SA組網下4G/5G協同優化策略研究

魏 芹 王兆輝 王宇航

1.中國移動通信集團江蘇有限公司宿遷分公司；2.中國移動通信集團江蘇有限公司

0 引言

當前4G網絡技術已非常成熟，覆蓋全面深入，且現有網絡規模龐大，有較大的用戶群。因此5G網絡建設初期，NSA組網方式是主流架構，NSA以4G作為基礎網絡，在快速發展推廣5G網絡的同時，又最大限度地規避了5G技術不成熟帶來的風險，并且能夠有效加快5G網絡建設步伐、節約網絡運營成本。

如工業和信息化部原部長苗圩所述：SA由于可運用場景更多，所以有著更大的商用想象空間。NSA僅能支持eMBB業務場景，而SA網絡將來還可應用于mMTC以及uRLLC業務，進而整體改變工業生產以及商業運營的管理方式。總體來說，無論5G采用何種組網方式，最終必然會走向SA架構，SA將會是5G發展的最終形態。鑒于現階段為SA網絡建設初期，SA網絡暫不支持VoNR語音通話，需要4G網絡承載語音業務，在4G網絡承載語音平滑過渡到5G網絡承載語音業務這個窗口期，SA架構下的4G/5G互操作策略該如何配置，是我們應該重點關注的問題，本文主要針對LTE和SA之間的互操作策略進行研究，并結合現場實際應用效果整理出策略配置建議。

1 4G/5G協同組網架構

為了快速推進5G網絡SA組網架構的達成，3GPP組織提出了5G網絡與4G核心網網元融合的新型網絡架構，該架構被寫入到R15協議中。新型網絡架構的推出意味著業務、數據、網絡將會一體化融合演進，從現階段4G網絡到5G網絡的演化過程來看，今后涉及用戶簽約數據、用戶業務數據的融合和用戶業務的連續性都應該是4G/5G融合過程中必須要首先考慮的問題。

SA終端有兩種注冊模式，單注冊和雙注冊，單注冊（Single-Registration）指的是UE僅注冊在5GC或者僅注冊在EPC，UE維護其中單一模式，UE需要同時協調處理EMM和5GMM的狀態。雙注冊（Dual-Registration）指的是UE可以同時注冊在EPC側和NR側，UE可以獨立維護EMM和5GMM的狀態。UE可以選擇僅注冊5GC或EPC，或者同時注冊5GC和EPC，UE獨立維護5GC和EPC模式。

N26是MME和5GC AMF之間的接口，用于EPC和5GC互操作，N26接口是可選的。N26接口用于NR和LTE移動過程中交換用戶的狀態信息，同時提供無縫會話連續性（如語音服務）。4G和5G移動性包括了“With N26”和“Without N26”場景。根據運營商的部署策略，互操作流程可以選擇使用N26接口，也可以選擇不使用N26接口，具體互操作系統架構如圖1所示。

2 4G/5G融合組網整體流程

本文僅考慮5G與LTE系統間互操作流程，當UE為RRC_IDLE和RRC_INACTIVE狀態時走重選流程，當UE為RRC_CONNECTED狀態時走切換或重定向流程。根據UE狀態4G與5G移動性管理可分為空閑態移動性管理和連接態移動性管理，具體流程如圖2所示。

（1）空閑態移動性包括小區選擇及小區重選。

UE駐留某小區后，通過系統消息獲取到異系統優先級、重選門限等相關參數。

①UE會持續對高優先級異頻或異系統小區測量，如果各方面條件滿足，則嘗試重選并駐留到高優先級小區。

②對于同低優先級異頻或低優先級異系統小區，當UE測量到服務小區信號強度或者質量低于一定門限時，才去測量同/低優先級系統和頻點，如果各方面條件滿足，則嘗試重選過去并駐留到同/低優先級小區。

