刘光海，李 一，肖 天，朱小萌，郑雨婷

(中国联通研究院，北京 100048)

0 引言

随着5G 的商用部署和技术演进，移动通信网络面临2G/3G/4G/5G 多制式并存，网络结构日益复杂。而5G网络制式和终端的多样性又进一步加剧了网络拓扑和边界场景的复杂度。如何保障用户的移动性感知成为影响网络口碑的关键一环。

本文聚焦4G/5G 网络互操作策略及配置方案，针对5G 网络移动性能保障方案进行深入细致的研究，创新设计网间移动性策略，真正实现端网协同、多网协同，提升5G 网络的用户感知及口碑。

1 概述

1.1 5G 组网

5G 网络包含NSA(Non-Standalone)单栈、SA(Standalone)单栈和NSA&SA 双栈3 种组网方式，如图1 所示[1]。

图1 5G 3 种组网方式对比

NSA 单栈组网下，5G 用户只能采用以4G 网络作为移动性管理和覆盖的锚点，在连接态时通过双连接的方式新增5G 用户面接入[2-3]。

SA 单栈组网下，NR(New Radio)独立组网，5G用户只能直接与NR 连接之后接入5G 核心网[4]。

NSA&SA 双栈组网下，5G 用户既可以通过NSA 方式接入5G 网络，又可以通过SA 方式接入5G 网络。通过差异化5G 网络移动性方案设计，可以实现终端使用各种场景下可能的最高能力网络，保障用户感知最优。

1.2 5G 终端

5G 终端包含NSA 单模、SA 单模和NSA&SA 双模3种终端[5]。

NSA 单模终端为只支持NSA 模式的终端，用户在空口进行能力上报时会携带EN-DC-R15-Supported 字段。

SA 单模终端为只支持SA 模式的终端，用户在空口进行能力上报时会携带SA-NR-R15 字段。

NSA&SA 双模终端为既支持NSA 模式又支持SA 模式的终端，用户在空口进行能力上报时会同时携带ENDC-R15-Supported 字段和SA-NR-R15 字段。

不同种类终端能力不同，其在空闲态和连接态下的移动性策略也应差异化配置。网络侧需基于不同的终端能力配置不同的互操作策略及参数，保证各类终端根据网络实际情况及时、合理在网络间驻留、移动。

1.3 RRC(Radio Resource Control)状态

NSA 网络以4G 网络为信令锚点，只有进入连接态才会触发与NR 网络的双连接。因此，NSA 网络下用户的RRC 状态完全遵从4G 网络，当前4G 现网只包含RRC Idle 和RRC Connected[6-7]。

而对于SA 网络，3GPP 协议定义了3 种RRC 状态：RRC Idle、RRC Inactive 和RRC Connected，如图2 所示[8-10]。考虑RRC Inactive 主要应用于mMTC 业务场景，本文主要基于空闲态和连接态开展5G 网络移动性能优化方案研究。

图2 4G/5G 网络间RRC 状态迁移示意图

2 空闲态5G 网络移动性

空闲态5G 网络移动性主要指5G 网络系统内空闲态重选和4G/5G 网络系统间空闲态重选。空闲态重选主要通过公共频率优先级和专用频率优先级实现。公共频率优先级通过广播消息下发，专用频点优先级会在用户从连接态进入空闲态的时候下发。具体表现是通过RRC 连接释放消息中携带信元IdleModeMobilityControlInfo(IMMCI)。IMMCI 中包含网络给用户下发的专用频点及频点优先级信息。用户收到IMMCI 中携带的频点和频率优先级消息后，即忽略广播消息中的频点和频率优先级，而是按照IMMCI 中携带的频点和频率优先级进行后续网络行为[11]。

为保障不同终端优先驻留在各自能够匹配的能力最高或性能最优的网络上，空闲态小区重选总体遵循以下原则：

(1)不同制式间，通过频率重选优先级控制UE 优先驻留5G：驻留优先级为5G>4G>3G。

(2)相同制式内，针对不同覆盖场景，可以通过频率重选优先级控制用户驻留特定载波，也可以通过小区偏置控制用户优先驻留在特定小区上；原则上容量层≥覆盖层，室内微站≥室外宏站。

(3)不同优先级之间，基于高优先级到低优先级或低优先级到高优先级准则进行空闲态重选。

(4)同优先级之间，基于信号强度遵循R 准则进行重选。R 准则是指服务小区的Rs 和目标小区的Rt 分别满足Rs=Qmeas，s+Qhyst，Rt=Qmeas，t-Qoffset，其中Qmeas是测量小区的RSRP(Reference Signal Receiving Power)值，Qhyst 定义了小区重选迟滞，Qoffset 定义了目标小区的偏移值。如果目标小区在Treselection 时间内，Rt 持续超过Rs，那么终端就会重选到目标小区。

