基于NSA與SA共存網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力對5G平滑演進(jìn)的必要性研究

呂江偉，卓 毅

（中國移動通信集團(tuán)設(shè)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(yùn)營商發(fā)放5G商用牌照以來，我國5G建設(shè)工作不斷加快。結(jié)合5G建設(shè)歷程來看，在組網(wǎng)初期階段，多數(shù)運(yùn)營商為快速推進(jìn)5G業(yè)務(wù)，選擇采用NSA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通過對存量制式網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用，為個滿足個人用戶大帶寬業(yè)務(wù)需求奠定了良好基礎(chǔ)，但難以達(dá)到端到端網(wǎng)絡(luò)切片和超低時延等要求。因此，有必要運(yùn)用NSA與SA共建模式開展5G平滑演進(jìn)。

1 NSA、SA的特征分析

目前，5G網(wǎng)絡(luò)中的NSA網(wǎng)絡(luò)和SA網(wǎng)絡(luò)分別以NSA Option 3x和SA Option2為主。這兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要具有以下3方面特征。

1.1 移動性體驗

隨著人們對數(shù)據(jù)傳輸要求的升高，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的移動性體驗（用戶感知）逐漸成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作的重點之一。NSA網(wǎng)絡(luò)和SA網(wǎng)絡(luò)在移動性體驗方面略有差異。其中，NSA網(wǎng)絡(luò)用戶的承載范圍限定于LTE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，由移動性管理復(fù)用當(dāng)前LTE既有的移動性管理。隨著網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，當(dāng)UE超出NR覆蓋范圍時，用戶數(shù)據(jù)維持正常LTE連接狀態(tài)，直至UE再次回到覆蓋范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常傳輸[1]。而SA網(wǎng)絡(luò)由于初期NR覆蓋較少，因此當(dāng)出現(xiàn)異制式inter-RAT切換時，用戶的數(shù)據(jù)面可產(chǎn)生300 ms的時延。

1.2 快速部署能力

5G網(wǎng)絡(luò)的部署是一個長期過程。在網(wǎng)絡(luò)部署過程中，所選網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的快速部署能力直接影響5G網(wǎng)絡(luò)的部署效率。相對于SA而言，NSA的快速部署能力較強(qiáng)。對于運(yùn)營商而言，運(yùn)用NSA部署5G網(wǎng)絡(luò)，可降低部署風(fēng)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(wǎng)絡(luò)CSFB即可滿足NSA的基本語音要求。而在以SA部署5G網(wǎng)絡(luò)時，如果VoLTE網(wǎng)絡(luò)尚未達(dá)到全面覆蓋標(biāo)準(zhǔn)，那么用戶在使用網(wǎng)絡(luò)期間的語音接入時長可達(dá)8 s左右，且通信過程中容易出現(xiàn)回落狀況，回落次數(shù)為2次。

1.3 全業(yè)務(wù)接入支持狀況

與4G相比，5G的應(yīng)用范圍更加廣泛。5G豐富的業(yè)務(wù)類型，對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的全業(yè)務(wù)接入支持度提出了較高的要求。以NSA Option 3x組網(wǎng)時，5G網(wǎng)絡(luò)在移動通信技術(shù)方面的應(yīng)用效果可得到良好保障，但這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)難以為5G在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)和增強(qiáng)型移動寬帶等物聯(lián)網(wǎng)場景中的應(yīng)用提供必要支持。相比之下，配置NGC核心架構(gòu)的SA Option2對全業(yè)務(wù)接入的支持度較高。當(dāng)SA的R16和R17版本完成后，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基本可滿足網(wǎng)絡(luò)的多樣化業(yè)務(wù)接入要求。

2 NSA、SA共存網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力對5G平滑演進(jìn)的重要性

結(jié)合當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀來看，NSA和SA共存網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力對5G平滑演進(jìn)十分重要。

