魏 芹 王兆輝 王宇航

1.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司宿遷分公司；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司

0 引言

當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已非常成熟，覆蓋全面深入，且現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，有較大的用戶群。因此5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，NSA組網(wǎng)方式是主流架構(gòu)，NSA以4G作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，在快速發(fā)展推廣5G網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，又最大限度地規(guī)避了5G技術(shù)不成熟帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，并且能夠有效加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)步伐、節(jié)約網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本。

如工業(yè)和信息化部原部長(zhǎng)苗圩所述：SA由于可運(yùn)用場(chǎng)景更多，所以有著更大的商用想象空間。NSA僅能支持eMBB業(yè)務(wù)場(chǎng)景，而SA網(wǎng)絡(luò)將來(lái)還可應(yīng)用于mMTC以及uRLLC業(yè)務(wù)，進(jìn)而整體改變工業(yè)生產(chǎn)以及商業(yè)運(yùn)營(yíng)的管理方式?？傮w來(lái)說(shuō)，無(wú)論5G采用何種組網(wǎng)方式，最終必然會(huì)走向SA架構(gòu)，SA將會(huì)是5G發(fā)展的最終形態(tài)。鑒于現(xiàn)階段為SA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，SA網(wǎng)絡(luò)暫不支持VoNR語(yǔ)音通話，需要4G網(wǎng)絡(luò)承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)，在4G網(wǎng)絡(luò)承載語(yǔ)音平滑過(guò)渡到5G網(wǎng)絡(luò)承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)這個(gè)窗口期，SA架構(gòu)下的4G/5G互操作策略該如何配置，是我們應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，本文主要針對(duì)LTE和SA之間的互操作策略進(jìn)行研究，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果整理出策略配置建議。

1 4G/5G協(xié)同組網(wǎng)架構(gòu)

為了快速推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)SA組網(wǎng)架構(gòu)的達(dá)成，3GPP組織提出了5G網(wǎng)絡(luò)與4G核心網(wǎng)網(wǎng)元融合的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該架構(gòu)被寫入到R15協(xié)議中。新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的推出意味著業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)將會(huì)一體化融合演進(jìn)，從現(xiàn)階段4G網(wǎng)絡(luò)到5G網(wǎng)絡(luò)的演化過(guò)程來(lái)看，今后涉及用戶簽約數(shù)據(jù)、用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合和用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)性都應(yīng)該是4G/5G融合過(guò)程中必須要首先考慮的問(wèn)題。

SA終端有兩種注冊(cè)模式，單注冊(cè)和雙注冊(cè)，單注冊(cè)（Single-Registration）指的是UE僅注冊(cè)在5GC或者僅注冊(cè)在EPC，UE維護(hù)其中單一模式，UE需要同時(shí)協(xié)調(diào)處理EMM和5GMM的狀態(tài)。雙注冊(cè)（Dual-Registration）指的是UE可以同時(shí)注冊(cè)在EPC側(cè)和NR側(cè)，UE可以獨(dú)立維護(hù)EMM和5GMM的狀態(tài)。UE可以選擇僅注冊(cè)5GC或EPC，或者同時(shí)注冊(cè)5GC和EPC，UE獨(dú)立維護(hù)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(dòng)過(guò)程中交換用戶的狀態(tài)信息，同時(shí)提供無(wú)縫會(huì)話連續(xù)性（如語(yǔ)音服務(wù)）。4G和5G移動(dòng)性包括了“With N26”和“Without N26”場(chǎng)景。根據(jù)運(yùn)營(yíng)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(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2 4G/5G融合組網(wǎng)整體流程

本文僅考慮5G與LTE系統(tǒng)間互操作流程，當(dāng)UE為RRC_IDLE和RRC_INACTIVE狀態(tài)時(shí)走重選流程，當(dāng)UE為RRC_CONNECTED狀態(tài)時(shí)走切換或重定向流程。根據(jù)UE狀態(tài)4G與5G移動(dòng)性管理可分為空閑態(tài)移動(dòng)性管理和連接態(tài)移動(dòng)性管理，具體流程如圖2所示。

