基于NSA/SA雙模5G基站的用戶感知對(duì)比研究

孟現(xiàn)鋒 徐剛 孫千千 李根 董文鋒

【摘要】? ? 著眼于5G組網(wǎng)方式平滑演進(jìn)這一移動(dòng)通信行業(yè)的關(guān)注熱點(diǎn)，簡要介紹了5G NSA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、SA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及NSA/SA雙模5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。結(jié)合外場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，基于CQT定點(diǎn)測(cè)試和DT拉網(wǎng)測(cè)試兩個(gè)維度的多項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)比研究了NSA/SA雙模5G網(wǎng)絡(luò)下，NSA用戶和SA用戶的感知差異。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G? ? NSA/SA雙模? ? 用戶體驗(yàn)研究

引言

5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展可以分三個(gè)階段演進(jìn)，第一階段為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初始階段，組網(wǎng)方式以NSA為主;第二階段為5G NSA和SA共存階段，主要以NSA/SA雙?；拘问酱嬖?第三階段5G網(wǎng)絡(luò)以SA組網(wǎng)方式存在，實(shí)現(xiàn)5G全業(yè)務(wù)場(chǎng)景[1]。

本文首先梳理了NSA、SA以及NSA/SA雙模5G基站的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合CQT定點(diǎn)測(cè)試和DT拉網(wǎng)測(cè)試兩個(gè)維度的實(shí)際數(shù)據(jù)與分析結(jié)果，對(duì)比研究了NSA/SA雙模5G基站組網(wǎng)架構(gòu)下用戶的使用體驗(yàn)。并分析NSA組網(wǎng)下影響用戶體驗(yàn)的典型問題。

一、5G組網(wǎng)架構(gòu)

1.1 NSA部署方案

對(duì)于國內(nèi)運(yùn)營商，NSA組網(wǎng)的普遍選擇方案是Option 3x，SA的普遍選擇是Option 2方案。Option 3x方案中4G基站與5G基站構(gòu)成雙連接模式，其中4G基站稱為錨點(diǎn)。4G終端數(shù)據(jù)和信令均通過eNB連接到4G核心網(wǎng)。5G終端分別連接eNB和gNB，隨后eNB通過S1接口連接到4G核心網(wǎng)，同時(shí)eNB通過X2接口與gNB相連，gNB也可以通過S1-U接口連接到4G核心網(wǎng)的S-GW。

1.2 SA部署方案

Option 2支持5G核心網(wǎng)能力，并可提供支持增強(qiáng)移動(dòng)寬帶和基礎(chǔ)低時(shí)延高可靠業(yè)務(wù)的能力，便于拓展垂直行業(yè)，同時(shí)可以支撐5G網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算等關(guān)鍵應(yīng)用[2]。

Option 2架構(gòu)中，5G核心網(wǎng)與5G基站gNB通過NG接口直接相連，傳遞NAS信令和數(shù)據(jù)，5G無線空口的RRC信令、廣播信令、數(shù)據(jù)都通過5G基站的NR空口直接傳遞。

1.3 NSA/SA雙模5G基站部署方案

NSA到SA的演進(jìn)既要考慮SA應(yīng)用的需求，也要保障NSA用戶的接入需求，NSA/SA雙模5G基站部署方案的實(shí)施即可滿足以上雙重需求，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)平滑過渡。

NSA/SA雙模5G基站（Option 3x+ Option 2）實(shí)現(xiàn)方式為同一套5G基站設(shè)備支持NSA和SA兩種協(xié)議棧，同時(shí)支持NSA和SA用戶終端接入。

NSA/SA雙模5G基站結(jié)構(gòu)如圖所示，雙?；荆╣NB）通過X2接口與eNB相連，并與4G核心網(wǎng)通過S1-U接口建立用戶面連接。同時(shí)，雙?；荆╣NB）通過NG接口與5G核心網(wǎng)建立控制面和用戶面連接，與其他雙模基站（gNB）之間通過Xn接口相連。4G核心網(wǎng)和5G核心網(wǎng)之間可通過N26接口連接[3]。