圖1 4G/5G互操作系統架構

圖2 4G/5G互操作流程

（2）連接態移動性即LTE與NR之間的切換、重定向、語音EPS FallBack以及Fast Return。

①切換保證數據業務和語音業務的切換功能，實現業務的連續性。

②重定向包括基于測量的重定向和盲重定向功能，當沒有N26接口時候，UE可以走重定向流程。

③Voice EPS FallBack，當5G網絡不支持IMS Voice時，可將UE切換或重定向到支持IMS Voice的4G網絡中以便繼續語音呼叫的功能，以保證語音業務的連續性。

④Fast Return功能，當UE進行語音呼叫業務時從5G網絡通過EPS FallBack功能到4G網絡，語音通話結束后通過Fast Return功能加速返回到5G網絡，保證用戶的5G業務體驗。

3 SA組網架構下4G/5G互操作策略

3.1 SA組網互操作整體策略

（1）當SA終端在4G網絡與5G網絡之間移動時，涉及系統間的互操作，當UE狀態為RRC_IDLE態和RRC_INACTIVE態時走系統間重選的流程。啟用SA定向重選功能后，當SA終端在4G釋放時，在RRC release消息中的IMMCI信息中攜帶高優先級的NR頻點，使SA UE優先重選到NR小區。

（2）當4G-5G系統間移動UE為RRC_CONNECTED態時走切換或重定向流程，其中系統間的重定向分為盲重定向和基于測量的重定向。在啟用SA定向切換功能后，當SA終端接入4G小區時，4G小區主動將用戶切換或重定向到支持SA的NR小區。

（3）目前5G VoNR暫未部署，SA終端在5G網絡暫不能使用VoNR語音業務。當終端待機在SA網絡的UE需要啟用語音業務時，采用Voice EPS FallBack 功能回落到4G網絡進行語音業務。Voice EPS FallBack是基于業務需求回落4G的功能，回落4G可以通過切換，也可以通過基于測量的重定向或盲重定向方式，整體思路如圖3所示。

圖3 4G/5G互操作分類簡明示意圖

3.2 5G SA組網空閑態互操作策略

SA組網架構中空閑態的4G/5G互操作策略是通過對4G/5G網絡配置不同的重選優先級，進而使SA終端可以駐留在不同層次的網絡。現階段為了使5G用戶更多地占用和使用5G網絡，在配置空閑態重選參數時需將5G網絡頻點的重選優先級設置高于4G網絡的重選優先級，當SA終端從5G網絡覆蓋區域離開，在滿足5G服務小區電平低于絕對門限且同時滿足目標小區高于低優先級重選絕對門限后，SA終端將從5G高優先級小區重選到4G低優先級小區。當SA終端再次移動到5G網絡覆蓋區域時，根據配置的重選策略，在滿足5G目標小區的電平值高于高優先級重選門限時，SA終端從低優先級的4G小區重選到高優先級的5G小區。

由于5G的SIB5消息中最多攜帶8個4G頻點，根據現網的4G頻段應用情況分析，D頻段、E頻段、F頻段以及FDD1800頻段已經能夠形成一張連續覆蓋網絡，其中F頻段作為托底網絡。所以測量頻點配置應至少包含4G錨點頻點FDD1800、D頻段、E頻段和F頻段，相對應的重選優先級配置原則按照5G高于4G錨點高于其他4G頻點設置。為了避免頻繁重選的情況出現，網管重選參數配置也要制定相關規則：服務頻點低優先級重選門限（5G側）要低于異系統高優先級重選門限（4G側），同時為了防止5G終端重選到4G后又很快地重選回5G，需要增加一定的遲滯門限，遲滯門限一般設置為4dB。具體的空閑態優先級配置建議值如表1所示，空閑態參數配置建議值如表2所示。

表1 空閑態優先級配置

重選優先級0-7，數字越大優先級越高，0為最低優先級，7為最高優先級，5G的頻點優先級可以在原絕對優先級基礎上增加小數點，也就是子優先級，設置更高的優先級可以使終端優先駐留5G網絡。

