5G 網絡移動性能優化研究

劉光海，李 一，肖 天，朱小萌，鄭雨婷

(中國聯通研究院，北京 100048)

0 引言

隨著5G 的商用部署和技術演進，移動通信網絡面臨2G/3G/4G/5G 多制式并存，網絡結構日益復雜。而5G網絡制式和終端的多樣性又進一步加劇了網絡拓撲和邊界場景的復雜度。如何保障用戶的移動性感知成為影響網絡口碑的關鍵一環。

本文聚焦4G/5G 網絡互操作策略及配置方案，針對5G 網絡移動性能保障方案進行深入細致的研究，創新設計網間移動性策略，真正實現端網協同、多網協同，提升5G 網絡的用戶感知及口碑。

1 概述

1.1 5G 組網

5G 網絡包含NSA(Non-Standalone)單棧、SA(Standalone)單棧和NSA&SA 雙棧3 種組網方式，如圖1 所示[1]。

圖1 5G 3 種組網方式對比

NSA 單棧組網下，5G 用戶只能采用以4G 網絡作為移動性管理和覆蓋的錨點，在連接態時通過雙連接的方式新增5G 用戶面接入[2-3]。

SA 單棧組網下，NR(New Radio)獨立組網，5G用戶只能直接與NR 連接之后接入5G 核心網[4]。

NSA&SA 雙棧組網下，5G 用戶既可以通過NSA 方式接入5G 網絡，又可以通過SA 方式接入5G 網絡。通過差異化5G 網絡移動性方案設計，可以實現終端使用各種場景下可能的最高能力網絡，保障用戶感知最優。

1.2 5G 終端

5G 終端包含NSA 單模、SA 單模和NSA&SA 雙模3種終端[5]。

NSA 單模終端為只支持NSA 模式的終端，用戶在空口進行能力上報時會攜帶EN-DC-R15-Supported 字段。

SA 單模終端為只支持SA 模式的終端，用戶在空口進行能力上報時會攜帶SA-NR-R15 字段。

NSA&SA 雙模終端為既支持NSA 模式又支持SA 模式的終端，用戶在空口進行能力上報時會同時攜帶ENDC-R15-Supported 字段和SA-NR-R15 字段。

不同種類終端能力不同，其在空閑態和連接態下的移動性策略也應差異化配置。網絡側需基于不同的終端能力配置不同的互操作策略及參數，保證各類終端根據網絡實際情況及時、合理在網絡間駐留、移動。

1.3 RRC(Radio Resource Control)狀態

NSA 網絡以4G 網絡為信令錨點，只有進入連接態才會觸發與NR 網絡的雙連接。因此，NSA 網絡下用戶的RRC 狀態完全遵從4G 網絡，當前4G 現網只包含RRC Idle 和RRC Connected[6-7]。

而對于SA 網絡，3GPP 協議定義了3 種RRC 狀態：RRC Idle、RRC Inactive 和RRC Connected，如圖2 所示[8-10]。考慮RRC Inactive 主要應用于mMTC 業務場景，本文主要基于空閑態和連接態開展5G 網絡移動性能優化方案研究。

圖2 4G/5G 網絡間RRC 狀態遷移示意圖

2 空閑態5G 網絡移動性

空閑態5G 網絡移動性主要指5G 網絡系統內空閑態重選和4G/5G 網絡系統間空閑態重選。空閑態重選主要通過公共頻率優先級和專用頻率優先級實現。公共頻率優先級通過廣播消息下發，專用頻點優先級會在用戶從連接態進入空閑態的時候下發。具體表現是通過RRC 連接釋放消息中攜帶信元IdleModeMobilityControlInfo(IMMCI)。IMMCI 中包含網絡給用戶下發的專用頻點及頻點優先級信息。用戶收到IMMCI 中攜帶的頻點和頻率優先級消息后，即忽略廣播消息中的頻點和頻率優先級，而是按照IMMCI 中攜帶的頻點和頻率優先級進行后續網絡行為[11]。

為保障不同終端優先駐留在各自能夠匹配的能力最高或性能最優的網絡上，空閑態小區重選總體遵循以下原則：

(1)不同制式間，通過頻率重選優先級控制UE 優先駐留5G：駐留優先級為5G>4G>3G。

(2)相同制式內，針對不同覆蓋場景，可以通過頻率重選優先級控制用戶駐留特定載波，也可以通過小區偏置控制用戶優先駐留在特定小區上；原則上容量層≥覆蓋層，室內微站≥室外宏站。

