原标题：5G独立组网SA模式下的驻网流程浅析

5G独立组网SA模式下的驻网流程浅析

张阳1，郭宝2，刘毅3，沈骜4

(1.中国移动通信集团有限公司，北京 100033；

2.中国移动通信集团山西有限公司，山西 太原 030032；

3.中国移动通信集团山东有限公司，山东 济南 250001；

4.中国移动集团设计院公司，北京 100080)

【摘要】5G网络部署及建设对运营提出了新的要求，建设独立的5G网络或借助LTE进行联合组网是目前运营商需要考虑的问题。介绍了5G非独立组网和独立组网的两种网络架构，并重点分析了5G独立组网模式下终端小区搜索流程，同时对于需要在开网优化中给予重点关注的系统级参数予以说明，为5G网络的建设提供参考。

【关键词】5G NR；非独立组网模式；独立组网模式

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2019.03.012

文章编号：1006-1010(2019)03-0064-06

引用格式：张阳,郭宝,刘毅,等. 5G独立组网SA模式下的驻网流程浅析[J]. 移动通信, 2019,43(3): 64-69.

1 引言

随着全球范围内第五代移动通信网络商用步伐的加速，超高速率、超高频谱效率、超低时延和基于海量物联的超大连接已成为下一代宽带移动通信网络的共识，5G NR技术在标准制定之初就采取面向应用的设计思路，通过灵活可变的系统级参数调整适配差异化的组网需求，5G NR因其针对性地面向新频谱(毫米波)进行设计受到国内外运营商的广泛关注。5G NR在标准制定阶段，根据实际的组网发展需求制定了两种组网模式，一种是需要与现有4G网络联合组网的非独立组网模式，另一种是可独立部署运维的独立组网模式，随着标准化不断推进深入，相关的组网技术细节仍在不断的完善。不论采取何种组网模式，终端开机驻留网络机制是任何一种通信系统中实现端到端通信的基础流程，同时也是后续网络运维优化提升用户感知的重要契入点。本文将基于非独立组网与独立组网模式下的终端开机驻网机制进行初步分析。

2 5G NR非独立组网与独立组网技术

2.1 5G NR非独立组网技术

为了满足不断扩展的全球连接需求以及面向提供多样化的服务体验，5G NR基于OFDM技术重新进行了全新的5G统一空中接口设计。除了全新频谱使用、提供更大的空口传输带宽、全新的波形调制和信道编码技术、CU-DU分离的架构、全新的多天线阵列技术等诸多新特点，其中最值得关注的特点之一是其提供了灵活的框架设计，通过灵活可调的系统级参数，面向不同的应用(eMBB、URLLC、海量物联)需求提供了差异化的服务。基于灵活的框架设计理念，5G NR定义了两种组网架构，一种是非独立组网模式，另一种是独立组网模式。其中，非独立组网模式依托现有4G LTE网络进行融合组网，该方案利旧现有4G核心网与传输网络，以“辅载波”的形态通过双连接(EN-DC, E-UTRA NR Dual Connectivity)的方式提供高速数据业务，LTE辅助的5G NR组网架构示意图如图1所示。

除了图1中示意的两种NSA候选方案，还有一些其他的候选方案，而一般认为对于运营商初期最可落地系统方案为图1左侧的候选方案[1]，本文对于其他候选方案不进行过多介绍。关于NSA组网部署，可选择共站部署和非共站部署两种方式。

2.2 5G NR独立组网技术

任何一种通信系统演进的终极形态就是独立提供信息服务，5G系统也不例外。5G采取独立组网架构，从接入侧到核心网元都产生了一系列的变化。核心网采取基于服务的“总线式”网络架构(SBA, Service-Based Architecture)。接入网与核心网、接入网元之间定义了新的接口形态[2]。接入网还可以按照CU和DU子网元进行分离，促进协议栈的切分和系统软件与硬件、业务与资源的进一步解耦，实现处理时延以及系统性能的优化提升，如图2所示。

