5g组网演进策略及优化研究

电信工程技术与标准化

2019年中国移动科协“5G+”专题2019年 第11期

5G组网演进策略及优化研究

张巧琳，张烁

（中国移动通信集团湖北有限公司，武汉 430000）摘　要　所谓5G+计划，具体表现在3个方面：5G+4G、5G+AICDE和5G+生态。5G不单单是某一行业的事，而是整个社会的事。因此，5G的平滑演进成为我们关注的重点，作为建网初期到底是选用NSA还是选用SA，两者之间如何演进，都是行业内讨论的重点。本文基于NSA组网的现状，分析问题，并结合SA演进带来的瓶颈突破，展望未来5G引领各行各业的辉煌。关键词　5G+；独立组网；非独立组网；网优中图分类号

TN929.5

文献标识码

A

文章编号

1008-5599（2019）11-0012-065G是最新一代通信技术，是4G、3G和2G系统顺应时代潮流发展的产物。但其与2G、3G、4G系统又不同，5G是对现有无线接入技术的技术演进与新增补充性无线接入技术集成后的解决方案的总称，5G将是一个真正意义上的融合网络。这个融合的5G网络为安全、高速的“万物互联”提供了基础。我国自2013年2月成立IMT-2020(5G)推进组，正式开始进行5G需求、技术、标准、频谱和知识产权等研究，在5G标准研发、技术和产业发展方面已在全球处于领先水平。在网络建设方面，工信部已于2019年6月6日正式发放5G商用牌照， 三大运营商抓住契机，大力发展5G产业，以5G非独立组网为抓手，迅速进入5G领域，实现5G快速商用，同时以独立组网为最终目标，加速推动5G独立组网产业成熟。点可分为两类：非独立组网（Non-Standalone）和独立组网（Standalone），两者示意如图1所示。图1 SA和NSA组网示意图SA和NSA的根本差异在于5G gNode B是否可以独立工作。NSA中，5G NR通过LTE eNode B作为锚点与4G核心网EPC相连，用户同时接入5G和4G基站，通过5G和4G之间的协作（NAS信令由“锚点”基站传递，用户数据流在5G基站和4G基站内分1 SA和NSA组网模式比较3GPP定义了不同的5G系统架构，按照5G不同锚收稿日期：2019-09-16流）享受5G服务。在该模式下，5G基站不能单独工作，仅作为4G数据管道的增强方式。因此，NSA组网模式下无法支持mMTC和uRLLC业务场景，仅支12 2019年11月 第 11 期（第32卷 总第267期）月刊

