4G 側提供信令傳輸，這種4G/5G 強綁定模式，也為后續的網絡運營優化工作帶來了挑戰。本文針對5G NSA 商用初期的3個優化工作的重點，即覆蓋優化、語音和數據業務感知保障，提出了目前比較突出的問題并給出了解決的方案。

2 4G/5G雙網覆蓋協同

由于NSA 的特性，優化5G 信號的覆蓋、提升用戶對于5G 的感知體驗，不再局限在5G 單側，而與4G 尤其是錨點站的關聯性非常大。眾所周知，針對NSA 場景，GSMA根據6種狀態定義了終端側Logo顯示的4種配置方式，目前國內運營商推薦終端采用Config.A+D的方案，即終端空閑態時采用Config.D 顯示方案，而連接態采用Config.A顯示方案。

關于錨點配置，存在以下2個矛盾。

a）錨點配置過少時，比如只與5G 同站配置錨點，可能導致5G覆蓋無法連片。

b）錨點配置過多時，會因出現駐留錨點而無NR覆蓋，導致“假5G”問題。

鑒于此，中國聯通推薦了多項錨點配置的參考原則，并可以組合使用，比如結合場景特點，錨點站可由5G 基站范圍向外延伸1～2 圈；又比如與錨點小區切換次數較多的小區可以增配為錨點小區。另外，中國電信和中國聯通雙方都推薦依據4G/5G 的覆蓋重疊關系，打開或者關閉3GPP 規定的標準開關參數Upper Layer Indication，以最大限度避免“假5G”導致的用戶投訴。

隨著5G系統數據采集和應用能力的不斷提升，可以考慮將用戶的4G 側與5G 側MR 數據進行匹配，從而可以快速實現包括錨點站配置優化在內的各種優化應用方案。匹配的思路如下：4G 的MDT（Minimization Drive Test）技術已經是非常成熟的技術，可以提供10 m 級精度的定位信息；加之4G 的基站規模較大，路測數據也較為豐富，可以基于指紋信息提升MR 數據的定位準確性。因此，NSA 場景下，作為MN（Master Node）的錨點站MR 數據往往具有更易獲取的高精度定位信息，可以通過將用戶信息和時間戳的關聯，將SN（Secondary Node）MR 采樣點關聯到4G MR，即將4G MR 的經緯度賦值給對應的5G MR，于是5G MR 就獲得了與4G MR相同精度的定位信息。

5G MR 獲得定位信息后，可以與4G MR 聯合使用，實現錨點站的配置優化，優化人員甚至可以在可視化條件下優化錨點站配置方案。另外，5G MR 具備定位信息，無疑為5G 的覆蓋評估、虛擬路測、Massive MIMO 的波束權值尋優等應用提供了無限可能。基于4G MR 多年的成熟運用，針對樓宇建筑的低、中、高層小區覆蓋指紋信息，運營商已經具備了三維MR 覆蓋的分析能力。通過上述關聯，賦予5G MR 三維定位信息，將大大有助于Massive MIMO 的波束權值尋優算法的快速收斂，如圖1所示，高層建筑以及密集城區等不同的場景下，一旦具備5G MR 的三維信息，為降低Massive MIMO 波束權值尋優算法系統硬件需求、降低成本和提升計算效率提供了重要保障。

3 NSA用戶的語音業務保障

3.1 語音數據并發時流程沖突問題

圖1 不同場景下Massive MIMO的波束權值尋優

NSA 終端有可能出現語音數據并發的流程沖突問題，可能導致NSA 終端的VoLTE 接入失敗，轉而建立CSFB 業務，流程中可以看到網絡側發送的SIP 503錯誤。出現該問題的原因是：基站在NSA 的SCG 添加過程中，MME 又觸發了建立VoLTE 的QCI5 承載請求，由于基站側此時還未收到核心網SCG 添加的確認信息，將會拒絕VoLTE 的承建建立流程，從而導致VoLTE 接通失敗，甚至導致該終端長時間無法正常VoLTE 起呼。作為臨時性的策略，SCG 添加動作的時延參數可以增加約500 ms，即優先確保完成QCI5 建立，QCI5 建立完成后再進行SCG 添加，可暫時規避該問題。但是隨著5G NSA 用戶規模的不斷擴大，系統處理的時延也會隨之增大，依然有可能出現該類沖突問題。最終解決方案還是需要各個主設備廠商達成一致，在MME 配置適當的優先策略，運營商在這方面應當給予引導。

3.2 語音數據并發時的功率受限問題

3.2.1 語音數據并發的4種策略

中國聯通除了倡導以PowerClass2 類終端能力作為5G 商用終端NSA 模式的基準（終端最高發射功率配置為26 dBm）引導5G 終端產業鏈之外，還要考慮當前PowerClass3 類的5G 終端的語音數據并發感知提升需求，主要有如下4 種部署策略，其中策略1 為無功率自適應策略，策略2、策略3為針對PowerClass3類的5G終端功率受限問題的提升策略。