2.1 滿足漫游客戶接入要求

從5G網(wǎng)絡(luò)的用戶群體構(gòu)成來看，除了一般用戶外，漫游用戶也在用戶群體中占據(jù)著較為重要的地位。單純以NSA或SA組網(wǎng)時，部分SA簽約用戶（或NSA用戶）容易因網(wǎng)絡(luò)不匹配而無法使用5G網(wǎng)絡(luò)。此外，用戶終端網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。在NSA和SA共存網(wǎng)絡(luò)能力的支持下，無論漫游用戶終端所支持或簽約網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)為NSA、SA還是NSA/SA，漫游用戶可通過完善的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)達(dá)成接入5G網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)。

圖1 NSA+SA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2 提高網(wǎng)絡(luò)部署效率

通過分析NSA和SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特征可發(fā)現(xiàn)，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(yè)務(wù)接入方面的優(yōu)勢，提高了其在5G組網(wǎng)中的應(yīng)用價值。根據(jù)上述特征可判斷，單純以NSA進(jìn)行5G組網(wǎng)并不可行，而單純以SA組網(wǎng)則會延長運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)部署時間。相比之下，NSA和SA聯(lián)合的組網(wǎng)模式可有效提高5G網(wǎng)絡(luò)的部署效率。

2.3 保障用戶終端體驗的一致性

手機(jī)是一種關(guān)鍵移動終端。結(jié)合近年來的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)程來看，為促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的推廣，高通、華為以及英特爾等均推出了針對手機(jī)移動終端的5G芯片。但隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)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(wǎng)絡(luò)前期采用NSA架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，因此該公司的5G芯片僅支持NSA網(wǎng)絡(luò)。而當(dāng)開始運(yùn)用SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)時，使用高通芯片的用戶將面臨無法將終端接入SA網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)。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(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力下的5G平滑演進(jìn)方案分析

NSA與SA共存網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力下，5G網(wǎng)絡(luò)的可行平滑演進(jìn)方案包含以下3種。

3.1 全SA組網(wǎng)

在5G平滑演進(jìn)中，全SA組網(wǎng)的共享方案如圖2所示。先在原NSA共享區(qū)域內(nèi)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(lián)至雙方的5G核心網(wǎng)內(nèi)。另外，在5G共建區(qū)域內(nèi)，以SA單?；具M(jìn)行組網(wǎng)，完成后將其雙上聯(lián)至雙方5G核心網(wǎng)中。

圖2 全SA組網(wǎng)共享方案

以全SA組網(wǎng)方案推動5G平滑演進(jìn)時，要求終端設(shè)備支持SA模式，要求網(wǎng)絡(luò)支持4G和SA互操作，支持VoLTE與VoNR業(yè)務(wù)的切換。經(jīng)該方案開展5G平滑演進(jìn)，運(yùn)營商需投入較多資金，加之SA部署速度較慢，運(yùn)營商可能會面臨一定的投資風(fēng)險。

從理論層面來看，經(jīng)該方案完成5G網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)后，5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和用戶體驗方面將產(chǎn)生如下變化。首先，NSA終端使用限制。由NSA架構(gòu)升級為全SA組網(wǎng)方案后，原有NSA終端無法繼續(xù)使用5G服務(wù)，對于持有NSA終端的用戶而言，這種演進(jìn)方式的體驗較差。其次，支持全場景業(yè)務(wù)。全SA方案可支撐全場景業(yè)務(wù)，有助于擴(kuò)展5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。最后，語音方案用戶體驗較差?？紤]到網(wǎng)絡(luò)部署能力（速度），全SA網(wǎng)絡(luò)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(wù)時，移動終端的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)均回落為4G網(wǎng)絡(luò)。

3.2 NSA+SA混合組網(wǎng)

以5G平滑演進(jìn)為要求的NSA+SA混合組網(wǎng)方案，如圖3所示。實現(xiàn)該方案的流程為保留原NSA共享區(qū)域不做改動，允許NSA繼續(xù)接入5G網(wǎng)絡(luò)，并在5G新建區(qū)域內(nèi)設(shè)置SA單?；?，由SA單模基站進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)共享，同時將其雙上聯(lián)至網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的雙方核心網(wǎng)內(nèi)。

