基于NSA/SA雙模5G基站的用戶感知對比研究

孟現鋒 徐剛 孫千千 李根 董文鋒

【摘要】? ? 著眼于5G組網方式平滑演進這一移動通信行業的關注熱點，簡要介紹了5G NSA網絡結構、SA網絡結構以及NSA/SA雙模5G網絡結構。結合外場測試數據，基于CQT定點測試和DT拉網測試兩個維度的多項指標，對比研究了NSA/SA雙模5G網絡下，NSA用戶和SA用戶的感知差異。

【關鍵詞】? ? 5G? ? NSA/SA雙模? ? 用戶體驗研究

引言

5G網絡發展可以分三個階段演進，第一階段為5G網絡建設初始階段，組網方式以NSA為主;第二階段為5G NSA和SA共存階段，主要以NSA/SA雙模基站形式存在;第三階段5G網絡以SA組網方式存在，實現5G全業務場景[1]。

本文首先梳理了NSA、SA以及NSA/SA雙模5G基站的技術特點，結合CQT定點測試和DT拉網測試兩個維度的實際數據與分析結果，對比研究了NSA/SA雙模5G基站組網架構下用戶的使用體驗。并分析NSA組網下影響用戶體驗的典型問題。

一、5G組網架構

1.1 NSA部署方案

對于國內運營商，NSA組網的普遍選擇方案是Option 3x，SA的普遍選擇是Option 2方案。Option 3x方案中4G基站與5G基站構成雙連接模式，其中4G基站稱為錨點。4G終端數據和信令均通過eNB連接到4G核心網。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，同時eNB通過X2接口與gNB相連，gNB也可以通過S1-U接口連接到4G核心網的S-GW。

1.2 SA部署方案

Option 2支持5G核心網能力，并可提供支持增強移動寬帶和基礎低時延高可靠業務的能力，便于拓展垂直行業，同時可以支撐5G網絡切片、邊緣計算等關鍵應用[2]。

Option 2架構中，5G核心網與5G基站gNB通過NG接口直接相連，傳遞NAS信令和數據，5G無線空口的RRC信令、廣播信令、數據都通過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的演進既要考慮SA應用的需求，也要保障NSA用戶的接入需求，NSA/SA雙模5G基站部署方案的實施即可滿足以上雙重需求，實現移動通信網絡平滑過渡。

NSA/SA雙模5G基站（Option 3x+ Option 2）實現方式為同一套5G基站設備支持NSA和SA兩種協議棧，同時支持NSA和SA用戶終端接入。

NSA/SA雙模5G基站結構如圖所示，雙模基站（gNB）通過X2接口與eNB相連，并與4G核心網通過S1-U接口建立用戶面連接。同時，雙模基站（gNB）通過NG接口與5G核心網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核心網和5G核心網之間可通過N26接口連接[3]。

二、測試分析

2.1 測試環境

（一）NR默認配置

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

b）幀結構配置：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，對應ss-PBCH-BlockPower=17.8dBm;

e）雙模基站關閉Split分流模式，NR側NSA和SA用戶等優先級調度。

（二）定點測試信道條件定義：

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

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

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

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

2.2 CQT測試指標對比分析

（一）速率對比分析

（a）單用戶單載波速率測試。單個終端發起FTP下載業務，待數據業務穩定后，記錄下行速率;單個終端發起FTP上傳業務，待數據業務穩定后，記錄上行速率。NSA/SA雙模5G網絡下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，定點測試場景，不同無線環境條件，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網絡&5G網絡保持雙連接的方式。對于上行而言，NSA架構，2T4R終端工作模式為NR與LTE各一個天線進行上行發送。而SA架構，支持NR兩個天線進行上行發送。這意味著，同樣的終端在SA組網下的上行速率遠遠大于NSA組網下的上行速率，理論上就是兩倍。所以現場測試數據與理論模型一致。

（b）多用戶速率測試。在NSA/SA雙模5G基站下選擇某一小區進行測試，5臺5G終端均勻放置于小區好點，分別進行FTP下載業務。多用戶下行速率和上行速率見圖2和圖3。

從圖2看到，多用戶測試場景，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包測試對比分析

選擇一個5G主測小區，發起PING包業務，包長為32Byte和2000Byte兩種，PING包等待回復時長不高于2S，PING包次數50次，記錄各測試樣值及統計數據。

包長為32Byte的PING包業務，NSA時延為9.22毫秒，SA時延為8.99毫秒;包長為2000Byte的PING包業務，NSA時延為10.04毫秒，SA時延為9.46毫秒，兩種PING包業務，SA時延均低于NSA時延。

2.3 DT測試指標對比分析

NSA/SA網絡覆蓋與質量對比如表3所示，NSA/SA網絡的覆蓋與質量基本相同。

DT數據速率對比分析分別從下行平均速率、上行平均速率、單用戶下行速率達標率、單用戶上行速率達標率四個方面開展。其中，單用戶下行和上行速率達標率定義：單用戶下行PDCP層速率≥100Mbps的樣點占總采樣點的百分比;單用戶上行PDCP層速率≥5Mbps的樣點占總采樣點的百分比。

表4為測試路線未進行精細優化的數據，NSA用戶下行平均速率明顯低于SA用戶，主要原因為4G錨點乒乓切換導致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導致。典型問題如圖所示。

圖4表示，4G錨點重疊覆蓋引起錨點乒乓切換，錨點小區未及時下發B1測量進行輔載波添加，導致5G終端無法接入5G網絡。圖5表示，4G錨點小區到5G小區之間X2鏈路自建立失敗，引起輔載波異常釋放。對測試路線精細優化，解決上述問題并進行4/5G系統優化后，指標如表5所示。

表5為測試路線開展一輪精細優化后的數據，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、結束語

本文重點研究了NSA/SA雙模5G網絡結構下，NSA用戶和SA用戶的體驗差異。結合外場測試數據，得出以下結論：a）CQT定點測試數據表明，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，但是對于上行而言，同樣的終端在SA組網下的上行速率為NSA組網下的上行速率兩倍左右。b）CQT定點測試中，兩種PING包業務，SA時延均低于NSA時延，但由于均為10ms級時延，差別微小。c）DT拉網數據表明，同一路段NSA用戶下行平均速率仍然低于SA用戶。

參? 考? 文? 獻

[1]王志勤， 徐菲. 關于5G組網技術路線的分析與建議[J]. 電信科學， 2019（7）：3-7.

[2]方琰崴，陳亞權，李立平，等.5G網絡切片解決方案和關鍵技術[J].郵電設計技術，2020，（03）：70-74.

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