策略1：無功率自適應策略。在EN-DC 雙連接下，PowerClass3 類終端最高發射功率為23 dBm，VoLTE 與5G 連接并發的情況下，4G 和5G 側的功率均分，最高都只能達到20 dBm。實施該種策略時，Power-Class3類終端的上行發射功率靈活性較差，在4G和5G的覆蓋邊緣分別會造成4G 和5G 側上行的功率受限，可能導致VoLTE 通話質量或者5G 數據業務速率大幅降低。

策略2：VoLTE 與SN 的互斥提升策略（見圖2）。在NSA 用戶發起VoLTE 業務時，如果該用戶已經添加SN 連接，則主動斷掉該用戶的SN 連接，犧牲5G 體驗、確保VoLTE語音感知。

圖2 VoLTE與SN的互斥提升策略

策略3：功率自適應策略（見圖3）。在VoLTE 質差時，收縮5G 功率，提升4G 側功率、保障4G 感知；當語音質量變好后，擴展5G 功率，提升5G 業務體驗，從而達到優先保障VoLTE 語音的同時保證SCG 鏈路的目的。該功能需要終端功能的支持。

圖3 VoLTE與5G數傳功率自適應策略

策略4：VoLTE 與5G 數傳并發與互斥混合策略（見圖4）。如果4G 和5G 側的無線覆蓋都較好，可以為用戶提供VoLTE 與5G 數傳并發。但是如果VoLTE質差或SCG 質差，就主動刪除SCG 連接，僅僅保證用戶的VoLTE 語音業務感知。在該用戶VoLTE 語音業務結束后，下發B1 測量，觸發SN 添加流程，重新為用戶配置5G連接。

3.2.2 性能對比

圖4 VoLTE與5G數傳并發與互斥混合策略

使用NSA 終端連續進行VoLTE 業務和FTP 下載并發業務測試，對上文所述的4 種策略進行性能驗證（由于目前商用終端不支持策略3，所以本文僅驗證了其余3 種策略）。結果顯示，策略1 的下行數據業務流量最大，因為此時數據業務會盡量占用5G SN側，平均速率較高；策略4 由于當無線信號質量下降時，SCG 連接會被釋放，下行數據業務流量居中；策略2終端主要依靠4G 網絡完成下載，流量較小；但是此種情況下，VoLTE功率得到了保障，VoLTE業務的質量較高。

圖5 為NSA 終端在覆蓋差點進行VoLTE 業務和FTP 下載并發測試的結果。其中MCG 代表在系統側配置數據業務只由4G錨點站承載，SCG代表在系統側配置數據業務只由5G NSA 基站承載，SCG Split 代表數據業務可由4G和5G共同承載。從測試結果可以看到，當5G NSA 終端發起VoLTE 業務時，策略2 主動刪除SCG 連接，MOS 值均能達到3.5 以上；而策略4 是有條件的刪除SCG 連接，MOS 值就降低到3.4 的水平；策略1 在VoLTE 業務進行過程中始終保持SCG 連接，在覆蓋差點MOS值劣化明顯，可以看到MOS值已經降低到了3.3的水平。

圖5 覆蓋差點不同策略VoLTE業務并發測試MOS值

根據上述測試結果，如果NSA 終端發起VoLTE 業務時直接刪除SCG連接，終端只能使用4G網絡承載數據業務，會導致數據業務速率感知變差；與此同時，由于終端上行的發射功率得到了保障，就能夠保障VoLTE 業務的感知。如果堅持VoLTE 業務和5G 數傳業務并發，雖然能夠提升終端的數據業務感知，但是VoLTE質量受到負面影響較大。因此建議重點考慮上文所述的策略4，通過參數的優化配置，達到VoLTE 業務感知與用戶速率感知的平衡。

3.3 語音業務保障的其他關鍵問題

5G 語音業務開啟后，在網絡側配置為語音數據并發策略時，原有保障語音感知的策略和錨點優先策略可能會產生沖突。比如所配置的基于無線質量切換的VoLTE 語音業務質量保障功能可能與錨點的定向切換存在沖突。為了解決該問題，目前主要考慮解耦EN-DC 錨點優先的定向重選、切換策略等參數與語音數據分層的參數，針對不同的保障場景設置獨立的參數來滿足5G用戶需求。

另外，目前VoLTE 業務采取的是從承建方切回共享方4G基站的策略，VoLTE業務完成后再切回承建方的錨點站。這就要求承建方錨點站切出以及快速切回錨點站所涉及的參數配置完整、準確，尤其是在承建方與共享方異廠家的場景，需要仔細檢查功能開啟和參數配置情況。

4 4G/5G雙網分流協同

中國聯通NSA 網絡采用的是Option 3X 架構，5G用戶的數據業務可以由4G 分流承擔。在NSA 部署的初期，在5G 覆蓋的邊緣，比如5G 的深度覆蓋能力不足，同時4G室分規模又遠大于5G的區域，可以考慮采用4G動態分流的功能改善5G用戶的感知。對于錨點站帶寬不足的情況，可以考慮關閉該功能。另外，如果該功能將來能夠區分PLMN（Public Land Mobile Network），還將大大提高運營商配置策略的靈活度。目前主要考慮如下3種可能的配置。

