基于錨點(diǎn)的4G+5G 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同組網(wǎng)策略*

羅新軍，王國慶，彭文祥

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

5G 網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)及設(shè)備特點(diǎn)，使其建設(shè)面臨與以往2G/3G/4G 等制式網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不同的要求。3GPP R15 中，5G NR 有兩種部署選擇，SA（Standalone）和NSA（non-Standalone）。SA 模式下NR 獨(dú)立組網(wǎng)；NSA 模式下，一個(gè)基站依賴于另外一個(gè)基站提供控制信道。NSA 模式下的Option3,無需獨(dú)立新建5G 核心網(wǎng)，只需將目前的4G 核心網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造，并按需建設(shè)5G 基站，以當(dāng)前成熟的4G 網(wǎng)絡(luò)為主，無需5G 連續(xù)覆蓋，5G 網(wǎng)絡(luò)就可以快速投入商用，降本增效。國內(nèi)運(yùn)營商的4G 網(wǎng)絡(luò)成熟，中國移動(dòng)的TDD（2.6GHz、1900MHz）基本實(shí)現(xiàn)廣域全連續(xù)覆蓋，行政村和農(nóng)村100%、現(xiàn)有高速高鐵等重要交通干線100%覆蓋、FDD1800MHz 城區(qū)容量補(bǔ)充、FDD900MHz 在地鐵、高校場景加強(qiáng)覆蓋深度同時(shí)兼顧容量；中國電信的FDD800MHz、1.8GHz、2.1GHz已實(shí)現(xiàn)廣域連續(xù)覆蓋，中國聯(lián)通的FDD900MHz、1.8GHz、2.1GHz 已實(shí)現(xiàn)廣域連續(xù)覆蓋。為搶占5G網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略的制高點(diǎn)，全國各大運(yùn)營商都在加速全面推動(dòng)5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，初期主要基于NSA 組網(wǎng)架構(gòu)，基于錨點(diǎn)及切換的4G+5G 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同組網(wǎng)策略已然成為國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。

1 NSA 組網(wǎng)面臨的問題及挑戰(zhàn)

基于NSA 組網(wǎng)的5G 網(wǎng)絡(luò)，需要依托4G 網(wǎng)絡(luò)為錨點(diǎn)，才能為用戶提供良好的5G 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)?，F(xiàn)階段，一方面4G 網(wǎng)絡(luò)成熟，基本實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)連續(xù)廣覆蓋、容量覆蓋和深度覆蓋，但另一方面現(xiàn)有成熟的4G網(wǎng)絡(luò)是建立在多頻段多制式的網(wǎng)絡(luò)模式下，如中國移動(dòng)4G 包括TDD2.6GHz、TDD1900MHz、FDD1800HzM 等，成熟的4G 網(wǎng)絡(luò)給運(yùn)營商帶來大量的用戶和收益，同時(shí)也對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能提出了更高要求，為避免小區(qū)擁塞，網(wǎng)絡(luò)通常需要做負(fù)荷均衡，容易引起NSA 終端被負(fù)荷均衡出錨點(diǎn)小區(qū)，導(dǎo)致錨點(diǎn)小區(qū)駐留不上或不穩(wěn)定；加之各頻段制式在覆蓋過程中也存在弱區(qū)、盲區(qū)等情況，引起NSA 終端發(fā)生小區(qū)切換被踢出錨點(diǎn)小區(qū)現(xiàn)象；4G+5G 協(xié)同組網(wǎng)模式下，建設(shè)5G 站點(diǎn)后，可通過4G/5G 基站共模反向開通4G，快速實(shí)現(xiàn)4G+5G 的協(xié)同覆蓋，但也帶來4G 越區(qū)覆蓋等問題，需要4G+5G 協(xié)同調(diào)優(yōu)。這些均給NSA 組網(wǎng)下5G 終端錨點(diǎn)的選擇帶來挑戰(zhàn)，容易帶來5G 終端難以駐留在錨點(diǎn)小區(qū)、無法穩(wěn)定駐留在錨點(diǎn)小區(qū)及錨點(diǎn)小區(qū)頻繁 切換等問題，嚴(yán)重影響5G 用戶體驗(yàn)和用戶感知。

2 基于錨點(diǎn)的4G+5G 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同組網(wǎng)策略