5G NR依然沿用LTE采取控制面、用户面分离的设计理念，在用户面新增了SDAP子层，主要用来提供核心网与数据无线承载(DRB)的QoS映射关系。

2.3 SA与NSA技术对比

(1)对于个体终端，NSA由于4G/5G双连接，下行峰值速率优，根据相关数据统计，NSA优于SA 7％。SA由于终端5G双发，上行峰值速率优于NSA，现场测试验证，上行速率SA比NSA优87％，但是，上行边缘速率相对较低。

(2)覆盖性能：NSA可借助现有4G网络达到连续覆盖，同时可以快速进行5G部署，采用双连接技术可以无缝切换，保证业务连接性。SA方式由于5G频段相对较高，单站点覆盖范围小，初期进行连续覆盖建设成本高，需要通过重选和切换进行5G与4G之间互操作，业务连续性相对略差。

(3)语音能力：NSA依靠双连接技术，继承4G现有语音方案即VoLTE/CSFB。SA采用4G/5G松耦合，依靠互操作，语音方案上采用语音回落4G和5G承载语音的VoNR，Vo5G性能取决于5G覆盖水平。

(4)业务能力：NSA受现有4G核心网EPC能力的限制，不能提供5G新业务，如网络切片相关业务。SA支持5G新业务，如eMBB、mMTC和uMTC等，便于拓展垂直行业，满足各类场景用户的多样化需求。

(5)实施难度对比：无线网方面，NSA新建5G基站，与4G基站连接，连续覆盖压力小，邻区参数配置少，实施难度较小；SA需新建5G基站，配置4G邻区，连续覆盖压力大，实施难度较大。核心网方面，NSA采用现有EPC；SA需新建5G核心网，需与4G进行网络、业务、计费、网管等融合，实施难度较大。传输网方面，NSA可现网PTN升级扩容，改造小，实施难度小；SA需新建5G传输平面，难度较大。

3 5G NR独立组网下驻网流程

3.1 UE初始搜索流程

5G终端开机入网流程分为PLMN搜索(小区搜索)、随机接入、ATTACH、公共流程等子流程。当UE开机后，首先进入PLMN搜索(小区搜索)流程，目的为搜索网络并和网络取得下行同步。随机接入解决不同UE间的竞争，取得上行同步，ATTACH过程中建立UE与核心网之间相同的移动性上下文、终端的缺省承载、获取网络分配的IP地址，公共流程包含鉴权过程和安全模式过程。

LTE中，信道栅格(Channel Raster)固定为100 kHz，NR中不同频段定义了不同的Channel Raster，如表1所示。NR中信道带宽大，UE按照Channel Raster进行同步信号搜索，时延较长。由此NR引入了同步Raster，同步信号按照同步Raster放置。任何通信系统的终端在开机的时候都需要与网络进行同步，同步是为了更准确地获取网络消息，开机时的同步指的一般是下行同步，下行同步涉及两个流程，频率同步和时间同步，一般先有频率同步，才有时间同步。在5G NR中定义近30个工作频段(NR Operating Band)，为了避免全频段(FR1：450 MHz—6 000 MHz；FR2：24 250 MHz—52 600 MHz)搜网同步，终端可以按照预先内置的该国运营商工作频段进行下行频率同步，从而缩短初始开机小区搜网时间。在频率同步中，5G NR终端按照同步栅格(Synchronization Raster)的精度步进锁频。5G NR的同步栅格不像LTE/NB-IoT中固定以100 kHz为同步精度，而是结合GSCN(Global Synchronization Channel Number, 全球同步信道号)与SSB的中心频点的计算公式联合定义[3-4]，值得一提的是，终端需要通过确定SSB所占用频域20个PRB的位置从而进一步明确中心频率。由于5G NR的OFDM子载波间隔是灵活可变的，在初始下行同步时UE需要根据不同工作频段对应的子载波间隔进行遍历搜网尝试，从而确定SSB的实际子载波间隔。UE通过锁定SSB实现频域同步后，可以结合载波频率以及获取到的子载波间隔实现符号级精度的时域同步[5]。

终端开机首先需要进行下行同步，获取下行定时以正确解调特定时刻发送的广播系统消息。在LTE中UE通过成功解调主同步信号(PSS)和辅同步信号(SSS)而获取子帧中符号级别的同步精度，在获得了下行同步之后进行一系列系统消息(MIB、SIB1、SI)解调从而进行小区选择流程[6-7]。

