在5G網絡部署的不同時期，3GPP給出了多種不同的部署方式，根據控制面錨點的不同可以分為NSA（Non-Standalone）和SA（Standalone）兩種組網方式。NSA組網支持通過雙連接（Dual Connectivity）的方式接入不同制式的網絡，如EN-DC（EUTRA-NR Dual Connectivity），終端可以通過4G、5G網絡雙連接技術實現(xiàn)5G網絡應用；采用SA組網時，終端可以通過5G RAN和5GC完成5G業(yè)務體驗。

對于國內運營商來說，目前4G網絡已經具備非常優(yōu)異的覆蓋條件，而5G網絡由于投資成本高且商業(yè)模式未明確，其商業(yè)部署將會在4G網絡基礎上長期升級替換，所以在5G網絡覆蓋不全面的情況下保證用戶業(yè)務連續(xù)性的最佳選擇就是以現(xiàn)有4G網絡來補充5G網絡覆蓋的不足，這也是5G SA組網要重點研究的互操作課題。

由于3GPP R15版本只定義了5G與4G網絡互操作接口，本文主要基于R15協(xié)議討論5G SA組網的互操作方案，并根據不同場景制定4G/5G互操作部署策略，具有一定的參考意義。

4G與5G融合組網架構

為了快速推廣5G SA組網，3GPP在R15協(xié)議中提出了5G與4G核心網網元的融合部署架構，如HSS+UDM、PCRF+PCF、PGW-C+SMF以及PGW-U+UPF等4G/5G核心網元的融合（見圖1）。該部署架構意味著業(yè)務、數(shù)據、網絡一體化融合演進，而從當前4G網絡逐步演進到5G網絡的過程來看，用戶簽約數(shù)據的融合、用戶業(yè)務數(shù)據的融合以及用戶業(yè)務的連續(xù)性都是4G和5G網絡融合過程中要優(yōu)先考慮的因素。圖1中N26接口是MME和AMF之間的接口，可選配置，5G與4G之間的互操作策略要結合N26接口是否配置來制定不同方案。

核心網側PGW-C+SMF、PGW-U+UPF等網元的融合部署支持用戶在5G和4G網絡切換過程中的業(yè)務連續(xù)性，用戶面網元的融合部署對接入網的制式是不敏感的，切換過程中不需要變更用戶面錨點，節(jié)省了業(yè)務處理時延及資源。如果核心網側不采用協(xié)議要求的融合組網，用戶在5G與4G網絡切換過程中用戶面錨點要變更，可能涉及IP地址和用戶面鏈路的變更，用戶業(yè)務感知會受到影響，并且網絡側需要更多資源處理切換流程，增加了核心網的處理負荷，由此可見跨系統(tǒng)的網元融合部署將是運營商的選擇方向。

圖1 4G/5G互操作系統(tǒng)架構

5G SA組網互操作策略探索在網絡互通方面，MME和AMF之間的N26接口是否配置，會影響到4G/5G互操作的處理流程。當網絡部署了N26接口，該接口可以支持4G/5G互操作過程中源網絡和目標網絡之間傳遞上下文信息和移動性管理信息，此時終端僅需支持單注冊模式，網絡側保持一種可用的移動性管理狀態(tài)，即可保證用戶業(yè)務的連續(xù)性。

當網絡未部署N26接口，網絡會使用HSS+UDM存儲的終端簽約信息及相關的PGW-C+SMF、APN/DNN信息，數(shù)據庫的融合策略可以保障用戶IP等信息的連續(xù)性，無N26接口時，單注冊終端從5GS移動到EPS系統(tǒng)時需要增加EPS側的attach過程。

5G SA組網空閑態(tài)互操作策略5G SA組網空閑態(tài)互操作策略是基于重選優(yōu)先級的差異實現(xiàn)不同層次網絡的駐留，為了實現(xiàn)5G UE盡可能多地在5G網絡駐留，在配置重選優(yōu)先級時需遵循NR重選優(yōu)先級》LTE重選優(yōu)先級，當終端移出5G覆蓋區(qū)，UE將由高優(yōu)先級（NR）重選到低優(yōu)先級（LTE），需滿足NR小區(qū)電平低于服務門限且目標小區(qū)高于低優(yōu)先級重選門限，才能重選到LTE小區(qū)；而當UE移動到5G覆蓋區(qū)時，UE將由低優(yōu)先級（LTE）重現(xiàn)到高優(yōu)先級（NR），此時根據重選策略，只需滿足目標小區(qū)高于高優(yōu)先級重選門限即可將UE重選到NR小區(qū)。具體策略見圖2。

圖2 4G和5G空閑態(tài)互操作策略

由于5G的SIB5（承載5-》4G重選信息的系統(tǒng)消息）消息中最多攜帶8個4G頻點，D頻段+E頻段+FDD900可以組成連續(xù)覆蓋，因此配置4G錨點頻點+D頻段+E頻段+FDD900，重選優(yōu)先級按照5G》4G錨點頻點》其他覆蓋頻點。為防止乒乓重選，空閑態(tài)參數(shù)配置需遵循：NR_Serverlow（服務頻點低優(yōu)先級重選門限，5G側配置）《NR_High（異系統(tǒng)高優(yōu)先級重選門限，4G側配置），為了避免SA終端從NR重選到LTE后又快速重選回NR，設置NR_High》 NR_Serverlow+4dB，空閑態(tài)各頻點的優(yōu)先級配置見表1，空閑態(tài)參數(shù)配置見表2。測試驗證結果見表3。