(3)不同優先級之間，基于高優先級到低優先級或低優先級到高優先級準則進行空閑態重選。

(4)同優先級之間，基于信號強度遵循R 準則進行重選。R 準則是指服務小區的Rs 和目標小區的Rt 分別滿足Rs=Qmeas，s+Qhyst，Rt=Qmeas，t-Qoffset，其中Qmeas是測量小區的RSRP(Reference Signal Receiving Power)值，Qhyst 定義了小區重選遲滯，Qoffset 定義了目標小區的偏移值。如果目標小區在Treselection 時間內，Rt 持續超過Rs，那么終端就會重選到目標小區。

在滿足總體小區重選原則的基礎上，不同區域還應差異化配置頻率重選優先級。

2.1 NSA&SA 雙棧組網區域

NSA&SA 雙棧組網區域內的空閑態策略需滿足如圖3所示原則：

圖3 NSA/SA 雙棧區域空閑態互操作示意圖

(1)對于NSA&SA 雙模終端及NSA 單模終端，在向5G 覆蓋邊緣移動時，優先駐留錨點4G 載波。

(2)對于SA 單模終端，在向5G 覆蓋邊緣移動時，優先駐留在4G 載波(不區分錨點4G 載波與非錨點載波)。

基于上述原則，本文分別給出NSA&SA 雙棧組網區域的5G->4G 和4G->5G 空閑態重選策略。

2.1.1 5G->4G 空閑態重選

5G 到4G 的空閑態重選策略主要通過5G 側公共頻率優先級和5G 側專用頻率優先級實現。

(1)5G 側公共頻率優先級配置

系統間公共頻點優先級配置應滿足5G>4G，系統內公共頻點優先級配置應滿足容量層≥覆蓋層，室內微站≥室外宏站。因此，5G 側公共頻率優先級配置策略為：3.3 GHz 頻段5G 載波>3.4 GHz 頻段5G 載波=3.5 GHz頻段5G 載波>預留5G 頻段載波>1.8 GHz 頻段4G 載波>其他4G 頻點載波。其中，預留5G 頻段載波指2.1 GHz載波5G 小區。

(2)5G 側專用頻率優先級配置

當用戶從5G 向4G 網絡移動時，NSA/SA 雙模終端和NSA 單模終端應優先回落4G 錨點，SA 單模終端回落4G 錨點或其他4G 載波均可。因此，5G 側專用頻率優先級配置策略如表1 所示。

表1 5G 側專用頻率優先級

2.1.2 4G->5G 空閑態重選

4G 到5G 的空閑態重選策略主要通過4G 側公共頻率優先級和4G 側專用頻率優先級實現[12]。

(1)4G 側公共頻率優先級配置

考慮盡量減少對現網配置的更改，公共頻率優先級配置策略為：在保持現網4G 配置優先級順序的前提下，增加配置NR 頻點為優先級7 或6，高于所有4G、3G 頻點。同時4G 錨點載波優先級高于4G 其他載波優先級。

(2)4G 側專用頻率優先級配置

NSA/SA 雙棧網絡下，存在4G 錨點小區和4G 非錨點小區。對于4G 錨點小區，無需配置專用頻點優先級，整體頻率優先級策略遵循公共頻點優先級；對于4G 非錨點小區，需區分終端類型配置不同的專用頻點優先級，避免不必要的異頻測量，從而影響用戶感知。具體策略如表2 所示。

表2 4G 非錨點小區專用頻率優先級

2.2 SA 單棧組網區域

對于SA 單棧組網區域，由于網絡僅支持SA 模式，無需考慮NSA 終端，因此，4G、5G 側僅配置公共頻點優先級與NSA&SA 雙棧的4G、5G 公共頻點優先級保持一致。

2.3 NSA 單棧組網區域

NSA 單棧組網區域下，NR 僅在雙連接時生效，因此5G 側無需配置任何頻點優先級策略，僅在4G 側配置頻點優先級策略。同時，考慮此時網絡僅支持NSA 模式，因此僅配置公共優先級，具體策略為：4G 錨點載波>其他4G 載波。

3 連接態5G 網絡移動性

系統內5G 網絡移動性主要通過異頻切換實現。若兩個5G 載波同優先級(例如3.4 GHz 頻段和3.5 GHz 頻段)，可采用A2+A3 方式實現以保障載波間的負載均衡。若兩個載波優先級不同，當高優先級向低優先級切換時，采用A2+A4 或A2+A5 方式實現，即只有當高優先級載波小區低于某一門限且低優先級載波小區高于某一門限，才觸發切換；當低優先級向高優先級切換時，采用周期性觸發方式實現對高優先級載波的周期性測量[13]。切換事件的具體說明如表3 所示。

表3 切換事件說明

4G、5G 連接態的互操作包含重定向和切換兩種[14]。若N26 接口具備且鄰區配置完善，優選切換方式進行4G 和5G 之間的互操作。若采用重定向方式，則4G 返回5G 時須要采用基于測量的重定向防止5G 踏空；5G 返回4G 時根據實際情況采用基于測量的重定向或者盲重定向。切換和重定向的具體說明如表4 所示。