在满足总体小区重选原则的基础上，不同区域还应差异化配置频率重选优先级。

2.1 NSA&SA 双栈组网区域

NSA&SA 双栈组网区域内的空闲态策略需满足如图3所示原则：

图3 NSA/SA 双栈区域空闲态互操作示意图

(1)对于NSA&SA 双模终端及NSA 单模终端，在向5G 覆盖边缘移动时，优先驻留锚点4G 载波。

(2)对于SA 单模终端，在向5G 覆盖边缘移动时，优先驻留在4G 载波(不区分锚点4G 载波与非锚点载波)。

基于上述原则，本文分别给出NSA&SA 双栈组网区域的5G->4G 和4G->5G 空闲态重选策略。

2.1.1 5G->4G 空闲态重选

5G 到4G 的空闲态重选策略主要通过5G 侧公共频率优先级和5G 侧专用频率优先级实现。

(1)5G 侧公共频率优先级配置

系统间公共频点优先级配置应满足5G>4G，系统内公共频点优先级配置应满足容量层≥覆盖层，室内微站≥室外宏站。因此，5G 侧公共频率优先级配置策略为：3.3 GHz 频段5G 载波>3.4 GHz 频段5G 载波=3.5 GHz频段5G 载波>预留5G 频段载波>1.8 GHz 频段4G 载波>其他4G 频点载波。其中，预留5G 频段载波指2.1 GHz载波5G 小区。

(2)5G 侧专用频率优先级配置

当用户从5G 向4G 网络移动时，NSA/SA 双模终端和NSA 单模终端应优先回落4G 锚点，SA 单模终端回落4G 锚点或其他4G 载波均可。因此，5G 侧专用频率优先级配置策略如表1 所示。

表1 5G 侧专用频率优先级

2.1.2 4G->5G 空闲态重选

4G 到5G 的空闲态重选策略主要通过4G 侧公共频率优先级和4G 侧专用频率优先级实现[12]。

(1)4G 侧公共频率优先级配置

考虑尽量减少对现网配置的更改，公共频率优先级配置策略为：在保持现网4G 配置优先级顺序的前提下，增加配置NR 频点为优先级7 或6，高于所有4G、3G 频点。同时4G 锚点载波优先级高于4G 其他载波优先级。

(2)4G 侧专用频率优先级配置

NSA/SA 双栈网络下，存在4G 锚点小区和4G 非锚点小区。对于4G 锚点小区，无需配置专用频点优先级，整体频率优先级策略遵循公共频点优先级；对于4G 非锚点小区，需区分终端类型配置不同的专用频点优先级，避免不必要的异频测量，从而影响用户感知。具体策略如表2 所示。

表2 4G 非锚点小区专用频率优先级

2.2 SA 单栈组网区域

对于SA 单栈组网区域，由于网络仅支持SA 模式，无需考虑NSA 终端，因此，4G、5G 侧仅配置公共频点优先级与NSA&SA 双栈的4G、5G 公共频点优先级保持一致。

2.3 NSA 单栈组网区域

NSA 单栈组网区域下，NR 仅在双连接时生效，因此5G 侧无需配置任何频点优先级策略，仅在4G 侧配置频点优先级策略。同时，考虑此时网络仅支持NSA 模式，因此仅配置公共优先级，具体策略为：4G 锚点载波>其他4G 载波。

3 连接态5G 网络移动性

系统内5G 网络移动性主要通过异频切换实现。若两个5G 载波同优先级(例如3.4 GHz 频段和3.5 GHz 频段)，可采用A2+A3 方式实现以保障载波间的负载均衡。若两个载波优先级不同，当高优先级向低优先级切换时，采用A2+A4 或A2+A5 方式实现，即只有当高优先级载波小区低于某一门限且低优先级载波小区高于某一门限，才触发切换；当低优先级向高优先级切换时，采用周期性触发方式实现对高优先级载波的周期性测量[13]。切换事件的具体说明如表3 所示。

表3 切换事件说明

4G、5G 连接态的互操作包含重定向和切换两种[14]。若N26 接口具备且邻区配置完善，优选切换方式进行4G 和5G 之间的互操作。若采用重定向方式，则4G 返回5G 时须要采用基于测量的重定向防止5G 踏空；5G 返回4G 时根据实际情况采用基于测量的重定向或者盲重定向。切换和重定向的具体说明如表4 所示。