為充分利舊現(xiàn)網(wǎng)4G 網(wǎng)絡(luò)資源，降低建設(shè)投資，加速5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及應(yīng)用，現(xiàn)有國內(nèi)各大運(yùn)營商的5G 網(wǎng)絡(luò)主要基于NSA 組網(wǎng)模式，NSA 終端通過現(xiàn)網(wǎng)4G 網(wǎng)絡(luò)為錨點(diǎn)接入5G 網(wǎng)絡(luò)，并開展5G 應(yīng)用。為確保5G NSA 組網(wǎng)的可靠性，提升用戶5G 感知，運(yùn)營商N(yùn)SA 組網(wǎng)的錨點(diǎn)方式基本上是采用雙錨點(diǎn)模式?；阱^點(diǎn)選擇及其切換的4G+5G 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同組網(wǎng)策略主要是根據(jù)錨點(diǎn)小區(qū)的優(yōu)先級(jí)及錨點(diǎn)小區(qū)信號(hào)覆蓋、質(zhì)量、容量等情況確保NSA 終端在理想錨點(diǎn)上駐留，同時(shí)，基于現(xiàn)有4G 網(wǎng)絡(luò)，按需布放5G，通過調(diào)優(yōu)，開展4G+5G 協(xié)同組網(wǎng)。

2.1 錨點(diǎn)選擇策略

中國移動(dòng)現(xiàn)有4G 網(wǎng)絡(luò)主要有基于LTE-TDD制式的1900MHz、2.6GHz，基于LTE-FDD 制式的1800MHz 等，按照規(guī)劃，NSA 終端錨點(diǎn)頻段主要選擇FDD1800MHz 或TDD1900MHz 頻段，兩者均支持，TDD2.6GHz 頻段則主要用于移動(dòng)4G 業(yè)務(wù)。各制式性能特點(diǎn)及覆蓋情況如表1 所示。

表1 不同頻段制式覆蓋能力及情況表

NSA 組網(wǎng)的4G 錨點(diǎn)選擇，需綜合考慮各種因素，主要包括錨點(diǎn)頻段的覆蓋、質(zhì)量、容量等性能指標(biāo)；該錨點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)制式基站建設(shè)的難易程度及產(chǎn)業(yè)成熟度；建設(shè)投資方面考慮利舊現(xiàn)網(wǎng)、NR 與LTE可實(shí)現(xiàn)共站建設(shè)降低X2 接口工程成本等。

對(duì)中國移動(dòng)現(xiàn)有4G 頻段進(jìn)行錨點(diǎn)建設(shè)分析，TDD1900MHz 錨點(diǎn)，現(xiàn)網(wǎng)已基本實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，可以充分利舊現(xiàn)網(wǎng)；FDD1800MHz 錨點(diǎn)，該頻段建設(shè)起步相對(duì)較晚，經(jīng)過近幾年的規(guī)模開展組網(wǎng)建設(shè)，大部分區(qū)域已實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，后續(xù)可以進(jìn)一步結(jié)合5G 需求完善該頻段網(wǎng)絡(luò)覆蓋；對(duì)于TDD2.6GHz頻段，現(xiàn)階段NSA 終端支持該頻段錨點(diǎn)的較少，產(chǎn)業(yè)成熟度低，建議不作為錨點(diǎn)頻段，而是主要為4G 網(wǎng)絡(luò)的流量頻段，用于承載4G 網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)和容量，用于非NSA 終端的負(fù)荷均衡頻段。錨點(diǎn)選擇策略主要是采用具有連續(xù)覆蓋的LTE 頻段小區(qū)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋比較好的區(qū)域，可以配置為單錨點(diǎn)；在單一制式網(wǎng)絡(luò)一些區(qū)域存在非連續(xù)覆蓋場景或局部弱覆蓋、盲區(qū)場景，可以采用雙錨點(diǎn)方式，如：FDD1800MHz/TDD1900MHz 雙錨點(diǎn),具體可以根據(jù)4G 各網(wǎng)絡(luò)制式的覆蓋情況進(jìn)行錨點(diǎn)動(dòng)態(tài)選擇。

經(jīng)過現(xiàn)場測試，在FDD1800MHz、TDD1900MHz單錨點(diǎn)及雙錨點(diǎn)下，5G NR 性能基本是相當(dāng)?shù)?。采用不?G 頻段制式錨點(diǎn)的5G NR 性能如表2 所示。

表2 不同4G 頻段錨點(diǎn)下的5G NR 性能表

2.2 錨點(diǎn)優(yōu)先級(jí)策略

考慮到現(xiàn)網(wǎng)4G 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)復(fù)雜，NSA 終端在錨點(diǎn)小區(qū)的駐留存在極大的不確定性。通過設(shè)置各4G 頻段制式的優(yōu)先級(jí)，使NSA 終端優(yōu)選選擇錨點(diǎn)小區(qū)接入，通過調(diào)整錨點(diǎn)頻段的優(yōu)先級(jí)及開啟非錨點(diǎn)頻段向錨點(diǎn)小區(qū)的定向切換，使NSA 終端穩(wěn)定地駐留在錨點(diǎn)小區(qū)，增強(qiáng)NSA 組網(wǎng)模式下5G 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

