5G獨立和非獨立組網的混合應用

張軍 宦天樞 姜雯雯

【摘要】? ? 首先介紹5G的網絡組網架構，并闡述5G與4G網絡的相互關系以及現有多種組網方式存在的意義，最后分析闡述混合（非獨立和獨立）網絡組網的關鍵技術，以及單個服務小區同時給不同模式終端提供隨機接入服務的技術挑戰與應對方案。

【關鍵詞】? ? NSA組網? ? SA組網? ? 混合網絡? ?隨機接入

一、引言

隨著全球各大無線網絡運營商、設備商的持續發力，5G（5th Generation，第五代移動通信系統）網絡已經逐步從研發階段走向試商用、商用，根據3GPP（移動通信的標準化機構）的網絡規劃，非獨立（Non-Stand Alone，下文統稱NSA）組網標準率先發布，可以有效利用4G（LTE）網絡進行資源優化，而獨立（Stand Alone，下文統稱SA）組網標準也在2018年R15版本發布，減少了對4G的依賴，提供更多定制化5G服務。

不同的運營商對于5G組網方式采用了不同的策略，如韓國三大運營商已經使用NSA組網進行5G商用，中國移動則將采用SA組網標準作為重心，也有使用NSA組網和SA組網的混合應用方式。這里提到的NSA和SA組網的混合應用并不局限于，同一網絡下同時存在NSA和SA的服務小區，也包含了同一網絡下的同一個小區同時提供NSA和SA終端的網絡接入，這就對網絡的小區控制，網絡接入技術的設計以及網絡準入機制的算法提出了一些挑戰。

二、NSA和SA混合組網應用

2.1? NSA和SA組網的優劣勢

NSA組網方式的優勢有：

a）有效利用4G網絡進行5G覆蓋，尤其在上行手機發射功率受限的場景下;

b）有效利用4G網絡進行流量分流，節約網絡建設成本投入。

SA組網的優勢有：

a）更加完善的定制化（低延時，高可靠）5G服務，不局限于eMBB（超大帶寬）服務;

b）靈活分配的網絡切片服務等。

NSA組網和SA組網有著各自的優勢，也有著各自的待完善的地方，如NSA組網時4G核心網架構無法滿足5G對于時延和傳輸可靠性的要求，SA組網直接建設資本開支更高，也應兼容4G用戶等。因此，在同一張網絡中實現NSA與SA網絡的共存，服務小區根據需求進行配置NSA或者SA模式，將兼容兩種組網方式的優勢，且減少上文提到的獨立組網時的不足，對于5G網絡建設有著很大的意義。

2.2? NSA和SA組網的混合應用

NSA和SA混合組網的拓撲圖大致情況可見下面圖1。該網絡既實現了SA與NSA組網的兼容，也讓網絡可以根據不同使用場景進行NSA、SA小區彈性配置，如5G網絡邊緣的服務小區可以設置成NSA，某個切片場景下使用混合（單小區提供NSA和SA終端接入）或者SA小區配置。

三、NSA和SA混合組網技術

3.1 NSA和SA組網方式的主要區別

NSA組網方式下，終端根據收到的4G/5G網絡系統廣播消息，發起隨機接入，并通過X2接口在5G網絡獲得資源準入的情況下，進行業務交互;而SA組網下，終端根據5G網絡下解析到的系統廣播消息，進行隨機接入，因此不同的系統廣播消息將會引導不同制式的終端接入不同模式的服務小區，這也成為實現NSA和SA混合組網的關鍵。終端和網絡的系統消息交互見圖2所示。

根據3GPP協議可知，NSA組網時，5G網絡只會下發MIB（主系統消息塊），終端會通過4G網絡的MIB，SIB（系統消息塊）輔助解析出隨機接入信道配置參數，進而接入5G網絡，而SA組網時，5G網絡會同時下發MIB和SIB，供終端獲取接入配置，與傳統單網絡組網方式類似，MIB及SIB攜帶具體信息，可參考協議TS 38.331[1]。對于同時支持NSA和SA的混合型小區，就需要對這些系統參數進行特殊的配置，以同時允許NSA和SA制式的終端同時接入。

3.2? NSA和SA混合組網的挑戰及解決方案

NSA組網利用了4G網絡，而 4G和5G的網絡配置有許多不同，因此要實現NSA和SA的混合應用，就必須綜合考慮兩者的異同，這里以隨機接入配置為例，來探討混合應用的技術方案。

4G網絡下發隨機接入配置是全頻段的，NSA組網時，為終端配置接入參數時，可以只設置RRC參數msg1-FrequencyStart（可參考協議TS 38.331[1]）為起始PRB位置;而5G的一個特點是超大帶寬，讓5G終端具備全帶寬檢測系統消息的功能，顯然不符合終端性能、成本以及能耗等方面的要求，為此5G引入了BWP（BANDWIDTH PARTS，部分帶寬）的概念，由此可知，對于5G SA組網時，為終端配置接入參數時，不僅僅考慮起始PRB位置，也需考慮初始BWP的位置，此時配置的RRC 參數msg1-FrequencyStart將是二者之和。

而對于混合組網的單小區，由于物理層只會下發一種配置，以優先考慮下發SA的接入配置為例，即起始PRB位置及初始BWP的位置的組合作為SA終端的起始PRB接入點，而NSA終端如果向往常一樣，只讀取起始PRB位置將無法接入混合組網小區，為此，我們在NSA終端的RRC reconfiguration（重配置）時，可以修改NSA終端的接入PRB位置，讓NSA終端也和SA終端一樣，在起始PRB位置加上初始BWP的位置處接入5G網絡，從而實現混合組網時，單個小區同時支持NSA和SA終端的同時接入。這將為4G及NSA網絡過渡到5G獨立組網，優化網絡流量配置，提供巨大的優勢。

四、結束語

本文提出了NSA和SA混合組網應用的網絡架構，分析并闡述了混合組網方式下NSA/SA服務小區靈活配置、彈性伸縮的優勢，兼容了NSA終端在5G網絡下的小區接入，以及組網技術實現的關鍵和挑戰。混合雙模的組網方式將為5G時代提供一種智能化的網絡建設方案，更好地服務于5G廣大客戶。

參? 考? 文? 獻

[1] 3GPP TR 38.331. Radio Resource Control （RRC） protocol specification[S]. 2019：134-135， 312-318

[2] Erik Dahlman， Johan Sk?ld， Stefan Parkvall.5G NR： The Next Generation Wireless Access[M]. 2018