表2 空閑態參數配置

為了驗證策略的有效性，通過測試抓取測試終端4G到5G以及5G到4G的空閑態互操作信令流程，可以看出在終端能力等級里，對應可以查詢到配置的測量頻點信息。

3.3 5G SA組網連接態互操作策略

在SA網絡建設初期階段，受網絡規模、建設進度的影響，部分區域的5G網絡存在覆蓋空洞或弱覆蓋的情況。為了保證SA終端業務的連續性，當SA終端移動到5G網絡覆蓋邊緣的時候，可以通過基于覆蓋的切換或重定向功能將SA終端切換到4G網絡；當SA終端移動到5G網絡覆蓋較好的區域時，為了保障用戶的5G感知，需要將SA終端從4G網絡快速遷移到5G網絡，現采用的策略是通過基于覆蓋的切換或重定向功能，將SA終端從4G網絡遷移到5G網絡。

4G/5G連接態互操作配置原則：在5G網絡感知優于4G網絡感知的情況下，要確保SA終端優先駐留在5G網絡；而當5G網絡感知低于4G網絡感知時，SA終端通過切換或重定向策略回落到4G。SA終端在4G網絡側始終測量5G網絡信號，只要5G網絡體驗優于4G網絡，立刻觸發從4G網絡到5G網絡的業務遷移。結合4G/5G測試數據以及MR采樣分布，通過擬合數據分析，優化4G/5G互操作門限，優化后的連接態的互操作門限及參數設置如表3所示。

表3 連接態4G/5G互操作參數門限

前文做了介紹，SA組網互操作策略應用研究主要分三類，其中4G/5G連接態互操作門限的配置是最重要的一部分。為了驗證參數配置的合理性，選取市區網格進行測試驗證，驗證結果如表4所示，5G時長駐留比、5G覆蓋率、5G MAC層下行吞吐量、5G掉線率等指標改善顯著。可以證實優化后的連接態互操作參數配置策略可以有效提升5G網絡性能，改善用戶的5G網絡使用感知。

表4 參數驗證結果

3.4 5G SA組網語音業務——EPS FallBack

5G網絡架構下的語音解決方案有兩種：VoNR和EPS FallBack。在SA建網初期階段，5G網絡沒有達到連續覆蓋，且暫不支持VoNR語音通話，而4G網絡優化成熟，覆蓋深入，所以初期階段的語音業務還是Volte，采用EPS FallBack方式來實現。當SA終端占用5G網絡啟用語音業務時，通過EPS FallBack功能回落到4G網絡，通過4G網絡承載VoLTE語音服務。目前采用的EPS FallBack策略分為基于盲的重定向和基于切換的重定向兩種回落方式。

通過選取市區網格進行拉網和定點測試，經過測試驗證，結果如表5所示，基于盲重定向的EPS FallBack策略較基于切換的EPS FallBack測量在時延上要快24%，初期階段建議配置基于盲重定向的EPS FallBack策略。

表5 EPS FallBack與Fast Return時延定點和拉網測試結果

為了使SA終端盡可能占用5G網絡，SA終端通過EPS FallBack回落到4G網絡做完語音業務后采用Fast Return的方式返回5G網絡，確保用戶感知。若4G網絡或SA終端不支持Fast Return功能，那么終端在4G側做完語音業務后會進入到空閑態，然后再通過4G到5G的異系統重選功能回到5G。由于4G到5G異系統重選流程的相對時延比Fast Return要長，現網建議4G網絡打開Fast Return功能，確保終端能夠迅速回到5G，提升5G駐留比。

4 結束語

SA商用網絡已迅速鋪開，在VoNR還未正式啟用前，4G/5G協同優化互操作策略的深度研究顯得尤為重要，本文通過參考3GPP組網協議并結合測試數據分析，通過一系列論證摸索出適用于當前SA組網架構下空閑態、連接態互操作參數配置建議，對后續的SA無線網絡優化提供了支撐。