面向5G 的SON 3GPP 标准进展

2021-04-11张会丽

电子技术应用 2021年6期

张会丽

（重庆信息通信研究院，重庆 400000）

0 引言

5G 网络具有增强型移动宽带，超可靠低延迟通信和大规模机器类型通信三大场景，其特点分别是高速高数据量，低速超低延迟以及来自大量新兴的智能通信设备不经常传输的较低数据量。为了支持广泛的QoS 级别，需要自动调整5G 网络以响应网络状况，以保持最佳的性能效率。由于5G 网络将拥有比前几代蜂窝移动通信网络更多的小区，因此SON 自动化对于运营商管理复杂5G 网络更为重要。

1 5G SON 研究必要性

5G SON 消耗管理数据，包括但不限于警报，测量，分析KPI、QoE 和供应数据，以根据时间和位置分析网络行为、状态和流量模式，进而预测潜在问题，以及提前计划解决方案，以解决网络问题。随着人工智能和大数据的发展，5G SON 能够处理在数天、数周、数月乃至更长时间内收集的大量管理数据，以创建提高网络性能和效率所需的自我优化，自我配置和自我修复行为。

2018 年9 月，3GPP 工作组SA5 在第81 次TSG-SA全会上正式通过关于面向5G 的SON 研究立项（SP-180827）[1]，该立项由Intel、Verizon、ETRI、CMCC、ZTE 等10 余家国内外企业联合起草提出。在该提案中，提及5G SON 可能会重用在Rel16 之前开发的SON 功能（例如，自动邻居关系、容量和覆盖范围优化、负载平衡、小区中断补偿、干扰控制等），其主要目标在于基于对网络数据和管理数据的分析，研究SON 来控制5G 网络的用例和要求，并将联合RAN、SA2 和CT 工作组联合进行研究，其涉及RAN 和CN 方面：自我配置/重新配置；自我优化；自我修复；研究与网络切片有关的SON 的用例和要求。此外，3GPP 无线网络工作组RAN 提出面向演进5G 网络的SON 研究立项RP-191594[2]、RP-192610[3]、RP-193255[4]、RP-201281[5]以及RP-201625[6]，旨在加强RELEASE 17 版本5G 网络SON 性能。

2 SON 3GPP 研究进展

基于面向5G SON 研究项目立项，SA5 针对5G 网络进行了SON 的研究，并形成技术报告TR28.861[7]，内容涉及以下方面：（1）网络切片实例（Network Slice Instance，NSI）资源分配优化；（2）3GPP 网元（Network Function，NF）的自我建立，包括自动化软件管理；（3）自动邻居关系（Automatic Neighbour Relation，ANR）管理；（4）ANR 优化；（5）物理小区标识（Physical Cell Identifier，PCI）配置；（6）自动网络配置数据处理；（7）负载平衡优化；（8）随机接入（random access，RACH）优化；（9）集中容量和覆盖范围优化；（10）NF 的多供应商即插即用；（11）新NF 的自我配置；（12）移动鲁棒性优化；（13）节能管理；（14）自动创建NSI；（15）优化通信服务质量；（16）跨片网络资源优化；（17）多方面/多领域资源优化。

SA5 工作组经过多方面、多角度的探索与钻研，在TSG-SA 第87 和89e 次会议分别通过提案SP-200194[8]和SP-200763[9]，即为Enhancements of Self-Organizing Networks（SON） for 5G networks 以及Revised WID Self-Organizing Networks（SON） for 5G networks，其目标在于针对5G SON 研究方案输出技术标准文档28.541[10]、28.544[11]、28.545[12]、28.552[13]、TS28.313[14]以及TS28.627[15]，主要涉及以下面向5G 的SON 功能解决方案。

2.1 自动邻居关系管理/优化[16]

ANR 功能的目的是为了缓解运营商管理邻小区关系（Neighbour Cell Relation，NCR）的负担。ANR 功能处于gNB，主要用于管理NCR 表格（Neighbour Cell Relation Table，NCRT）。通过ANR 功能，邻小区可以发现新的邻小区并将其加入NCRT 中。此外ANR 还有邻小区删除功能，从而能够移除过期的邻小区关系。如何判断邻小区关系的添加和删除取决于基站实现。

NCR 是小区与小区间的关系，是为了支持Xn 链路的建立。相邻小区关系是单向的，而Xn 链路是双向的。在Xn 接口建立过程或者gNB 配置更新过程中的邻小区信息交互可以用于ANR。ANR 功能也可以允许O&M 进行NCRT 管理。O&M 可以添加或删除NCR 关系，同时也可以改变NCRT 的属性。此外当NCRT 更新后，NG-RAN需要通知O&M 系统。

2.2 PCI 配置[14]

每个基站被分配了一个PCI，该PCI 以主同步信号和辅同步信号广播。当UE 接收主同步信号和辅同步信号以获取时间和频率同步时，它还将获得用于唯一标识5G 小区的PCI。5G 中仅存在1 008 个唯一的PCI，由于5G 在毫米波段中部署了大量NR 小区和小型小区，因此需要重复使用PCI。通常，运营商在部署网络时使用网络规划工具将PCI 分配给小区，以确保所有相邻小区都具有不同的PCI。但是，由于添加了新的小区或ANR 功能改变了邻居关系，因此可能会出现以下问题：

（1）PCI 冲突：两个相邻的小区具有相同的PCI；

（2）PCI 混淆：一个小区具有2 个具有相同PCI 值的相邻小区，其中，小区#A 的PCI 与其两个相邻小区（小区#B 和小区#C）的PCI 不同，但是小区#B 和小区#C具有相同的PCI。PCI 混淆会影响切换性能，因为UE 会为将其切换到哪个小区感到困惑。