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电信工程技术与标准化持eMBB业务。SA中，需要部署全新的5G NR和5GC，用户直接通过5G NR接入5GC，降低了对4G网络的依赖性。SA由于采用了全新的服务化架构，支持网络虚拟化（NFV）、软件定义网络（SDN）和网络切片等技术，能够实现灵活部署和差异化业务，具备支持eMBB、mMTC和uRLLC全业务类型的能力。NSA被视作SA的过渡阶段。只需对4G核心网进行升级即可支持5G部署，对网络改动小、对用户影响小、部署快。因此在5G建网初期，运营商普遍采用NSA组网模式。但同时，我们也必须认识到，基于NSA组网的5G系统并不能完全实现5G的行业标准，SA组网模式才是5G发展的最终目标。非独立组网和独立组网各有优劣，运营商需要从自身实际出发，综合考虑市场、投资和产业成熟度等多方面因素，选择适合自己的部署策略。非独立组网和独立组网两者之间也并不冲突，根据不同的应用场景，运营商可以同时布置这两种架构。险低等诸多优点。2.2 NSA组网网络优化效果评估选取NR2.6 GHz频段（带宽100 MHz）和FDD锚点1.8 GHz频段（带宽5 MHz）的情况下，某公司对NSA组网方式5G站点开展网络效果评估，通过现场测试发现，初期NSA单用户拉网平均吞吐量为下行514 Mbit/s，上行52 Mbit/s，用户体验有较大提升，但是相比较定点测试NSA单用户下行峰值1.38 Gbit/s，上行93.38 Mbit/s的速率有较大的差距。5G网络中各种因素都会影响用户下载速率，为了提升5G用户上网感知，故开展5G小区下载速率优化是当前的重点工作。覆盖、干扰、容量、终端、网络结构、参数配置、传输配置和故障等多种原因都会造成5G网络下载速率低，其中覆盖、干扰和锚点站优化是NSA组网结构下5G下载速率提升的关键点。2.2.1 覆盖问题导致的低下载速率提升5G网络下载速率的基础是需要良好的覆盖环境，通常选取RSRP作为评估覆盖强度的主要标准，RSRP能够较为准确的反映5G网络当前的覆盖情况。2 NSA组网网络优化技术研究2.1 5G全球部署概况美国电话电报公司宣布在2018年年底开启5G业务，韩国主流运营商宣布在2019年开启5G业务，欧洲沃达丰公司也宣布在2019年开启5G业务。当前国际主流运营商都采用十分积极的5G发展思路，一方面是希望在5G部署规模上迅速领先对手，提升自身竞争力；另外一方面是为了应对目前海量数据业务的高速发展压力和网络OTT业务模式对传统业务模式的冲击。目前我国各运营商均推出了各自不限流量套餐，导致LTE网络容量压力不断增大，当前数据业务发展趋势并不具备可持续性，各运营商都需要新的网络技术改善用户感知，开启新的资费模式，提升客户ARPU值。选取NSA架构开展5G网络部署是目前各运营商的主流思路，其方案存在网络升级投入小和风当RSRP低于阀值时会导致弱覆盖现象，终端SINR变差从而影响用户的下载速率。如图2所示，选取5G基站不同覆盖区域进行对比定点测试可以发现，当终端处于极好点时（RSRP≥-70 dBm且SINR≥25 dB）， 上行峰值速率93.38 Mbit/s，下行峰值速率1 378.63 Mbit/s。当终端处于差点时（-100 dBm≤RSRP<-90 dBm且-5 dB≤SINR<0 dB）上行峰值速率29.57 Mbit/s，下行峰值速率280 Mbit/s。因此， 为了提升5G下载速率，首先要解决弱覆盖问题。2.2.2 干扰问题导致的低下载速率NSA组网下的5G网络选取下行SINR作为评估网络质量的主要标准，终端SINR值变差会导致用户上网下载速率变慢。当前NSA组网下的5G网络主要还是采取同频组网的模式，而重叠覆盖将会是影响5G网内SINR值的根本原因。另一方面，严重的外部干扰也会影响5G网络的上行SINR，造成上行低速率。13 2019年11月 第 11 期（第32卷 总第267期）月刊

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2019年中国移动科协“5G+”专题2019年 第11期图2 NSA组网下上下行测试情况2.2.3 锚点站优化导致的低下载速率由于NSA组网结构下终端建立RRC连接进入连接台，并添加NR小区后即可发起NR业务，当终端驻留在非锚点小区时，由于无法切换至NR小区，当前业务将转为4G业务，用户体验将大幅下降。所以，保障终端能够驻留在锚点小区是NSA结构下5G用户下载速率提升的一个主要因素。如图4所示，选取18个NSA基站连片覆盖，平均350 m站间距的区域，针对主干道和大小路进行全部遍历，测试完成全长17 km，测试时长约2.5 h。通过测试数据分析可以发现，当NSA网络完成锚点添加主要占用5G网络时终端平均吞吐量空扰下行825 Mbit/s，上行74 Mbit/s，下行好于4G（46 Mbit/s）18倍，上行好于4G（6 Mbit/s) 12倍。图3 不同干扰情况下定点测试情况通过上述分析，为保障5G用户下载速率的感知，一方面需要提升5G网络的连续覆盖和降如图3所示，对5G基站进行50%加扰后选取基站不同覆盖区域进行对比测试可以发现，下行50%加扰速率相对空扰场景有明显下降，根据点位不同平均下降11%～84%，上行加扰根据点位不同平均下降2%～70%。因此，降低5G网络干扰是提升5G下载速率的另一个重要手段。低网络干扰，另外一方面由于目前NSA组网结构下终端需要通过锚点小区发起NR业务，所以需尽量让5G用户驻留在锚点小区。NSA组网需依托4G网络接入，增加了无线网络组网的复杂度，对4G/5G协同优化提出了更高要求。总的来说，NSA部署初期下载速率提升主要包括以下314 2019年11月 第 11 期（第32卷 总第267期）月刊

