基于NSA/SA双模5G基站的用户感知对比研究

孟现锋 徐刚 孙千千 李根 董文锋

【摘要】    着眼于5G组网方式平滑演进这一移动通信行业的关注热点，简要介绍了5G NSA网络结构、SA网络结构以及NSA/SA双模5G网络结构。结合外场测试数据，基于CQT定点测试和DT拉网测试两个维度的多项指标，对比研究了NSA/SA双模5G网络下，NSA用户和SA用户的感知差异。

【关键词】    5G    NSA/SA双模    用户体验研究

引言

5G网络发展可以分三个阶段演进，第一阶段为5G网络建设初始阶段，组网方式以NSA为主;第二阶段为5G NSA和SA共存阶段，主要以NSA/SA双模基站形式存在;第三阶段5G网络以SA组网方式存在，实现5G全业务场景[1]。

本文首先梳理了NSA、SA以及NSA/SA双模5G基站的技术特点，结合CQT定点测试和DT拉网测试两个维度的实际数据与分析结果，对比研究了NSA/SA双模5G基站组网架构下用户的使用体验。并分析NSA组网下影响用户体验的典型问题。

一、5G组网架构

1.1 NSA部署方案

对于国内运营商，NSA组网的普遍选择方案是Option 3x，SA的普遍选择是Option 2方案。Option 3x方案中4G基站与5G基站构成双连接模式，其中4G基站称为锚点。4G终端数据和信令均通过eNB连接到4G核心网。5G终端分别连接eNB和gNB，随后eNB通过S1接口连接到4G核心网，同时eNB通过X2接口与gNB相连，gNB也可以通过S1-U接口连接到4G核心网的S-GW。

1.2 SA部署方案

Option 2支持5G核心网能力，并可提供支持增强移动宽带和基础低时延高可靠业务的能力，便于拓展垂直行业，同时可以支撑5G网络切片、边缘计算等关键应用[2]。

Option 2架构中，5G核心网与5G基站gNB通过NG接口直接相连，传递NAS信令和数据，5G无线空口的RRC信令、广播信令、数据都通过5G基站的NR空口直接传递。

1.3 NSA/SA双模5G基站部署方案

NSA到SA的演进既要考虑SA应用的需求，也要保障NSA用户的接入需求，NSA/SA双模5G基站部署方案的实施即可满足以上双重需求，实现移动通信网络平滑过渡。

NSA/SA双模5G基站（Option 3x+ Option 2）实现方式为同一套5G基站设备支持NSA和SA两种协议栈，同时支持NSA和SA用户终端接入。

NSA/SA双模5G基站结构如图所示，双模基站（gNB）通过X2接口与eNB相连，并与4G核心网通过S1-U接口建立用户面连接。同时，双模基站（gNB）通过NG接口与5G核心网建立控制面和用户面连接，与其他双模基站（gNB）之间通过Xn接口相连。4G核心网和5G核心网之间可通过N26接口连接[3]。

二、测试分析

2.1 测试环境

（一）NR默认配置

a）工作模式：3.5G频段 TDD（3500-3600MHz），载波带宽100MHz;

b）帧结构配置：2.5ms双周期DDDSUDDSUU;

c）特殊子帧配置：10：2：2;

d）功率配置：总功率200W，对应ss-PBCH-BlockPower=17.8dBm;

e）双模基站关闭Split分流模式，NR侧NSA和SA用户等优先级调度。

（二）定点测试信道条件定义：

a）极好点： SS-RSRP ≧ -75dBm 且 SS-SINR ≧ 25dB;

b）好点： -85dBm ≦ SS-RSRP < -75dBm 且 15dB ≦ SS-SINR < 20dB;

c）中点： -95dBm ≦ SS-RSRP < -85dBm 且 5dB ≦ SS-SINR < 10dB;

d）差点： -105dBm ≦ SS-RSRP < -95dBm 且 -5dB ≦ SS-SINR < 0dB;

2.2 CQT测试指标对比分析

（一）速率对比分析

（a）单用户单载波速率测试。单个终端发起FTP下载业务，待数据业务稳定后，记录下行速率;单个终端发起FTP上传业务，待数据业务稳定后，记录上行速率。NSA/SA双模5G网络下NSA用户和SA用户的单用户单载波下行速率见表1，单用户单载波上行速率见表2。