根據(jù)選擇的錨點(diǎn)頻段配置相應(yīng)的錨點(diǎn)優(yōu)先級(jí)。針對(duì)中國移動(dòng)的4G 錨點(diǎn)頻段，將TDD2.6GHz 配置為4G 公共頻段，作為公共頻點(diǎn)其優(yōu)先級(jí)為高，作為NSA 錨點(diǎn)頻段其優(yōu)先級(jí)為低，即通常配置TDD2.6GHz 作為公共頻點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)高于錨點(diǎn)頻段TDD1900MHz 和FDD1800MHz；將TDD1900MHz 和FDD1800MHz 配置為4G 錨點(diǎn)頻段，作為公共頻點(diǎn)時(shí)其優(yōu)先級(jí)為低，作為NSA 錨點(diǎn)頻點(diǎn)時(shí)其優(yōu)先級(jí)為高；錨點(diǎn)頻段TDD1900MHz 和FDD1800MHz 可根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)覆蓋情況配置為同優(yōu)先級(jí)或不同優(yōu)先級(jí)，配置為不同優(yōu)先級(jí)時(shí)，F(xiàn)DD1800MHz 優(yōu)先級(jí)為高，TDD1900MHz 優(yōu)先級(jí)為低。錨點(diǎn)優(yōu)先級(jí)配置完后，其采用的策略是非NSA 終端優(yōu)先駐留在公共頻段，盡量少搶占錨點(diǎn)資源，而NSA 終端能夠優(yōu)先選到錨點(diǎn)小區(qū)并穩(wěn)定駐留，并盡量減少對(duì)現(xiàn)網(wǎng)普通4G 用戶的影響。

其實(shí)現(xiàn)方式主要基于NSA 的IMMCI(Idle Mode Mobility Control Info)功能，基站據(jù)此識(shí)別終端的NSA 能力，配置專用頻點(diǎn)優(yōu)先級(jí)。非錨點(diǎn)小區(qū)開啟基于NSA 的IMMCI 功能，使NSA 終端優(yōu)先重選到錨點(diǎn)頻段；錨點(diǎn)小區(qū)開啟基于NSA 的IMMCI 功能，使NSA 終端穩(wěn)定駐留到錨點(diǎn)頻段；對(duì)于雙錨點(diǎn)小區(qū)場景可以配置兩個(gè)錨點(diǎn)為同優(yōu)先級(jí)，使NSA 終端在雙錨點(diǎn)上均勻分布，也可配置為不同優(yōu)先級(jí)，提升NSA 終端的錨點(diǎn)小區(qū)穩(wěn)定性。

2.3 錨點(diǎn)切換策略

由于存在多錨點(diǎn)小區(qū)及非錨點(diǎn)小區(qū)，必然會(huì)引起錨點(diǎn)切換。錨點(diǎn)切換策略關(guān)系到NSA 終端能否優(yōu)先接入并穩(wěn)定駐留在錨點(diǎn)小區(qū)，避免NSA 終端在錨點(diǎn)小區(qū)之間或錨點(diǎn)小區(qū)與非錨點(diǎn)小區(qū)之間頻繁切換。主要包括錨點(diǎn)小區(qū)間的切換策略、錨點(diǎn)小區(qū)與非錨點(diǎn)小區(qū)之間的切換策略及非錨點(diǎn)小區(qū)向錨點(diǎn)小區(qū)的定向切換策略等。

當(dāng)NSA 終端配置有雙錨點(diǎn)時(shí)，存在錨點(diǎn)小區(qū)間的切換，特別是雙錨點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)不同時(shí)，需特別關(guān)注終端的錨點(diǎn)切換策略。通過配置小區(qū)定向切換和配置特殊的錨點(diǎn)異頻切換門限，NSA 終端優(yōu)先并盡量在錨點(diǎn)小區(qū)間進(jìn)行切換。其切換策略是錨點(diǎn)小區(qū)為NSA 終端配置獨(dú)立的異頻切換門限，主要有基于A1+A4 門限或者A2+A5 門限切換策略等，使NSA 終端難以基于覆蓋切換到非錨點(diǎn)頻段；同時(shí)，當(dāng)錨點(diǎn)小區(qū)接入用戶過多時(shí)，錨點(diǎn)小區(qū)在做負(fù)荷均衡設(shè)置時(shí)，不選NSA 的5G 用戶，盡量選擇非5G用戶做負(fù)荷均衡，避免NSA 終端被均衡出錨點(diǎn)小區(qū)。當(dāng)NSA 發(fā)生錨點(diǎn)小區(qū)向非錨點(diǎn)小區(qū)的切換時(shí)，此時(shí)NSA 終端無法開展5G 業(yè)務(wù)，需啟動(dòng)非錨點(diǎn)小區(qū)向錨點(diǎn)小區(qū)的定向切換策略，使NSA 終端及時(shí)切換到錨點(diǎn)小區(qū)駐留。

