基于上行智選提升5G 用戶體驗的優化方法與應用

［黃智瀛 白錫添 杜安靜］

1 引言

隨著5G 網絡的發展和5G 用戶逐漸增多，用戶的視頻通話、視頻直播、移動視頻監控、AI、AR 等業務得到了蓬勃發展，這些新業務對于5G 網絡有了更高流量、更高質量、更高速率的需求。

然而受限于市場現有終端的發射功率和2.6 GHz（NR）相較于1.8 GHz（LTE）較弱的傳播能力，5G 信號在部分深度覆蓋區域（如工業區、城中村、居民小區內等場景）衰減較大，部分處在NR 網絡覆蓋中遠點的5G 用戶的上行體驗并不理想。并且在當前情況下，部分NSA 終端上行分流功能還不成熟，上行業務在5G 側傳輸時，終端用戶無法感知LTE 與NR 兩側體驗差異，進而無法確保當前路徑是否為最佳上行路徑，因此需要按用戶體驗速率來選擇上行路徑。

為改善NSA 場景下5G 用戶的上行體驗，深圳移動公司研究了上行智選技術，通過網絡側控制UE 將上行業務動態調整發送至gNodeB 或者eNodeB，從而利用1.8 GHz LTE 輔助2.6 GHz NR，提升中遠點的體驗速率、大大改善用戶體驗。

2 LTE 和5G 的雙連接技術

上行智選技術主要是以5G NSA 組網架構中的雙連接（DC，Dual-Connectivity）技術為基礎。雙連接是3GPP 在Release-12 版本引入的重要技術。通過雙連接技術，LTE 終端可以利用X2 接口來實現載波聚合，從而為用戶提供更高的速率，以及利用宏/微組網提高頻譜效率和負載平衡，支持雙連接的終端可以同時連接兩個LTE基站，增加單用戶的吞吐量。在LTE 雙連接技術基礎上，3GPP Release-14 定義了LTE 和5G 的雙連接技術。針對5G 建設的不同場景，3GPP 定義了多種不同的LTE 和5G 雙連接模式：主要有Option 3/3a/3x、Option 4/4a、Option 7/7a/7x 和Option 8/8a 等。當前國內運營商的NSA 架構主要是采用Option 3x 模式。

在5G NSA 網絡架構的Option 3x 模式中，5G 終端可以同時連接4G（E-UTRAN）與5G（NR），4G 與5G接入網共用一個4G 核心網（EPC）。該模式雙連接中一個節點LTE eNodeB 為主節點MN，另一個節點NR gNB為輔節點SN。主節點LTE eNodeB 通過S1 接口連接到核心網EPC，包括控制面S1-C 和用戶面S1-U，輔節點NR gNB 通過S1-U 連接到4G 核心網EPC，主節點LTE eNodeB通過X2接口連接到輔節點NR gNB進行信息交互，包括控制面X2-C 和用戶面X2-U。Option 3x 模式中UE 的控制面信令S1-C 終結在LTE eNodeB，用戶面數據由5G基站連接到EPC，gNB 可將用戶數據分流至eNodeB。

在不同的5G 雙連接模式下，用戶面有不同的協議架構。用戶面無線承載可以由MN 或者SN 單獨建立，也可以由MN 和SN 分別建立。僅由MN 建立時稱為MCG 承載（MCG Bearer），僅由SN 建立時稱為SCG 承載（SCG Bearer），同時由MN 或者SN 建立時，分別稱為分離式承載（Split Bearer）和SCG 分離式承載（SCG Split Bearer）。

在雙連接Option 3 模式下，分離式承載建立在MN上，PDCP 包可經X2 接口轉發到gNB 的RLC 層，也可以直接通過eNodeB 的RLC 發送給終端。Option 3a 則會在MN 和SN 分別建立承載，用戶數據在核心網側分離。模式Option 3x 下，分離式承載建立在SN 側，gNB 可以通過X2 接口將PDCP 包轉發給eNB，也可以直接通過本地的NR RLC 進行傳輸。