（1）空閑態(tài)移動(dòng)性包括小區(qū)選擇及小區(qū)重選。

UE駐留某小區(qū)后，通過(guò)系統(tǒng)消息獲取到異系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)、重選門限等相關(guān)參數(shù)。

①UE會(huì)持續(xù)對(duì)高優(yōu)先級(jí)異頻或異系統(tǒng)小區(qū)測(cè)量，如果各方面條件滿足，則嘗試重選并駐留到高優(yōu)先級(jí)小區(qū)。

②對(duì)于同低優(yōu)先級(jí)異頻或低優(yōu)先級(jí)異系統(tǒng)小區(qū)，當(dāng)UE測(cè)量到服務(wù)小區(qū)信號(hào)強(qiáng)度或者質(zhì)量低于一定門限時(shí)，才去測(cè)量同/低優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)和頻點(diǎn)，如果各方面條件滿足，則嘗試重選過(guò)去并駐留到同/低優(yōu)先級(jí)小區(qū)。

圖1 4G/5G互操作系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 4G/5G互操作流程

（2）連接態(tài)移動(dòng)性即LTE與NR之間的切換、重定向、語(yǔ)音EPS FallBack以及Fast Return。

①切換保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的切換功能，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

②重定向包括基于測(cè)量的重定向和盲重定向功能，當(dāng)沒(méi)有N26接口時(shí)候，UE可以走重定向流程。

③Voice EPS FallBack，當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)不支持IMS Voice時(shí)，可將UE切換或重定向到支持IMS Voice的4G網(wǎng)絡(luò)中以便繼續(xù)語(yǔ)音呼叫的功能，以保證語(yǔ)音業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

④Fast Return功能，當(dāng)UE進(jìn)行語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù)時(shí)從5G網(wǎng)絡(luò)通過(guò)EPS FallBack功能到4G網(wǎng)絡(luò)，語(yǔ)音通話結(jié)束后通過(guò)Fast Return功能加速返回到5G網(wǎng)絡(luò)，保證用戶的5G業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

3 SA組網(wǎng)架構(gòu)下4G/5G互操作策略

3.1 SA組網(wǎng)互操作整體策略

（1）當(dāng)SA終端在4G網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)之間移動(dòng)時(shí)，涉及系統(tǒng)間的互操作，當(dāng)UE狀態(tài)為RRC_IDLE態(tài)和RRC_INACTIVE態(tài)時(shí)走系統(tǒng)間重選的流程。啟用SA定向重選功能后，當(dāng)SA終端在4G釋放時(shí)，在RRC release消息中的IMMCI信息中攜帶高優(yōu)先級(jí)的NR頻點(diǎn)，使SA UE優(yōu)先重選到NR小區(qū)。

（2）當(dāng)4G-5G系統(tǒng)間移動(dòng)UE為RRC_CONNECTED態(tài)時(shí)走切換或重定向流程，其中系統(tǒng)間的重定向分為盲重定向和基于測(cè)量的重定向。在啟用SA定向切換功能后，當(dāng)SA終端接入4G小區(qū)時(shí)，4G小區(qū)主動(dòng)將用戶切換或重定向到支持SA的NR小區(qū)。

（3）目前5G VoNR暫未部署，SA終端在5G網(wǎng)絡(luò)暫不能使用VoNR語(yǔ)音業(yè)務(wù)。當(dāng)終端待機(jī)在SA網(wǎng)絡(luò)的UE需要啟用語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)，采用Voice EPS FallBack 功能回落到4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語(yǔ)音業(yè)務(wù)。Voice EPS FallBack是基于業(yè)務(wù)需求回落4G的功能，回落4G可以通過(guò)切換，也可以通過(guò)基于測(cè)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(jiǎn)明示意圖