二、測(cè)試分析

2.1 測(cè)試環(huán)境

（一）NR默認(rèn)配置

a）工作模式：3.5G頻段 TDD（3500-3600MHz），載波帶寬100MHz;

b）幀結(jié)構(gòu)配置：2.5ms雙周期DDDSUDDSUU;

c）特殊子幀配置：10：2：2;

d）功率配置：總功率200W，對(duì)應(yīng)ss-PBCH-BlockPower=17.8dBm;

e）雙?；娟P(guān)閉Split分流模式，NR側(cè)NSA和SA用戶等優(yōu)先級(jí)調(diào)度。

（二）定點(diǎn)測(cè)試信道條件定義：

a）極好點(diǎn)： SS-RSRP ≧ -75dBm 且 SS-SINR ≧ 25dB;

b）好點(diǎn)： -85dBm ≦ SS-RSRP < -75dBm 且 15dB ≦ SS-SINR < 20dB;

c）中點(diǎn)： -95dBm ≦ SS-RSRP < -85dBm 且 5dB ≦ SS-SINR < 10dB;

d）差點(diǎn)： -105dBm ≦ SS-RSRP < -95dBm 且 -5dB ≦ SS-SINR < 0dB;

2.2 CQT測(cè)試指標(biāo)對(duì)比分析

（一）速率對(duì)比分析

（a）單用戶單載波速率測(cè)試。單個(gè)終端發(fā)起FTP下載業(yè)務(wù)，待數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)穩(wěn)定后，記錄下行速率;單個(gè)終端發(fā)起FTP上傳業(yè)務(wù)，待數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)穩(wěn)定后，記錄上行速率。NSA/SA雙模5G網(wǎng)絡(luò)下NSA用戶和SA用戶的單用戶單載波下行速率見表1，單用戶單載波上行速率見表2。

從表2和表3看到，定點(diǎn)測(cè)試場(chǎng)景，不同無線環(huán)境條件，NSA/SA雙模5G基站下NSA用戶和SA用戶的下行速率無明顯差別，上行速率差別明顯。NSA用戶的上行速率為SA用戶的50%左右。

由于NSA終端采用的是和4G網(wǎng)絡(luò)&5G網(wǎng)絡(luò)保持雙連接的方式。對(duì)于上行而言，NSA架構(gòu)，2T4R終端工作模式為NR與LTE各一個(gè)天線進(jìn)行上行發(fā)送。而SA架構(gòu)，支持NR兩個(gè)天線進(jìn)行上行發(fā)送。這意味著，同樣的終端在SA組網(wǎng)下的上行速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于NSA組網(wǎng)下的上行速率，理論上就是兩倍。所以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)與理論模型一致。

（b）多用戶速率測(cè)試。在NSA/SA雙模5G基站下選擇某一小區(qū)進(jìn)行測(cè)試，5臺(tái)5G終端均勻放置于小區(qū)好點(diǎn)，分別進(jìn)行FTP下載業(yè)務(wù)。多用戶下行速率和上行速率見圖2和圖3。

從圖2看到，多用戶測(cè)試場(chǎng)景，NSA/SA雙模5G基站下NSA用戶和SA用戶的下行速率差別微小。從圖3看到，NSA用戶和SA用戶的上行速率差別明顯。NSA用戶的上行速率為SA用戶的50%左右。

（二）PING包測(cè)試對(duì)比分析

選擇一個(gè)5G主測(cè)小區(qū)，發(fā)起PING包業(yè)務(wù)，包長為32Byte和2000Byte兩種，PING包等待回復(fù)時(shí)長不高于2S，PING包次數(shù)50次，記錄各測(cè)試樣值及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