PCI 配置目标是配置新部署的NR 小区的PCI，并重新配置承受PCI 冲突或PCI 混淆问题的NR 小区的PCI。有两种配置PCI 的方法：集中式PCI 配置和分布式PCI 配置。

2.2.1 集中式PCI 配置流程

（1）集中式PCI 配置功能监视并收集与PCI 相关的数据；

（2）集中式PCI 配置功能分析PCI 相关信息，以检测新部署的NG-RAN 或NR 小区的PCI 冲突或混乱。

（3）集中式PCI 配置功能使用NG-RAN 供应服务来为每个新部署的NR 小区配置特定的PCI 值或列表值，或者为NG-RAN 中的NG-RAN 小区重新配置PCI 值或列表值，以解决PCI 冲突或混乱的问题；

（4）NG-RAN 根据配置的特定PCI 或PCI 列表执行PCI 选择；

（5）如果未正确配置新部署的NR-RAN 小区或未解决PCI 冲突或混乱问题，则集中式PCI 配置功能将恢复到步骤（3）。

2.2.2 分布式PCI 配置流程

PCI 管理和控制功能可设置NR 小区使用的PCI 值列表，并激活分布式PCI 配置功能；分布式PCI 配置功能从PCI 管理和控制功能提供的PCI 值列表中随机选择一个PCI 值；分布式PCI 配置功能将为此NR 小区选择的PCI 值报告给PCI 管理和控制功能。

2.3 容量和覆盖率优化[14]

容量和覆盖率优化（Centralized Capacity and Coverage Optimization，CCO）目标是执行NR-小区的NG-RAN 覆盖和容量优化。CCO SON 功能处于激活状态，并使用由相应提供商提供的NG-RAN 和5GC 提供管理服务和PM服务。CCO 功能收到的测量结果可能包括网络性能指标，其中可能包括覆盖不良的指示，例如RSRP 和RSRQ统计信息，RLF、RRC 连接失败/掉线，切换失败等。CCO具体实现步骤为：

（1）CCO 功能正在监视NG-RAN 内某些区域或波束的性能指标，并可以通过收集诸如RSRP、RSRQ 的性能度量来监视5GC，例如语音掉话等事件的CDR、SINR 和RLF 测量以及小区内的波束；

（2）如果CCO 功能通过分析测量（例如DL SSB 波束的RSRP、RSRQ、SINR 和RLF 测量）来检测某些小区，某些区域或小区内某些波束的覆盖或容量下降，其中降级标准的一些示例是信号强度过低，RRC 连接尝试，随机访问尝试的成功率低等。

（3）CCO 功能确定改善小区和小区内区域的覆盖范围和/或容量所需的操作；

（4）CCO 功能修改小区和/或一个或几个相邻小区中的配置参数或5GC 的配置，例如PCF 策略以减少负载，并继续监视PM 测量；

（5）如果网络性能无法恢复，则CCO 功能会调整在步骤（2）中所做的修改。

（6）返回到步骤（1）。

2.4 负载平衡优化[14]

负载平衡优化（Load Balancing Optimization，LBO）包括分布式LBO 和集中式LBO 的管理，主要聚焦集中式LBO（Centralized LBO，C-LBO），具体为：C-LBO 功能从gNBCU-CP/gNB-CU-UP/gNB-DU 收集负载性能测量值（例如，无线电资源使用情况,负载指示器,组合可用容量PRBd 等）或通知（例如，某些测量结果的阈值交叉）；然后C-LBO 功能会分析负载测量结果，以确定是否需要采取的措施，包括切换和/或重选参数的配置以及更改虚拟资源的启动，以优化相邻小区之间的流量负载分配；C-LBO 功能收集性能测量值（例如，RRC 连接建立/释放，异常释放，切换失败，掉话等）的数量，以评估LBO 性能，并可以更新LBO 性能的切换和/或重选参数。

2.5 移动鲁棒性优化[14]

如果切换参数设置不正确，5G NR 小区可能会遇到问题，例如切换得太早或太晚，切换到错误的小区，乒乓切换等，不仅会影响用户体验，还会浪费网络资源。移动鲁棒性优化（Mobility Robustness Optimization，MRO）旨在自动配置小区中的切换参数，以提高切换性能。

MRO 管理和控制功能设置NR 和EUTRAN 切换参数的范围以及MRO 功能的目标，并收集与切换相关的测量和无线链路故障报告，以监控切换性能。如果切换性能未达到目标，则MRO 管理和控制功能将分析测量结果和无线链路故障报告，并且可以执行以下操作之一：（1）更新MRO 功能的目标；（2）更新NR 邻居关系和EUTRAN 邻居关系的切换参数范围；（3）禁用MRO 功能，并为NR 邻居关系配置切换参数，并使用认为可以提高切换性能的值。

2.6 RACH 优化[14]

配置不当的RACH 可能会增加UE 接入网络所花费的时间，并且可能会增加可能影响呼叫建立性能的接入失败。RACH 优化是在小区中自动配置RACH 参数，以通过减少网络访问时间并最大程度地减少故障来获得最佳网络性能。

RACH 优化功能即通过自动调整RACH 参数（例如RACH-ConfigCommon 属性）以优化RACH 性能。RACH 管理和控制功能设置RACH 优化功能的目标，并收集以下性能度量值以监视RACH 性能：（1）为实现同步而发送的前导UE 数的分布；（2）UE 实现同步所需时间的分配。如果RACH 性能未达到目标，则RACH 管理和控制功能将分析测量结果，并可以执行以下操作之一：①更新RACH 优化功能的目标；②更新NR 小区的RACH 参数范围；③禁用RACH 优化功能，并为NR 小区配置RACH参数，使其具有可以提高RACH 性能的值。当激活RACH 优化功能时，RACH 管理和控制功能不应配置RACH 参数。