5G独立和非独立组网的混合应用
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作者:张军 宦天枢 姜雯雯
【摘要】 首先介绍5G的网络组网架构，并阐述5G与4G网络的相互关系以及现有多种组网方式存在的意义，最后分析阐述混合（非独立和独立）网络组网的关键技术，以及单个服务小区同时给不同模式终端提供随机接入服务的技术挑战与应对方案。
【关键词】 NSA组网 SA组网 混合网络 随机接入
一、引言
随着全球各大无线网络运营商、设备商的持续发力，5G（5th Generation，第五代移动通信系统）网络已经逐步从研发阶段走向试商用、商用，根据3GPP（移动通信的标准化机构）的网络规划，非独立（Non-Stand Alone，下文统称NSA）组网标准率先发布，可以有效利用4G（LTE）网络进行资源优化，而独立（Stand Alone，下文统称SA）组网标准也在2018年R15版本发布，减少了对4G的依赖，提供更多定制化5G服务。
不同的运营商对于5G组网方式采用了不同的策略，如韩国三大运营商已经使用NSA组网进行5G商用，中国移动则将采用SA组网标准作为重心，也有使用NSA组网和SA组网的混合应用方式。这里提到的NSA和SA组网的混合应用并不局限于，同一网络下同时存在NSA和SA的服务小区，也包含了同一网络下的同一个小区同时提供NSA和SA终端的网络接入，这就对网络的小区控制，网络接入技术的设计以及网络准入机制的算法提出了一些挑战。
二、NSA和SA混合组网应用
2.1 NSA和SA组网的优劣势
NSA组网方式的优势有：
a）有效利用4G网络进行5G覆盖，尤其在上行手机发射功率受限的场景下;
b）有效利用4G网络进行流量分流，节约网络建设成本投入。
SA组网的优势有：
a）更加完善的定制化（低延时，高可靠）5G服务，不局限于eMBB（超大带宽）服务;
b）灵活分配的网络切片服务等。
NSA组网和SA组网有着各自的优势，也有着各自的待完善的地方，如NSA组网时4G核心网架构无法满足5G对于时延和传输可靠性的要求，SA组网直接建设资本开支更高，也应兼容4G用户等。因此，在同一张网络中实现NSA与SA网络的共存，服务小区根据需求进行配置NSA或者SA模式，将兼容两种组网方式的优势，且减少上文提到的独立组网时的不足，对于5G网络建设有着很大的意义。
2.2 NSA和SA组网的混合应用
NSA和SA混合组网的拓扑图大致情况可见下面图1。该网络既实现了SA与NSA组网的兼容，也让网络可以根据不同使用场景进行NSA、SA小区弹性配置，如5G网络边缘的服务小区可以设置成NSA，某个切片场景下使用混合（单小区提供NSA和SA终端接入）或者SA小区配置。
三、NSA和SA混合组网技术
3.1 NSA和SA组网方式的主要区别
NSA组网方式下，终端根据收到的4G/5G网络系统广播消息，发起随机接入，并通过X2接口在5G网络获得资源准入的情况下，进行业务交互;而SA组网下，终端根据5G网络下解析到的系统广播消息，进行随机接入，因此不同的系统广播消息将会引导不同制式的终端接入不同模式的服务小区，这也成為实现NSA和SA混合组网的关键。终端和网络的系统消息交互见图2所示。
根据3GPP协议可知，NSA组网时，5G网络只会下发MIB（主系统消息块），终端会通过4G网络的MIB，SIB（系统消息块）辅助解析出随机接入信道配置参数，进而接入5G网络，而SA组网时，5G网络会同时下发MIB和SIB，供终端获取接入配置，与传统单网络组网方式类似，MIB及SIB携带具体信息，可参考协议TS 38.331[1]。对于同时支持NSA和SA的混合型小区，就需要对这些系统参数进行特殊的配置，以同时允许NSA和SA制式的终端同时接入。
3.2 NSA和SA混合组网的挑战及解决方案
NSA组网利用了4G网络，而 4G和5G的网络配置有许多不同，因此要实现NSA和SA的混合应用，就必须综合考虑两者的异同，这里以随机接入配置为例，来探讨混合应用的技术方案。
4G网络下发随机接入配置是全频段的，NSA组网时，为终端配置接入参数时，可以只设置RRC参数’msg1-FrequencyStart’（可参考协议TS 38.331[1]）为起始PRB位置;而5G的一个特点是超大带宽，让5G终端具备全带宽检测系统消息的功能，显然不符合终端性能、成本以及能耗等方面的要求，为此5G引入了BWP（BANDWIDTH PARTS，部分带宽）的概念，由此可知，对于5G SA组网时，为终端配置接入参数时，不仅仅考虑起始PRB位置，也需考虑初始BWP的位置，此时配置的RRC 参数’msg1-FrequencyStart’将是二者之和。
而对于混合组网的单小区，由于物理层只会下发一种配置，以优先考虑下发SA的接入配置为例，即起始PRB位置及初始BWP的位置的组合作为SA终端的起始PRB接入点，而NSA终端如果向往常一样，只读取起始PRB位置将无法接入混合组网小区，为此，我们在NSA终端的RRC reconfiguration（重配置）时，可以修改NSA终端的接入PRB位置，让NSA终端也和SA终端一样，在起始PRB位置加上初始BWP的位置处接入5G网络，从而实现混合组网时，单个小区同时支持NSA和SA终端的同时接入。这将为4G及NSA网络过渡到5G独立组网，优化网络流量配置，提供巨大的优势。
四、结束语
本文提出了NSA和SA混合组网应用的网络架构，分析并阐述了混合组网方式下NSA/SA服务小区灵活配置、弹性伸缩的优势，兼容了NSA终端在5G网络下的小区接入，以及组网技术实现的关键和挑战。混合双模的组网方式将为5G时代提供一种智能化的网络建设方案，更好地服务于5G广大客户。
参 考 文 献
[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
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