表4 连接态下用户移动性3 种方式对比

为满足不同终端在不同组网下的感知最优，不同区域应根据终端类型差异化配置移动性策略。

3.1 NSA&SA 双栈组网区域

为实现终端在连接态使用各种场景下可能的最高能力网络，保障用户感知最优，NSA&SA 双栈组网区域连接态策略需满足如下原则：

(1)NSA&SA 双模终端在NSA 模式和SA 模式共同覆盖区域优先驻留SA 网络。

(2)NSA&SA 双模终端从4G 网络向NSA&SA 双栈覆盖区移动时，会率先达到NSA 网络要求。主要考虑NSA网络下4G 可以补充上行，从而扩展NR 下行覆盖。

(3)4G 锚点应支持NSA&SA 双模终端从NSA 网络向SA 网络的迁移。

(4)NSA&SA 双模终端从4G 网络移动到4G 锚点和SA 同覆盖区域时，应优先向SA 网络迁移。

基于上述原则，本文分别给出NSA&SA 双模区域5G->4G 的连接态互操作和4G->5G 的连接态互操作策略。

3.1.1 5G->4G 连接态互操作

由于5G 属于高优先级网络，4G 属于低优先级网络，因此5G 到4G 的连接态互操作采用A2+B1 或A2+B2方式实现。即只有源5G 小区低于一定门限同时目标4G 小区高于一定门限时，才触发5G 到4G 的互操作流程[15]。

(1)对于SA 单模终端，目标4G 小区优选业务主力承载且本区域内连续覆盖的频段。

(2)对于NSA/SA 双模及单NSA 单模终端，目标4G小区优选4G 锚点载波。

3.1.2 4G->5G 连接态互操作

NSA/SA 双栈组网区域下的4G 网络既包含4G 锚点小区，又包含4G 非锚点小区。下面针对4G 锚点小区和4G 非锚点小区分别给出互操作策略。

(1)4G 锚点小区

4G 锚点小区互操作策略如下：

①对于NSA 单模终端，只需按照B1 事件添加NR小区、A2 事件删除NR 小区。

②对于SA 单模终端，考虑4G 向5G 迁移属于低优先级到高优先级的迁移。在SA 覆盖区域，应周期性触发B1 测量，加快SA 单模终端返回5G 网络。

③对于NSA&SA 双模终端：在SA 覆盖较好区域，无论终端是否处于双连接状态，终端均应优先实现向SA 迁移；在SA 弱覆盖区域或覆盖边缘，终端通过周期性的B1 测量触发NSA 添腿流程。例如，网络侧可以通过将SA B1 的TTT 设置得小于NSA B1 的TTT，来实现NSA&SA 双模终端优先向SA 迁移。

(2)4G 非锚点小区

4G 非锚点小区互操作策略如下：

①对于4G 终端，无需修改现网配置，执行4G 现网移动性要求。

②对于NSA 单模终端，优先迁移至4G 锚点载波上进行业务。

③对于SA 单模终端，优先迁移至SA 载波进行业务。

④对于NSA&SA 双模终端，按照以下优先级进行数据业务的迁移：5G SA 载波>4G 锚点载波>4G 当前载波。同时，在非锚点小区配置向锚点的定向切换相对于SA 的B1 测量延时启动定时器，以实现优先SA 切换，具体如图4 所示。

图4 NSA/SA 双栈组网区域下NSA/SA 双模终端连接态移动性示意图

3.2 SA 单栈组网区域

对于SA 单栈组网区域，由于网络仅支持SA 模式，无需考虑NSA 终端，因此4G、5G 侧仅配置互操作策略与NSA&SA 双栈下对于SA 终端的互操作策略保持一致。

3.3 NSA 单栈组网区域

对于NSA 单栈组网区域，由于网络仅支持NSA 模式，因此NR 只能通过双连接方式添加。此时5G 侧只需配置A2 事件，即删除NR 事件。4G 侧配置互操作策略与NSA&SA 双栈区域对于NSA 单模终端的要求保持一致。

4 结论

5G 网络具有多组网方式、多终端类别等显著特征，多条件下的混合组网带来了复杂的网络拓扑及边界场景，用户的网间移动性保障优化难度呈几何倍数增长。本文基于5G 网络移动性优化方案进行深入研究，首先介绍5G 组网方式和5G 终端类型，同时根据终端的不同RRC 状态，引出互操作策略下的不同场景：空闲态移动性和连接态移动性。本文详细介绍了不同组网方式下不同终端的互操作策略，可以为现网互操作策略制定提供依据，有效牵引了5G 网络移动性能优化。