圖3 NSA+SA混合組網(wǎng)方案

相較于全SA組網(wǎng)而言，NSA+SA混合組網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求相對簡單，要求終端設(shè)備支持NSA和SA的雙向切換，可依據(jù)網(wǎng)絡(luò)能力進(jìn)行自適應(yīng)選擇。此外，要求網(wǎng)絡(luò)在SA區(qū)域初期支持VoLTE業(yè)務(wù)，后期支持VoNR與VoLTE的業(yè)務(wù)切換。

經(jīng)該方案完成5G平滑演進(jìn)后，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和用戶體驗方面的變動主要在于以下幾點。第一，區(qū)域業(yè)務(wù)支持差異化。以全SA方案為支撐的5G平滑演進(jìn)中，整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)支持范圍高度一致。在NSA+SA混合組網(wǎng)模式下，SA區(qū)域可支持全場景業(yè)務(wù)，而NSA區(qū)域則僅支持增強(qiáng)型移動寬帶業(yè)務(wù)。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(qū)域范圍內(nèi)使用5G服務(wù)，用戶體驗相對較差。例如，某運(yùn)營商在評估NSA+SA混合組網(wǎng)方案的應(yīng)用效果時，以布設(shè)測點形式開展評估。測點的錨點小區(qū)功率和發(fā)射功率分別為40 W和200 W，塔高參數(shù)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(qū)域內(nèi)，開展拉遠(yuǎn)測試和呼叫質(zhì)量撥打測試評估，結(jié)果均提示數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量和語音通話質(zhì)量欠佳。第三，邊界干擾。用戶需在網(wǎng)絡(luò)交界使用5G網(wǎng)絡(luò)時，易受切換時延影響而產(chǎn)生邊界干擾。

3.3 全NSA/SA雙模組網(wǎng)

全NSA/SA雙模組網(wǎng)方案如圖1所示。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來看，經(jīng)該方案實現(xiàn)5G平滑演進(jìn)的流程是將5G網(wǎng)絡(luò)中的原NSA共享區(qū)域全面升級為NSA/SA雙模基站，由雙?；纠^續(xù)開展網(wǎng)絡(luò)共享。另外，在新建區(qū)域內(nèi)，直接以NSA/SA雙模基站開展組網(wǎng)共享，并將基站雙上聯(lián)于對應(yīng)核心網(wǎng)內(nèi)。

全NSA/SA雙模組網(wǎng)方案要求5G網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備支持VoLTE業(yè)務(wù)、VoNR業(yè)務(wù)以及NSA單模終端的網(wǎng)絡(luò)搜索功能，要求網(wǎng)絡(luò)支持4G和5G間的互操作。此外，要求SA區(qū)域支持VoLTE業(yè)務(wù)、VoLTE以及VoNR的切換。按照這些要求完成5G平滑演進(jìn)后，5G網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)體驗方面的變化主要為兩點。第一，同時支持NSA和SA。組網(wǎng)完成后，5G網(wǎng)絡(luò)的所有區(qū)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(wù)體驗。第二，邊界干擾。在不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的邊界區(qū)域，雙模終端可能因切換時延而出現(xiàn)邊界干擾。為進(jìn)一步改善用戶體驗，需參照全NSA/SA組網(wǎng)的特征，合理優(yōu)化4G、5G間互操作參數(shù)。

4 結(jié) 論

綜上所述，運(yùn)用NSA與SA共存網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能力推動5G平滑演進(jìn)具有一定的現(xiàn)實意義。為了促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的普及，改善用戶體驗，可參照5G平滑演進(jìn)的要求，評估各類方案的優(yōu)缺點，擇優(yōu)選擇最佳方案，作為助力5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵要素。此外，為加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)程，還可參照以往經(jīng)驗，不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，以滿足用戶的多樣化需求。