因此，基于5G NSA 雙連接技術的靈活性，網絡可以根據空口的實時變化進行靈活調度，充分利用4G、5G資源，提高整個網絡系統的無線資源利用率，并提升用戶感知。

3 上行智選的技術原理與過程

中國移動2.6 GHz 頻段的5G NR 相比1.8 GHz 頻段的LTE 帶寬大、頻率高，如要達到相近的覆蓋范圍，5G NR 的上下行發射功率相比4G 要求更高，基站側可以直接增加發射功率，但UE 側的功率受限于當前的協議規定，最大不超過23 dBm，導致5G 上下行不平衡問題突出。5G 網絡的NSA 架構中，UE 為雙鏈接模式，信令面承載在LTE 錨點小區上，數據業務一般建立在NR 側。在NSA DC 場景下，如果NSA UE 不支持上行分流，則上行業務只能承載在LTE 側或NR 側。由于現網中LTE 與NR在帶寬、負載、無線環境等方面存在差異，所以上行體驗將隨著UE 的移動而發生變化。因此，可以基于空口無線環境、負載情況等預估LTE 與NR 的上行速率，選擇最優上行數傳路徑，提升UE 上行體驗。為解決5G 上下行不平衡的情況，在NSA 場景下，可以通過上行智選方案來提升5G 覆蓋的中遠點用戶的體驗。

3.1 上行智選功能原理

上行智選技術主要基于NR 側的上行SINR 質量，網絡側通過控制UE 將上行業務動態調整至NR gNB 或者LTE eNB 進行調度，從而利用LTE 的上行覆蓋能力彌補NR 上行覆蓋的不足。當此功能生效后，NR 小區邊緣用戶的上行數據將切換到LTE 傳輸，以提升邊緣用戶體驗。上行智選原理如圖1 所示。

圖1 上行智選原理示意圖

5G 雙連接終端的上行數傳可承載在LTE PUSCH 或NR PUSCH，當NR 上行PUSCH 覆蓋受限時，可以切換到LTE PUSCH 上發送數據。需注意，這里僅上行數傳路徑發生變更（部分PUSCH），NR 側上行控制信道PRACH 和PUCCH 還是承載在NR 側，NR 的RLC 層狀態報告等非應用層數據原來需要通過NR PUSCH 傳輸的還繼續在NR PUSCH 發送。

3.2 上行智選功能信令流程

上行智選過程的信令流程比較簡單，主要是無線側通知UE 變更上行數據傳輸路徑。當NR 側上行SINR 質量變差時，gNodeB 發送SgNB Modification Required 消息給eNodeB，觸發上行分流模式變更。eNodeB 發送RRC重配消息給UE，通知UE 在LTE 側進行數據傳輸。當NR 側上行SINR 質量變好時，gNodeB 同樣發送SgNB Modification Required 消息給eNodeB，eNodeB 再發送RRC 重配消息給UE，通知UE 上行分流模式按原配置方式進行。

上行智選的信令流程如圖2 所示。

圖2 上行智選的信令流程

3.3 上行智選判決流程

根據NR 用戶所處無線環境，基于上行體驗將NR 上行覆蓋分為3 個區域：NR 上行優選區、LNR（LTE-NR）上行智選區、NR 上行受限區。上行智選的分區場景如圖3 所示，系統根據不同區域場景來決策用戶是否分流以及相應的參數配置等。

圖3 上行智選的分區場景示意圖

（1）NR 上行優選區：上行駐留在NR，享受高速率和低時延；

（2）LNR 上行智選區：上行大包用戶，周期性比較LTE 和NR 兩側的上行預估速率，選擇最優上行載波；

（3）NR 上行受限區：NR 上行空口質量差時，上行駐留在LTE，保證上行覆蓋。

在上行智選區，當5G NSA 終端NR 側的上行SINR質量一般，即在“好”與“差”的某個區間時，網絡側比較LTE 和NR 側的上行預估速率，來判斷是否需要變更上行數據的傳輸路徑。