表1 5G空閑態(tài)各頻點的優(yōu)先級配置

注：重選優(yōu)先級表示服務頻點的小區(qū)重選絕對優(yōu)先級，0表示最低優(yōu)先級，7表示最高優(yōu)先級，NR的服務頻點優(yōu)先級可以在優(yōu)先級7基礎上增加小數(shù)，以實現(xiàn)NR頻點的優(yōu)先駐留。

表2 空閑態(tài)參數(shù)配置

表3 測試驗證結果

三個典型場景配置試驗參數(shù)后，5G時長駐留比有所提升，乒乓重選幾率降低。

5G SA組網連接態(tài)互操作策略

5G建網初期，網絡覆蓋不如4G，當5G終端移動到覆蓋邊緣時，配置基于覆蓋的切換或重定向將5G終端遷移到4G網絡，保證終端在5G網絡弱覆蓋時的業(yè)務連續(xù)性；當終端移動到有5G網絡覆蓋的地方，配置基于覆蓋（部分廠家可以實現(xiàn)基于業(yè)務切換）的切換或重定向將終端從4G網絡遷移到5G網絡，策略上傾向于將支持5G的終端快速遷移到5G網絡。

4G/5G互操作設計原則：5G體驗優(yōu)于4G，則優(yōu)先駐留在5G；極邊緣用戶才轉移到4G，此時滿足4G體驗優(yōu)于5G；在4G始終嘗試轉移5G，只要5G體驗優(yōu)于4G，則實施遷移。根據4G MR采樣數(shù)據及5G實際測試數(shù)據，分析4G/5G互操作參數(shù)門限設計的合理性。由圖3可知，LTE在95%覆蓋區(qū)域RSRP大于-104dBm，作為5G異系統(tǒng)B1門限，此時D頻段的下行拉網速率為25Mbit/s，5G該速率時對應的RSRP為-123dBm，作為5G側的4G異系統(tǒng)A2起測門限，A1停止測量門限建議設置成-117dBm（此時NR下行吞吐率始終好于LTE）。

圖3 互操作參數(shù)門限

基于大量數(shù)據的統(tǒng)計結論，本文給出了5G-》4G的A1/A2/B1的門限配置值，其他門限則根據下文確定。

5G_A2（5G側配置）《5G_B1（4G側配置），防止SA終端從4G切換到5G后又快速切換回4G，建議5G_B1》5G_A2+3dB；4G_B1（5G側配置）》4G_A2（4G側配置），防止SA終端從5G切換到4G后又快速切換回5G，建議4G_B1》4G_A2+3dB。連接態(tài)4G/5G互操作參數(shù)門限見表4。

表4 連接態(tài)4G/5G互操作參數(shù)門限

4G/5G連接態(tài)互操作門限的配置是SA組網互操作策略應用研究的重要一環(huán)，根據前文的論述，選取杭州市區(qū)三個典型場景驗證參數(shù)的合理性，從5G時長駐留比、5G MAC層下行吞吐量等指標來看，本文建議的互操作參數(shù)配置策略確實可以提升用戶在5G網絡的體驗感知。

表5 三個典型場景參數(shù)驗證結果

5G SA組網語音業(yè)務—EPS Fallback

3GPP R15協(xié)議已經為5G提供了語音解決方案：VoNR和EPS FallBack。5G建網初期，網絡覆蓋不連續(xù)，語音業(yè)務建議采用EPS FallBack來實現(xiàn)，終端駐留在5G網絡，檢測到語音業(yè)務建立，通過5G到4G的互操作將語音業(yè)務回落到4G網絡由VoLTE來承載語音服務。EPS FallBack的回落方式需要根據核心網是否配置N26接口來確定是采用切換還是重定向，如果核心網配置N26接口，則推薦采用5G到4G異系統(tǒng)切換實現(xiàn)語音回落，而當核心網未配置N26接口時，推薦采用5G到4G異系統(tǒng)重定向實現(xiàn)語音回落。

本文對EPS FallBack語音服務進行了業(yè)務測試驗證，評估了空閑態(tài)、連接態(tài)場景下盲重定向、重定向、切換3種回落方式的時延及成功率，具體見表6測試數(shù)據，基于切換的EPS FallBack在時延及穩(wěn)定性方面都比重定向更有優(yōu)勢，推薦網絡部署時優(yōu)先采用基于切換的EPS FallBack。

表6 EPS FB時延定點和拉網測試結果

為了提升終端的5G網絡駐留率，終端在完成EPS FallBack語音業(yè)務后，建議采用Fast Return的方式返回5G網絡，如果網絡或終端不支持Fast Return，終端在4G側做完語音業(yè)務后會進入空閑態(tài)，再通過4G到5G的重選功能進入5G小區(qū)。4G到5G異系統(tǒng)重選流程帶來的時延會比Fast Return要長，所以推薦網絡側打開Fast Return的配置。

結束語

隨著5G SA網絡商用的時間越來越臨近，研究4G/5G無線網絡互操作策略應用是有必要的，本文根據3GPP規(guī)范要求及4G/5G現(xiàn)網采集的大量數(shù)據，重點分析了4G/5G空閑態(tài)、連接態(tài)互操作參數(shù)的部署策略，并分析了多種互操作策略實現(xiàn)的語音業(yè)務性能，給出了5G SA組網時的4G/5G互操作參數(shù)配置建議。

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