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电信工程技术与标准化再考虑NSA终端会由于多频点互操作脱离锚点层，使得LTE各频点直接的切换、负荷均衡和重选等参数优化可以简化。经过以上3个方面的优化，优化调整前终端平均吞吐量空扰下行514 Mbit/s，上行52 Mbit/s，相比较定点测试NSA单用户下行峰值1.38 Gbit/s，上行93.38 Mbit/s的速率有较大的差距。优化调整后终端平均吞吐量空扰下行912 Mbit/s，上行79 Mbit/s，存在显著提升。图4 NSA组网下5G测试和4G测试对比图3 NSA向SA网络平滑演进的必要性3.1 NSA组网下的不足如图5所示，国际电信联盟针对5G提出了三大场景标准，即最顶端的增强型移动宽带场景、右下角的低时延通信场景和左下角的海量机器类通信场景。国际电信联盟对3种场景的速率、时延和连接数等方面做了规定和要求，其中峰值速率（上行10 Gbit/s、下行20 Gbit/s），1 ms的用户面时延及百万级连接用户数是最吸引人的3个目标。NSA是在4G网络的基础上构建5G网络，故其优点是可利用4G基站设备上进行平滑升级，就能实现5G全面覆盖，其部署难度和成本都远低于SA组网。但是NSA组网缺点也十分明显，5G三大特性（高速率、低时延和高连接数）中，只有高速率特性而没有低时延和个方面策略。（1）覆盖增强：LTE网络经过多年优化，天馈信息及功率等覆盖相关参数为网络环境下最佳，合理继承LTE优化成果，可有效保障NR的覆盖效果。NR侧可以继承LTE的相关优化成果，主要有LTE天馈方位下倾角、LTE发射功率和LTE邻区关系等数据均可以继承。另外，可以通过天馈调整、功率优化、天馈整改、以4G网络为基准，开展5G网络优化。针对网络结构不合理站点，综合考虑4G/5G协同改造，充分发挥智能天线权值优化优势，解决网络覆盖问题。（2）降低干扰：针对网络中重叠覆盖区域建议优先权值和功率优化，再物理天馈调整优化。天馈调整优先进行下倾角和方位角调整优化，再考虑天线挂高调整、迁站及加站覆盖优化方案。（3）锚点优化：通过从LTE锚点频段中选择一个频点作为锚点，优选FDD1800。其优点在于该锚点层可以进行单独优化，除了共天面和物业纠纷等因素无法调整覆盖之外，所有接入参数和切换参数都可以完全独立，只要锚点覆盖连续就可以不图5 5G性能演进及三大应用场景15 2019年11月 第 11 期（第32卷 总第267期）月刊

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2019年中国移动科协“5G+”专题海量终端连接的特性，在自动驾驶、AR、远操控和工业4.0等实际应用领域都不很适用，无法创造突破性的无线网络革命，同时也因为设备终端连接LTE和5G两个网络，造成终端设备耗电量快的情况。3.2 NSA组网升级方向当前商用初期的业务需求主要是大带宽业务，因此可通过NSA组网来满足建网初期大容量的业务补充需求，等后期5G核心网、5G频段划分和新技术发展成熟后再逐渐开展SA组网。因此建议通过3步开展5G网络升级，如图6所示。2019年 第11期出了更高的要求，将有利于为5G网络的高效部署和逐步演进。4 结束语5G不只是4G网上网速率感知提升，而是将无线通信网络由人和人之间的联系扩展至万物互联。5G网络的应用方向不仅是手机，它将是连接各类智能终端，车联网、VR/AR、可穿戴设备等，打通工业4.0构想的“任督二脉”。目前诸多应用已上线（如移动视频业务），4K高清视频随着产业链驱动快速发展，终端从手持向可穿戴方面演进，视频质量持续提升，视频向直播等形式多元化演进。AR/VR将成为5G时代杀手级应用，但目前仅有普通体验（速率要求48.94 Mbit/s），极致体验仍需继续努力（速率要求1.29 Gbit/s）。目前，NSA部署已经铺开，eMBB部分应用已经实现，高清语音、超高清视频和云游戏等大带宽应用已初见雏形。近期，各运营商也在加快SA部署，着力突图6 5G网络架构演进破目前速率偏低，时延偏高的问题，其中URLLC要求时延达到1 ms，mMTC要求连接密度1×106/km2。第1步：通过在4G网络热点区域建立NSA 3X实现NR的快速部署的同时，降低4G网络热点区域负荷。第2步：升级SA Option2，同时建立一个5G核心网，实现NSA和SA网络的并存，可以根据业务需求将主控在SA和NSA网络间开展动态调整。通过升级核心网和eNode B，使得NSA终端和SA终端可以同时接入。第3步：根据全球终端SA成熟度和产业链的完善程度，适时推动建设SA Option2 5G目标网。上述NSA组网升级方案的主要理由：选择产业链普遍支持的NSA Option3x作为建网初期的网络架构，存在产业成熟度高和成本低的优点；NSA和SA共存网络能力，最大程度提升客户的感知；通过平滑升级至SA，避免前期投资浪费。由于NSA和SA网络共存，三步曲的升级思路将带来大量的优化工作，对于各运营商的网络优化能力提最终，基于万物互联和超高可靠的5G，将不再仅仅聚焦于提升人们的生活体验，而将有能力对全球各行业进行数字化转型，推动互联网+及整个社会的发展。工业4.0、智慧城市和车联网等都将在5G技术的基础上蓬勃发展。参考文献[1] 胡金泉. 5G系统的关键技术及其国内外发展现状[J]. 电信快报，2017(3).[2] 杨光. NSA和SA:既是架构选项也是不同5G启动思路的体现[J].通信世界, 2018(1).[3] 童辉. 5G新空口设计:如何从LTE拓展与创新[J]. 电信科学,