3.2 5G SA組網(wǎng)空閑態(tài)互操作策略

SA組網(wǎng)架構(gòu)中空閑態(tài)的4G/5G互操作策略是通過(guò)對(duì)4G/5G網(wǎng)絡(luò)配置不同的重選優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而使SA終端可以駐留在不同層次的網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)階段為了使5G用戶更多地占用和使用5G網(wǎng)絡(luò)，在配置空閑態(tài)重選參數(shù)時(shí)需將5G網(wǎng)絡(luò)頻點(diǎn)的重選優(yōu)先級(jí)設(shè)置高于4G網(wǎng)絡(luò)的重選優(yōu)先級(jí)，當(dāng)SA終端從5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域離開(kāi)，在滿足5G服務(wù)小區(qū)電平低于絕對(duì)門限且同時(shí)滿足目標(biāo)小區(qū)高于低優(yōu)先級(jí)重選絕對(duì)門限后，SA終端將從5G高優(yōu)先級(jí)小區(qū)重選到4G低優(yōu)先級(jí)小區(qū)。當(dāng)SA終端再次移動(dòng)到5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域時(shí)，根據(jù)配置的重選策略，在滿足5G目標(biāo)小區(qū)的電平值高于高優(yōu)先級(jí)重選門限時(shí)，SA終端從低優(yōu)先級(jí)的4G小區(qū)重選到高優(yōu)先級(jí)的5G小區(qū)。

由于5G的SIB5消息中最多攜帶8個(gè)4G頻點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的4G頻段應(yīng)用情況分析，D頻段、E頻段、F頻段以及FDD1800頻段已經(jīng)能夠形成一張連續(xù)覆蓋網(wǎng)絡(luò)，其中F頻段作為托底網(wǎng)絡(luò)。所以測(cè)量頻點(diǎn)配置應(yīng)至少包含4G錨點(diǎn)頻點(diǎn)FDD1800、D頻段、E頻段和F頻段，相對(duì)應(yīng)的重選優(yōu)先級(jí)配置原則按照5G高于4G錨點(diǎn)高于其他4G頻點(diǎn)設(shè)置。為了避免頻繁重選的情況出現(xiàn)，網(wǎng)管重選參數(shù)配置也要制定相關(guān)規(guī)則：服務(wù)頻點(diǎn)低優(yōu)先級(jí)重選門限（5G側(cè)）要低于異系統(tǒng)高優(yōu)先級(jí)重選門限（4G側(cè)），同時(shí)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(shè)置為4dB。具體的空閑態(tài)優(yōu)先級(jí)配置建議值如表1所示，空閑態(tài)參數(shù)配置建議值如表2所示。

表1 空閑態(tài)優(yōu)先級(jí)配置

重選優(yōu)先級(jí)0-7，數(shù)字越大優(yōu)先級(jí)越高，0為最低優(yōu)先級(jí)，7為最高優(yōu)先級(jí)，5G的頻點(diǎn)優(yōu)先級(jí)可以在原絕對(duì)優(yōu)先級(jí)基礎(chǔ)上增加小數(shù)點(diǎn)，也就是子優(yōu)先級(jí)，設(shè)置更高的優(yōu)先級(jí)可以使終端優(yōu)先駐留5G網(wǎng)絡(luò)。

表2 空閑態(tài)參數(shù)配置

為了驗(yàn)證策略的有效性，通過(guò)測(cè)試抓取測(cè)試終端4G到5G以及5G到4G的空閑態(tài)互操作信令流程，可以看出在終端能力等級(jí)里，對(duì)應(yīng)可以查詢到配置的測(cè)量頻點(diǎn)信息。

3.3 5G SA組網(wǎng)連接態(tài)互操作策略

在SA網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期階段，受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、建設(shè)進(jìn)度的影響，部分區(qū)域的5G網(wǎng)絡(luò)存在覆蓋空洞或弱覆蓋的情況。為了保證SA終端業(yè)務(wù)的連續(xù)性，當(dāng)SA終端移動(dòng)到5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋邊緣的時(shí)候，可以通過(guò)基于覆蓋的切換或重定向功能將SA終端切換到4G網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)SA終端移動(dòng)到5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好的區(qū)域時(shí)，為了保障用戶的5G感知，需要將SA終端從4G網(wǎng)絡(luò)快速遷移到5G網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)采用的策略是通過(guò)基于覆蓋的切換或重定向功能，將SA終端從4G網(wǎng)絡(luò)遷移到5G網(wǎng)絡(luò)。