包長為32Byte的PING包業(yè)務(wù)，NSA時(shí)延為9.22毫秒，SA時(shí)延為8.99毫秒;包長為2000Byte的PING包業(yè)務(wù)，NSA時(shí)延為10.04毫秒，SA時(shí)延為9.46毫秒，兩種PING包業(yè)務(wù)，SA時(shí)延均低于NSA時(shí)延。

2.3 DT測(cè)試指標(biāo)對(duì)比分析

NSA/SA網(wǎng)絡(luò)覆蓋與質(zhì)量對(duì)比如表3所示，NSA/SA網(wǎng)絡(luò)的覆蓋與質(zhì)量基本相同。

DT數(shù)據(jù)速率對(duì)比分析分別從下行平均速率、上行平均速率、單用戶下行速率達(dá)標(biāo)率、單用戶上行速率達(dá)標(biāo)率四個(gè)方面開展。其中，單用戶下行和上行速率達(dá)標(biāo)率定義：單用戶下行PDCP層速率≥100Mbps的樣點(diǎn)占總采樣點(diǎn)的百分比;單用戶上行PDCP層速率≥5Mbps的樣點(diǎn)占總采樣點(diǎn)的百分比。

表4為測(cè)試路線未進(jìn)行精細(xì)優(yōu)化的數(shù)據(jù)，NSA用戶下行平均速率明顯低于SA用戶，主要原因?yàn)?G錨點(diǎn)乒乓切換導(dǎo)致5G速率頻繁掉底以及5G NR與4G錨地X2鏈路自建立失敗等原因?qū)е?。典型問題如圖所示。

圖4表示，4G錨點(diǎn)重疊覆蓋引起錨點(diǎn)乒乓切換，錨點(diǎn)小區(qū)未及時(shí)下發(fā)B1測(cè)量進(jìn)行輔載波添加，導(dǎo)致5G終端無法接入5G網(wǎng)絡(luò)。圖5表示，4G錨點(diǎn)小區(qū)到5G小區(qū)之間X2鏈路自建立失敗，引起輔載波異常釋放。對(duì)測(cè)試路線精細(xì)優(yōu)化，解決上述問題并進(jìn)行4/5G系統(tǒng)優(yōu)化后，指標(biāo)如表5所示。

表5為測(cè)試路線開展一輪精細(xì)優(yōu)化后的數(shù)據(jù)，相較于表4，NSA用戶下行平均速率提高了133Mbps，SA用戶下行平均速率提高了64Mbps，但是NSA用戶下行平均速率仍然低于SA用戶。

三、結(jié)束語

本文重點(diǎn)研究了NSA/SA雙模5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，NSA用戶和SA用戶的體驗(yàn)差異。結(jié)合外場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：a）CQT定點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，同一NSA/SA雙模5G基站下，NSA用戶和SA用戶下行速率基本無差異，但是對(duì)于上行而言，同樣的終端在SA組網(wǎng)下的上行速率為NSA組網(wǎng)下的上行速率兩倍左右。b）CQT定點(diǎn)測(cè)試中，兩種PING包業(yè)務(wù)，SA時(shí)延均低于NSA時(shí)延，但由于均為10ms級(jí)時(shí)延，差別微小。c）DT拉網(wǎng)數(shù)據(jù)表明，同一路段NSA用戶下行平均速率仍然低于SA用戶。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]王志勤， 徐菲. 關(guān)于5G組網(wǎng)技術(shù)路線的分析與建議[J]. 電信科學(xué)， 2019（7）：3-7.

[2]方琰崴，陳亞權(quán)，李立平，等.5G網(wǎng)絡(luò)切片解決方案和關(guān)鍵技術(shù)[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2020，（03）：70-74.

[3]王磊. 5G獨(dú)立組網(wǎng)和非獨(dú)立組網(wǎng)方案分析[J]. 通信技術(shù)， 2019， 052（008）：1912-1915.