2019(7).[4] 刘玮, 董江波，任冶冰. 面向商用的5G网络关键问题研究及验证[J]. 电信科学, 2018(8).[5] 3GPP. Study on architecture for next generation system (release 14):

TR23.799 V14.0.0[S]. 2016.16 2019年11月 第 11 期（第32卷 总第267期）月刊

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电信工程技术与标准化News 中国移动承办第三届中国企业改革发展论坛“5G融入百业 促进高质量发展”平行论坛11月3日下午，第三届中国企业改革发展论坛“5G融入百业 促进高质量发展”平行论坛在山东济南举行。各界嘉宾共同探讨中国企业如何利用5G技术加速改革、转型升级，探索以企业高质量发展促进经济社会高质量发展新模式。本次论坛作为第三届中国企业改革发展论坛的五大平行论坛之一，由中国移动承办，山东省国资委、济南市人民政府、中国移动山东公司协办，共计200余人参会。会上，中国移动通信集团有限公司副总经理赵大春、北京邮电大学教授吕廷杰、海尔集团首席信息官郭乾继、中国东方电气集团有限公司副总经理徐鹏、华为技术有限公司高级副总裁邓泰华做了主旨演讲。中国移动通信集团有限公司副总经理赵大春表示，5G不仅仅是一张网，更是一批新技术的加速器，将赋能千行百业数字化转型；同时，5G也仅仅是一张网，唯有与其他技术结合，才能助力数字经济加速增长。中国移动将发挥5G网络建设主导者、5G融入百业推动者、5G服务大众先行者作用，面向智慧电网、智慧医疗、工业互联网、智慧城市、远程教育等垂直行业，联合业界协同创新，推动5G融入千行百业、服务大众，开创数字经济新时代，实现整个社会更高质量的发展。北京邮电大学教授吕廷杰介绍了学界对于5G未来发展方向的探索。他认为，为工业互联网而生的5G，其最终应用，一定不会局限在消费领域，而是会踏入广阔的工业生产。因为现阶段实现连接的3种手段——Wi-Fi、光纤和4G，均不能同时实现大带宽、广连接与低时延的要求，而这正是5G技术最重要的三大特性。海尔集团首席信息官郭乾继介绍了海尔在5G领域的探索和实践。联合中国移动、华为等公司共同打造5G+智能制造、智慧家庭、智慧医疗、智慧物流、智慧园区解决方案。华为技术有限公司高级副总裁邓泰华在主旨演讲中强调了高质量5G网络对行业发展的意义。邓泰华表示，未来华为将继续与中国移动共同推进5G产业化，持续优化5G+制造、矿场、港口等场景应用，促进各行业高质量发展。东方电气集团一直致力于实现5G技术与高端装备制造的结合。据集团副总经理徐鹏介绍，东方电气集团等企业对5G技术落地的期盼，主要基于“5G+产品设备通讯与控制”、“5G+基于VR/AR的装配、人员培训、设备维护”、“5G+现场安全监测”。 （来源：中国移动通信集团有限公司)Research on initial deployment strategy and network optimization of

5G network constructionZHANG Qiao-lin, ZHANG Shuo

(China Mobile Group Hubei Co., Ltd., Wuhan 430000, China)Abstract As 5G+ plan, which is embodied in three aspects. The fi rst is 5G+4G, the second is 5G+AICDE, the third

is 5G+ ecology. 5G is not just an industry, but the whole society. Therefore, the smooth evolution of 5G

has become the focus of our attention. As the initial stage of network construction, whether to choose

NSA or SA, how to evolve between the two is the focus of discussion in the industry. This paper is

based on the current situation of NSA networking in the current network, combined with the bottleneck

breakthrough brought by the evolution of SA, looking forward to the future 5G leading the glory of all

walks of ds 5G+; NSA; SA; network optimization17 2019年11月 第 11 期（第32卷 总第267期）月刊