从表2和表3看到，定点测试场景，不同无线环境条件，NSA/SA双模5G基站下NSA用户和SA用户的下行速率无明显差别，上行速率差别明显。NSA用户的上行速率为SA用户的50%左右。

由于NSA终端采用的是和4G网络&5G网络保持双连接的方式。对于上行而言，NSA架构，2T4R终端工作模式为NR与LTE各一个天线进行上行发送。而SA架构，支持NR两个天线进行上行发送。这意味着，同样的终端在SA组网下的上行速率远远大于NSA组网下的上行速率，理论上就是两倍。所以现场测试數据与理论模型一致。

（b）多用户速率测试。在NSA/SA双模5G基站下选择某一小区进行测试，5台5G终端均匀放置于小区好点，分别进行FTP下载业务。多用户下行速率和上行速率见图2和图3。

从图2看到，多用户测试场景，NSA/SA双模5G基站下NSA用户和SA用户的下行速率差别微小。从图3看到，NSA用户和SA用户的上行速率差别明显。NSA用户的上行速率为SA用户的50%左右。

（二）PING包测试对比分析

选择一个5G主测小区，发起PING包业务，包长为32Byte和2000Byte两种，PING包等待回复时长不高于2S，PING包次数50次，记录各测试样值及统计数据。

包长为32Byte的PING包业务，NSA时延为9.22毫秒，SA时延为8.99毫秒;包长为2000Byte的PING包业务，NSA时延为10.04毫秒，SA时延为9.46毫秒，两种PING包业务，SA时延均低于NSA时延。

2.3 DT测试指标对比分析

NSA/SA网络覆盖与质量对比如表3所示，NSA/SA网络的覆盖与质量基本相同。

DT数据速率对比分析分别从下行平均速率、上行平均速率、单用户下行速率达标率、单用户上行速率达标率四个方面开展。其中，单用户下行和上行速率达标率定义：单用户下行PDCP层速率≥100Mbps的样点占总采样点的百分比;单用户上行PDCP层速率≥5Mbps的样点占总采样点的百分比。

表4为测试路线未进行精细优化的数据，NSA用户下行平均速率明显低于SA用户，主要原因为4G锚点乒乓切换导致5G速率频繁掉底以及5G NR与4G锚地X2链路自建立失败等原因导致。典型问题如图所示。

图4表示，4G锚点重叠覆盖引起锚点乒乓切换，锚点小区未及时下发B1测量进行辅载波添加，导致5G终端无法接入5G网络。图5表示，4G锚点小区到5G小区之间X2链路自建立失败，引起辅载波异常释放。对测试路线精细优化，解决上述问题并进行4/5G系统优化后，指标如表5所示。

表5为测试路线开展一轮精细优化后的数据，相较于表4，NSA用户下行平均速率提高了133Mbps，SA用户下行平均速率提高了64Mbps，但是NSA用户下行平均速率仍然低于SA用户。

三、结束语

本文重点研究了NSA/SA双模5G网络结构下，NSA用户和SA用户的体验差异。结合外场测试数据，得出以下结论：a）CQT定点测试数据表明，同一NSA/SA双模5G基站下，NSA用户和SA用户下行速率基本无差异，但是对于上行而言，同样的终端在SA组网下的上行速率为NSA组网下的上行速率两倍左右。b）CQT定点测试中，两种PING包业务，SA时延均低于NSA时延，但由于均为10ms级时延，差别微小。c）DT拉网数据表明，同一路段NSA用户下行平均速率仍然低于SA用户。

参  考  文  献

[1]王志勤， 徐菲. 关于5G组网技术路线的分析与建议[J]. 电信科学， 2019（7）：3-7.

[2]方琰崴，陈亚权，李立平，等.5G網络切片解决方案和关键技术[J].邮电设计技术，2020，（03）：70-74.

[3]王磊. 5G独立组网和非独立组网方案分析[J]. 通信技术， 2019， 052（008）：1912-1915.