4G/5G連接態(tài)互操作配置原則：在5G網(wǎng)絡(luò)感知優(yōu)于4G網(wǎng)絡(luò)感知的情況下，要確保SA終端優(yōu)先駐留在5G網(wǎng)絡(luò)；而當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)感知低于4G網(wǎng)絡(luò)感知時(shí)，SA終端通過(guò)切換或重定向策略回落到4G。SA終端在4G網(wǎng)絡(luò)側(cè)始終測(cè)量5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，只要5G網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)優(yōu)于4G網(wǎng)絡(luò)，立刻觸發(fā)從4G網(wǎng)絡(luò)到5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)遷移。結(jié)合4G/5G測(cè)試數(shù)據(jù)以及MR采樣分布，通過(guò)擬合數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化4G/5G互操作門限，優(yōu)化后的連接態(tài)的互操作門限及參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表3 連接態(tài)4G/5G互操作參數(shù)門限

前文做了介紹，SA組網(wǎng)互操作策略應(yīng)用研究主要分三類，其中4G/5G連接態(tài)互操作門限的配置是最重要的一部分。為了驗(yàn)證參數(shù)配置的合理性，選取市區(qū)網(wǎng)格進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如表4所示，5G時(shí)長(zhǎng)駐留比、5G覆蓋率、5G MAC層下行吞吐量、5G掉線率等指標(biāo)改善顯著?？梢宰C實(shí)優(yōu)化后的連接態(tài)互操作參數(shù)配置策略可以有效提升5G網(wǎng)絡(luò)性能，改善用戶的5G網(wǎng)絡(luò)使用感知。

表4 參數(shù)驗(yàn)證結(jié)果

3.4 5G SA組網(wǎng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)——EPS FallBack

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的語(yǔ)音解決方案有兩種：VoNR和EPS FallBack。在SA建網(wǎng)初期階段，5G網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有達(dá)到連續(xù)覆蓋，且暫不支持VoNR語(yǔ)音通話，而4G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化成熟，覆蓋深入，所以初期階段的語(yǔ)音業(yè)務(wù)還是Volte，采用EPS FallBack方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)SA終端占用5G網(wǎng)絡(luò)啟用語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)，通過(guò)EPS FallBack功能回落到4G網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)承載VoLTE語(yǔ)音服務(wù)。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(guò)選取市區(qū)網(wǎng)格進(jìn)行拉網(wǎng)和定點(diǎn)測(cè)試，經(jīng)過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，結(jié)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(cè)量在時(shí)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(shí)延定點(diǎn)和拉網(wǎng)測(cè)試結(jié)果

為了使SA終端盡可能占用5G網(wǎng)絡(luò)，SA終端通過(guò)EPS FallBack回落到4G網(wǎng)絡(luò)做完語(yǔ)音業(yè)務(wù)后采用Fast Return的方式返回5G網(wǎng)絡(luò)，確保用戶感知。若4G網(wǎng)絡(luò)或SA終端不支持Fast Return功能，那么終端在4G側(cè)做完語(yǔ)音業(yè)務(wù)后會(huì)進(jìn)入到空閑態(tài)，然后再通過(guò)4G到5G的異系統(tǒng)重選功能回到5G。由于4G到5G異系統(tǒng)重選流程的相對(duì)時(shí)延比Fast Return要長(zhǎng)，現(xiàn)網(wǎng)建議4G網(wǎng)絡(luò)打開(kāi)Fast Return功能，確保終端能夠迅速回到5G，提升5G駐留比。

4 結(jié)束語(yǔ)

SA商用網(wǎng)絡(luò)已迅速鋪開(kāi)，在VoNR還未正式啟用前，4G/5G協(xié)同優(yōu)化互操作策略的深度研究顯得尤為重要，本文通過(guò)參考3GPP組網(wǎng)協(xié)議并結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)分析，通過(guò)一系列論證摸索出適用于當(dāng)前SA組網(wǎng)架構(gòu)下空閑態(tài)、連接態(tài)互操作參數(shù)配置建議，對(duì)后續(xù)的SA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供了支撐。