表4 連接態下用戶移動性3 種方式對比

為滿足不同終端在不同組網下的感知最優，不同區域應根據終端類型差異化配置移動性策略。

3.1 NSA&SA 雙棧組網區域

為實現終端在連接態使用各種場景下可能的最高能力網絡，保障用戶感知最優，NSA&SA 雙棧組網區域連接態策略需滿足如下原則：

(1)NSA&SA 雙模終端在NSA 模式和SA 模式共同覆蓋區域優先駐留SA 網絡。

(2)NSA&SA 雙模終端從4G 網絡向NSA&SA 雙棧覆蓋區移動時，會率先達到NSA 網絡要求。主要考慮NSA網絡下4G 可以補充上行，從而擴展NR 下行覆蓋。

(3)4G 錨點應支持NSA&SA 雙模終端從NSA 網絡向SA 網絡的遷移。

(4)NSA&SA 雙模終端從4G 網絡移動到4G 錨點和SA 同覆蓋區域時，應優先向SA 網絡遷移。

基于上述原則，本文分別給出NSA&SA 雙模區域5G->4G 的連接態互操作和4G->5G 的連接態互操作策略。

3.1.1 5G->4G 連接態互操作

由于5G 屬于高優先級網絡，4G 屬于低優先級網絡，因此5G 到4G 的連接態互操作采用A2+B1 或A2+B2方式實現。即只有源5G 小區低于一定門限同時目標4G 小區高于一定門限時，才觸發5G 到4G 的互操作流程[15]。

(1)對于SA 單模終端，目標4G 小區優選業務主力承載且本區域內連續覆蓋的頻段。

(2)對于NSA/SA 雙模及單NSA 單模終端，目標4G小區優選4G 錨點載波。

3.1.2 4G->5G 連接態互操作

NSA/SA 雙棧組網區域下的4G 網絡既包含4G 錨點小區，又包含4G 非錨點小區。下面針對4G 錨點小區和4G 非錨點小區分別給出互操作策略。

(1)4G 錨點小區

4G 錨點小區互操作策略如下：

①對于NSA 單模終端，只需按照B1 事件添加NR小區、A2 事件刪除NR 小區。

②對于SA 單模終端，考慮4G 向5G 遷移屬于低優先級到高優先級的遷移。在SA 覆蓋區域，應周期性觸發B1 測量，加快SA 單模終端返回5G 網絡。

③對于NSA&SA 雙模終端：在SA 覆蓋較好區域，無論終端是否處于雙連接狀態，終端均應優先實現向SA 遷移；在SA 弱覆蓋區域或覆蓋邊緣，終端通過周期性的B1 測量觸發NSA 添腿流程。例如，網絡側可以通過將SA B1 的TTT 設置得小于NSA B1 的TTT，來實現NSA&SA 雙模終端優先向SA 遷移。

(2)4G 非錨點小區

4G 非錨點小區互操作策略如下：

①對于4G 終端，無需修改現網配置，執行4G 現網移動性要求。

②對于NSA 單模終端，優先遷移至4G 錨點載波上進行業務。

③對于SA 單模終端，優先遷移至SA 載波進行業務。

④對于NSA&SA 雙模終端，按照以下優先級進行數據業務的遷移：5G SA 載波>4G 錨點載波>4G 當前載波。同時，在非錨點小區配置向錨點的定向切換相對于SA 的B1 測量延時啟動定時器，以實現優先SA 切換，具體如圖4 所示。

圖4 NSA/SA 雙棧組網區域下NSA/SA 雙模終端連接態移動性示意圖

3.2 SA 單棧組網區域

對于SA 單棧組網區域，由于網絡僅支持SA 模式，無需考慮NSA 終端，因此4G、5G 側僅配置互操作策略與NSA&SA 雙棧下對于SA 終端的互操作策略保持一致。

3.3 NSA 單棧組網區域

對于NSA 單棧組網區域，由于網絡僅支持NSA 模式，因此NR 只能通過雙連接方式添加。此時5G 側只需配置A2 事件，即刪除NR 事件。4G 側配置互操作策略與NSA&SA 雙棧區域對于NSA 單模終端的要求保持一致。

4 結論

5G 網絡具有多組網方式、多終端類別等顯著特征，多條件下的混合組網帶來了復雜的網絡拓撲及邊界場景，用戶的網間移動性保障優化難度呈幾何倍數增長。本文基于5G 網絡移動性優化方案進行深入研究，首先介紹5G 組網方式和5G 終端類型，同時根據終端的不同RRC 狀態，引出互操作策略下的不同場景：空閑態移動性和連接態移動性。本文詳細介紹了不同組網方式下不同終端的互操作策略，可以為現網互操作策略制定提供依據，有效牽引了5G 網絡移動性能優化。