為保證變更至LTE 后相對于上行NR-ONLY 基線無負增益，NR 側采用“嚴出寬進”策略，比如：

（1）LTE 預估速率＞4＊NR 預估速率，則上行數傳變更至LTE；

（2）LTE 預估速率＜2＊NR 預估速率，則上行數傳變更至NR。

上行智選的具體判決流程如圖4 所示。

圖4 上行智選的判決流程

NR 側上行SINR 質量判決主要原則如下：

（1）當上一次判決結果為“差”時，如果后續連續n 次檢測NR 上行SINR 值均滿足大于“低門限+遲滯”，需進行下一層判決；否則此次最終判決結果為“差”。

（2）下一層判決：均滿足SINR大于“高門限+遲滯”，則此次最終判決結果為“好”；否則此次最終判決結果為“一般”。

（3）當上一次判決結果為“好”時，如果后續連續n次檢測NR 上行SINR 值均滿足SINR 小于“高門限-遲滯”，需進行下一層判決；否則此次最終判決結果為“好”。

（4）下一層判決：均滿足SINR 小于“低門限-遲滯”，則此次最終判決結果為“差”；否則此次最終判決結果為“一般”。

（5）當初始判決或上一次判決結果為“一般”時，如果后續連續n次檢測NR 上行SINR 值滿足SINR 大于“高門限+遲滯”，則此次最終判決結果為“好”；如果均滿足SINR 小于“低門限-遲滯”，則此次最終判決結果為“差”；否則此次最終判決結果為“一般”。

網絡系統根據不同的判決結果執行相應策略

（1）當判決結果為“差”時，eNodeB 通知UE 在LTE 側進行上行數據傳輸。

（2）當判決結果為“好”時，eNodeB 通知UE 上行分流模式按原配置方式進行數據傳輸。

（3）當判決結果為“一般”時，如果是大包用戶，則按以下原則比較兩側預估速率：

①LTE 上行預估速率＞NR 上行預估速率×較大的速率比系數1，觸發上行分流模式變更，UE 在LTE 側進行數據傳輸；

② LTE 上行預估速率＜NR 上行預估速率×較小的速率比系數2，則通知UE 上行分流模式按原配置方式進行數據輸。

4 應用效果

對選定某區域測試，在NR 2.6 GHz 上行覆蓋邊緣點,上行智選技術使用后數據傳輸主路徑切換前后UE 上行吞吐率對比如圖5 所示。

圖5 上行智選變更前后速率提升效果

（1）上行智選點1：上行主路徑智選到LTE 側，上行吞吐率提升2 倍

（2）上行智選點2：上行主路徑智選到NR 側，上行吞吐率提升1 倍

在測試區域內，在使用上行智選前，2.6 GHz 上行覆蓋邊緣點，會出現上行受限而導致下行斷流，在使用上行智選后，UE的上行數傳可以從NR 2.6 GHz切換到LTE 1.8 GHz，用戶速率改善明顯。推廣使用后，總體提升5G 中遠點上行體驗30%～50%，同時改善下行體驗。

5 結束語

針對當前2.6 GHz頻段的5G NR的覆蓋弱于1.8 GHz頻段的LTE，在部分深度覆蓋區域衰減較大，處在NR覆蓋中遠點的5G 用戶的上行體驗并不理想的情況，本文通過5G 上行智選技術，利用1.8 GHz LTE 上行覆蓋范圍較廣的優勢，使5G 用戶可以在2.6 GHz NR 與1.8 GHz LTE 網絡之間智能選擇上行速率更優的載波，解決2.6 GHz NR 上行中遠點覆蓋不足的問題，提升5G 用戶上行速率。從實際應用效果看，用戶體驗改善明顯。