非独立组网模式下5G NR采取EN-DC双连接方案提供数据业务，此种方案下UE无需进行小区选择，但需要获取物理控制信道配置信息，因此仍需要进行下行时频域同步流程。

另外由于SS/PBCH块“捆绑式”的特殊设计结构和UE需要周期性的进行网络侧信息更新，因此虽然可以保留设计MIB消息，但UE可以无需解码MIB消息内容，同时在系统设计时无需对非独立组网的EN-DC数据传输模式单独设计SIB1和其他SI等系统消息，当然系统设计时为了兼容独立组网模式也可以进行SIB1设计，只不过UE可以不侦听解码。

3.2 同步信号结构

在5G NR中，同步信号(Synchronization Signal, SS)与PBCH是按照一定时频域资源关系成组出现。每个小区的SS/PBCH(SSB)块可独立灵活配置在全带宽时频域位置[8]。这样的设计不仅体现5G NR在资源利用方面的灵活性，同时运营商可以基于这样的灵活设计定制化地进行网络规划，进一步提升SS/PBCH解码的可靠性。SS/PBCH块在时域占用4个OFDM符号，在SS/PBCH块内部从0至3进行索引标号，而频域占用20个RB的频域宽度，最多占用240个子载波(5G中每RB包含12子载波)RB，频域RB索引和子载波索引分别可从0起始进行升序标识，如图3所示：

UE首先搜索PSS主同步信号，NR的PSS长度为127伪随机序列，采用频域BPSK M序列。PSS映射到12个PRB中间的连续127个子载波，占用144个子载波，两侧做保护间隔，不发射功率。UE搜索到PSS后，可以获得SSB的子载波间隔。

SSS频域和PSS类似，映射到12个PRB中间的连续127个子载波，占用144子载波，UE搜索到SSS后，可以获得，NR中唯一的物理层小区ID根据如下公式确定：

3.3 物理广播信道结构

UE搜索到PSS/SSS，获得了物理小区号后，下一步要解调PBCH。由于NR中不再支持小区参考信号CRS，解调PCH信道需获得PBCH信道的DM-RS(解调参考信号)位置，PBCH的DM-RS在时域上和PBCH位置相同，在频域上间隔4个子载波，初始偏移有物理小区号确定。

主同步信号PSS、辅同步信号SSS、物理广播信道PBCH以及解调参考信号DM-RS占用的不同符号位置由表2给出，其中。

4 5G NR驻网流程相关参数

4.1 PBCH信道MIB内容

NR小区网络侧需要与UE交互控制面信息。在初始开机流程中，UE需要进行小区选择流程，因此在整个系统消息设计中不仅包含了MIB消息块，同时也包含了涉及小区选择相关参数的SIB1以及其他可选类型系统消息(SIBX)。

UE通过时频域同步解码SSB获取MIB消息(如图4所示)。在5G NR独立组网时的小区规划中，对于一些系统级参数的设置规划显得极为重要，如果设置异常可能导致UE无法进行搜网驻留[9-10]。

4.2 RMSI相关参数

UE获得SSB块信息后，还需要得到一些必要的系统信息才可以完成驻留小区及初始接入，这些必要的系统信息在NR中成为RMSI(Remaining Minimum System Information)。在目前的R15版中，RMSI可以认为是LTE中的SIB1消息，主要通过下行PDSCH信道发送，而PDSCH信道需要PDCCH的DCI来调度。UE需要在MIB中得到调度RMSI的PDCCH信道信息，在PDCCH上进行盲检，获得RMSI，MIB中的这个信息就是pdcch-ConfigSIB1字段。

通过MIB消息中下发参数ssb-SubcarrierOffset可以确认当前SSB所处频域范围内是否包含了公共CORSET(Control Resource Set)，即配置了Type0-PDCCH 公共信道，并由此可判断该小区当前SSB所处频域是否配置了SIB1，某些条件下当UE检测到该小区当前SSB所处频域没有配置SIB1时，可通过MIB消息中所含参数pdcch-ConfigSIB1来检测下一个SSB所处频域范围内与SSB一定偏置范围内的Type0-PDCCH公共搜索空间是否提供了CORSET，如果UE依然没有检测到公共CORSET，可认为该小区没有配置SIB1，则放弃对前期锁频SSB所获对应频点的小区搜索流程。