4.1 下行分流策略

Option 3X 架構下，下行分流模式由NR 側控制，有3個選項：下行數據僅在MN 側傳輸、僅在SN 側傳輸和動態分流。出于對錨點站負荷的擔心（部分錨點站帶寬較窄），現網多配置為僅在SN 側傳輸。動態分流主要依據以下動態反饋的信息：4G 和5G 側的覆蓋、RLC傳輸速率、空口傳輸時延、RLC 緩存大小以及X2 接口的狀態信息等。

4.2 上行分流策略和效果對比

上行分流模式類似下行分流模式，也分為僅在MN 側傳輸、僅在SN 側傳輸、動態分流3種模式。為了防止錨點站負荷過高，目前上行以僅在SN側傳輸的配置為主。

考慮到5G的上行覆蓋受限的問題比較突出，上行動態分流更有現實意義。下面對以下2種上行動態分流的技術方案進行對比。

技術方案1：將MN 側傳輸和SN 側傳輸相結合的主路徑切換動態分流策略。上行數據可承載在LTE PUSCH 或NR PUSCH，NR 上行SINR 惡化到配置門限后，網絡側可控制NSA終端切換到LTE PUSCH 上發送數據；當NR 上行SINR 改善后，網絡控制NSA 終端重新將主路徑切換到NR。選擇無線覆蓋的較差點，采取CQT 測試的方式驗證該技術方案的效果，結果如表1所示。

從表1 中可以看出，在達到上行SINR 切換門限之后，上行承載切換到LTE側，終端上行的吞吐率得到了改善。根據5G 規劃標準，邊緣速率應大于5 Mbit/s，因此下一步可以考慮優化上行SINR切換門限，在滿足用戶上行速率感知的條件下降低對LTE側的負荷壓力。

技術方案2：基于數據流量控制特性的MN 和SN同步傳輸動態分流策略。當NSA 終端上行待發送數據量高于分流門限時，上行數據在2個空口分流傳輸。選擇NSA 無線覆蓋的好、中、差點，設置較低的上行數據分流門限，使得動態分流容易被觸發，采取CQT 測試的方式驗證該技術方案的效果，如表2所示。

從表2中可以看到，由于上行數據分流門限較低，不論是在好、中、差點，當功能開關打開后，MN 和SN同步傳輸始終在發揮作用，對于NSA 終端用戶的感知提升效果比較明顯，但是這樣也會對LTE 基站造成較大的負荷壓力，可以綜合考慮用戶感知和LTE 現網情況進一步優化上行數據分流門限。

4.3 4G用戶感知優先的NSA限制調度

表1 主路徑切換動態分流策略驗證效果

表2 MN和SN同步傳輸動態分流策略驗證結果

5G用戶的數據業務速率體驗應該主要靠NR側來滿足。當MN 側負荷較高時，可以考慮限制NSA 終端在4G 側的分流，直至停止在4G 側的調度，保障4G 存量用戶的體驗。該功能可以考慮與上述2種分流功能配合使用。

4.4 雙網分流的考慮

目前5G向4G側的分流測試和研究還處于起步階段，由于會對錨點站產生負荷壓力，工程實施有必要采取審慎態度。在今后的研究和測試中，需要注意以下幾點。

a）既然要向4G 分流，最好配合使用4.3 節所述的在4G 側對NSA 終端進行適當限制的措施，以免NSA終端過多搶占純4G終端的資源。

b）上行主路徑切換的動態分流策略，僅在5G NR質差時占用LTE 資源，目前是海思和高通芯片的終端均可以支持；而上行同步傳輸的動態分流策略，可能始終占用LTE 資源，而且目前僅有海思芯片的終端支持。因此，建議首選前者用以提升5G終端用戶的上行邊緣感知。

c）不論采取上行還是下行動態分流，評價的標準宜將4G小區和5G小區的吞吐總量以及邊緣用戶的感知結合起來，即在網絡側和用戶側2個方面找到平衡。

5 總結與展望

本文首先針對5G NSA 建設初期“假5G”問題，探討并給出了幾個解決方案，提出利用4G/5G MR 匹配的方式，快速為5G MR 數據賦予地理位置信息，從而能夠將4G MR 相關的應用盡快拓展到5G 領域。接下來，針對5G用戶感知方面比較突出的語音數據并發感知問題進行了探討，并結合理論分析和測試給出了相關的解決建議。在5G 建設初期，如何保障5G 覆蓋邊緣的數據業務感知也是一個比較突出的矛盾，本文主要針對4G/5G 分流進行了討論，指出上行分流更有現實意義。未來5G 的MDT 技術以及CA 等技術的成熟，都會為以上所述的問題提供新的解決思路。