當(dāng)NSA 終端駐留在非錨點(diǎn)小區(qū)時(shí)，需觸發(fā)NSA 終端定向切換功能，主要包括：初始接入觸發(fā)、基于覆蓋的切換場景觸發(fā)等。非錨點(diǎn)小區(qū)為NSA終端配置獨(dú)立的異頻切換門限，主要有基于A1+A4門限或者A2+A5 門限切換策略等，使NSA 終端更容易基于覆蓋切換到錨點(diǎn)頻段小區(qū)，避免或減少終端先切換到其他非錨點(diǎn)頻段小區(qū)，再觸發(fā)NSA 終端定向切換功能，實(shí)現(xiàn)錨點(diǎn)小區(qū)的優(yōu)先駐留。

通過配置錨點(diǎn)小區(qū)向低優(yōu)先級(jí)錨點(diǎn)小區(qū)、非錨點(diǎn)小區(qū)獨(dú)立的異頻切換門限，可以避免NSA 終端錨點(diǎn)小區(qū)的頻繁切換。

2.4 4G+5G 協(xié)同組網(wǎng)策略

基于NSA 的5G 組網(wǎng)模式，需要4G+5G 協(xié)同組網(wǎng)，解決NSA 終端錨點(diǎn)駐留問題，提升5G 用戶體驗(yàn)和感知。現(xiàn)有5G 設(shè)備基本采用基于大規(guī)模天線陣列的AAU 模式，為充分釋放原小區(qū)容量需求，開展5G 建設(shè)時(shí)，可以基于4G/5G 共模設(shè)備反向開通4G。4G/5G 共模設(shè)備64TR 相比原單模設(shè)備8TR，下行MCS 顯著提升，進(jìn)一步釋放原小區(qū)容量需求，RRC連接數(shù)、小區(qū)吞吐量、頻譜效率顯著提升，減少了干擾，提升了邊緣速率。但大規(guī)模天線陣列增益也帶來4G 上行越區(qū)干擾，需結(jié)合5G 覆蓋需求對(duì)相關(guān)工參進(jìn)行調(diào)整，以使4G+5G 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同達(dá)到良好的效果，主要工參包括：AAU 機(jī)械下傾角、廣播權(quán)值、掛高等，通過工參調(diào)整以滿足覆蓋要求，避免4G 越區(qū)覆蓋，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同。

3 結(jié)語

基于NSA 的5G 初期組網(wǎng)，通過有限的投資，建設(shè)一定數(shù)量的5G 基站，實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)局部覆蓋，充分利用成熟的4G 網(wǎng)絡(luò)，提升基于NSA 組網(wǎng)模式下的5G 用戶體驗(yàn)和用戶感知，實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)的提前商用，利于分層、分階段、分步驟實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)廣覆蓋和深度覆蓋，同時(shí)為后續(xù)向SA 組網(wǎng)演進(jìn)做準(zhǔn)備。5G 的NSA 終端需要通過現(xiàn)網(wǎng)4G 網(wǎng)絡(luò)小區(qū)為錨點(diǎn)接入5G 網(wǎng)絡(luò)，由于運(yùn)營商存在多個(gè)頻段的4G 網(wǎng)絡(luò)小區(qū)，存在5G 終端錨點(diǎn)小區(qū)附著不上、錨點(diǎn)小區(qū)附著不穩(wěn)定、錨點(diǎn)小區(qū)頻繁切換等問題，通過錨點(diǎn)選擇及切換方法，在達(dá)到4G+5G 協(xié)同組網(wǎng)、降本增效、實(shí)現(xiàn)5G 高效組網(wǎng)的同時(shí)，大幅提升NSA 組網(wǎng)下5G 終端駐留在錨點(diǎn)小區(qū)的速度和穩(wěn)定性，避免錨點(diǎn)小區(qū)的頻繁切換，大幅提升5G 終端的用戶體驗(yàn)和用戶感知。5G 組網(wǎng)方式當(dāng)前主要基于NSA 的option3x 模式，后續(xù)將逐步平滑演進(jìn)到SA 的option2x 架構(gòu)，現(xiàn)有基站已支持NSA 和SA 共模，待SA 終端和5G 核心網(wǎng)成熟后，一定時(shí)期內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將從NSA 切換到NSA&SA 共模組網(wǎng)，最后再全面演進(jìn)到SA 目標(biāo)架構(gòu)。