NR中的PDCCH信道对应多种搜索空间，包括公共搜索空间和UE专用搜索空间。其中公共搜索空间Type 0 Common Search Space仅用于RMSI调度。NR中引入了对PDCCH信道的所在物理资源集合CORESET(Control Resource SET)，一个小区PDCCH信道对应多个CORESET集合，CORESET集合有ID编号，其中CORESET 0表示搜索空间对应的物理资源集合。

4.3 SSB相关参数

在5G NR非独立组网方案中，NR小区网络侧无需与UE交互控制面消息，而5G NR小区用户面的数据传输可以通过侦听物理控制信道独立进行调度。UE可通过所驻留的4G LTE小区RRC重配消息获取5G NR系统配置参数，LTE小区将5G NR的系统配置参数作为EN-DC的第二小区组相关参数配置，封装成8字节字符串组的形式进行传输，UE可通过解码这些辅助配置信息快速获取SSB消息。这些辅助信息主要涉及如下几个方面：

SSB的子载波间隔(numerology)信息：5G对于OFDM系统级参数子载波间隔是灵活可配置的，对于SSB的子载波间隔只能配置为15 kHz或30 kHz(载波频率<6 GHz)，120 kHz或240 kHz(载波频率>6 GHz)。

SSB的频域位置信息：频域的起始节点(absolute

FrequencyPointA)，SSB的频域位置(absoluteFre-quencySSB，定义为SSB中10号索引RB的0号索引子载波)，频率所属频段(frequencyBandList)以及基于不同子载波间隔(subcarrierSpacing)的实际载波起始位置(offsetToCarrier)和实际带宽(carrierBandwidth)。

SSB的时域位置信息：SSB在一个半帧(5 ms)内可以在特定的候选位置进行重复传输，重复次数以及候选时域位置是否实际配置SSB可由参数ssb-PositionsInBurst获知，如果候选位置没有配置SSB，对应SSB的频域位置也不用做其他信道或者信号传输，同时辅助时域信息还包含了配置SSB半帧的重复周期(ssb-periodicityServingCell)，默认值为每半帧(5 ms)进行重复。

5 结论

本文介绍了5G非独立组网和独立组网的两种网络架构，并重点分析了5G独立组网模式下终端小区搜索流程，同时对于需要在开网优化中给予重点关注的系统级参数予以说明。一般而言，UE第一次开机时并不知道网络的带宽和频点，UE会重复基本的小区搜索过程，遍历整个频谱的各个频点尝试解调同步信号。这个过程耗时，但一般时间要求并不严格。可以通过一些方法缩短后续的UE初始化时间，如UE储存以前的可用网络信息，开机后优先搜索这些网络、频点。一旦UE搜寻到可用网络，UE首先解调PSS，实现符号同步，并获取小区组内ID。其次解调SSS，实现帧同步，并获取小区组ID，结合小区组内ID，最终获得小区的PCI获得服务小区ID。UE将解调下行广播信道PBCH，获取系统带宽、发射天线数等系统信息。UE接收PBCH后，还要接收在PDSCH上传输的系统消息，最终获得完整的系统消息。

原文发表于《移动通信》2019年第3期

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2019.03.012

文章编号：1006-1010(2019)03-0064-06

引用格式：张阳,郭宝,刘毅,等. 5G独立组网SA模式下的驻网流程浅析[J]. 移动通信, 2019,43(3): 64-69.

作者简介

张 阳(orcid.org/0000-0003-3119-5325)：高级工程师，博士毕业于英国布鲁内尔大学(Brunel Univ.)，现任职于中国移动通信集团有限公司，主要研究方向为LTE/5G无线网络新技术。

郭 宝：高级工程师，工程硕士，现任职于中国移动集团公司山西有限公司，主要研究方向为LTE/5G无线网络新技术。

刘 毅：工程师，硕士毕业于山东大学，现任中国移动通信集团山东有限公司网络优化与维护项目经理，负责LTE网络维护与优化相关工作。

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