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NSA模式与SA模式的融合发展

2019-08-15  来源:人民邮电报  作者:张阳

NSA(Non-standalone)非独立组网模式与SA(Standalone)独立组网模式是5G NR在实际网络发展过程中的两种组网配置形态。NSA作为一种快速提供5G能力,并能够实现规模部署的组网方案,引起了业界极大的关注。一般NSA非独立组网模式都是通过多射频技术双连接(MR-DC、Multi-Radio Dual Connectivity)予以实现的,尽管NSA非独立组网模式也存在多种实现形态,例如EN-DC、NGEN-DC、NE-DC、NR-DC,但一般认为核心网基于4G的核心网EPC,锚定4G基站eNB作为主节点,辅节点为NR基站gNB,这种形态作为目前NSA模式的认知范畴,即EN-DC(E-UTRA-NR Dual Connectivity)。

SA独立组网模式则完全脱离了4G在基站侧的锚定,核心网也彻底从EPC实现了向5GC的变革转换。除了组网物理架构方面的差异,如果从系统流程设计的角度来观察,NSA模式与SA模式一个显著的区别在于高层信令流程的路由,SA的信令流程路径是5GC-gNB-UE,即5G核心网通过5G NR基站实现与UE的信令交互,而NSA的信令流程路径则是(以EN-DC为例)4G核心网以4G基站作为主节点实现信令交互,同时5G基站也可以选配以辅节点形态进行信令传递,但核心网EPC与5G基站之间没有信令互通。5G基站辅节点与4G基站主节点之间通过X2接口可以实现信令互通。

无线通信系统中主要解决信息通过无线电波进行交互的问题,而在业务数据传输之前需要先解决的是控制信令传输。根据无线通信协议栈的划分,每一层协议栈都包含本层的控制面信令,例如RRC层的无线资源控制信令、MAC层的控制单元或物理层的ACK/NACK消息等,而在通信节点(基站/终端)内部由高层到底层依次传递这些控制面信令的信道分别是逻辑信道、传输信道以及物理信道,当然这些信道也可以传输用户面信息。在4G之前的移动通信系统设计中,这三种信道由高到低基本是承接映射关系,而在4G系统设计中创新地在上下行物理信道中引入了PUCCH、PDCCH、PHICH、PCFICH这些与高层协议栈没有承接关系只处理物理层流程的小区级公共控制信道。将部分物理信道功能从垂直协议栈中独立进行设计的好处是可以提升控制面信令交互的时效性,实现动态资源管理。那么相比而言,通过RRC或者MAC层控制消息实现的网络与终端专属信令交互可以认为是一种半静态的信令传输或者资源管理模式。终端通过解码小区级系统消息进行的参数和资源配置则可以认为是静态的资源管理模式。

我们基于这种时效性资源配置方式的视角再尝试分析5G中NSA与SA组网模式的特点,可以发现,NSA与SA组网模式的一个本质区别在于5G小区的静态/半静态资源配置的信令路径归属。相比SA模式中信令的单一垂直化路径,NSA模式中关于5G的高层信令消息被封装成一些字节序列,通过主节点(eNB)的RRC消息进行传递,为了提升信令消息传递的可靠性,NSA(EN-DC)模式还支持4G传统信令消息(SRB1/SRB2)以主辅节点双路由的方式传递到终端,另外,为了实现NSA连接模式下(配置了EN-DC)辅节点的一些快速资源配置,例如在辅节点(gNB)之间的一些移动性测量上报配置,网络侧还可以为此启用SRB3专属配置,此时不需要主节点进行协调干预,可实现特殊应用需求场景下辅节点与终端之间的快速信令交互。

目前,业界对于NSA与SA发展的争议主要聚焦在NSA是否能够满足未来车联网的超低时延要求,以及是否能够支持基于不同业务的网络切片。针对时延问题,主要涉及接入时延和调度时延两部分,终端在NSA组网下接入网络时,由于主辅节点需要预先进行信令交互,导致接入时延相比SA组网下一定程度受限,而当终端进入连接态后,调度时延主要取决于系统对信息交互的处理能力以及相应的无线帧结构设计,尽管目前现网4G设备以毫米级的调度能力普遍劣于5G,不过随着3GPP针对4G之前的标准进行前向设计完善,提出了基于时隙或子时隙的调度概念,意味着4G系统未来的发展也在向高可靠、低时延方向不断演进,从这点来看NSA与SA在调度时延优化方面的目标是趋同的,随着网络结构以及覆盖不断成熟稳定,接入时延也可以得到一定程度的优化。另外一个关注的焦点问题是NSA是否能够提供网络切片能力,由于基于业务的网络切片调度能力主要实现在核心网,所以这个问题的本质解决方案并不在于无线组网模式的变更,而恰恰在于现有4G核心网EPC面向以服务为基础的5G核心网5GC转型升级,如果核心网络采用5GC,无线网络架构采用NGEN-DC(NG-RAN E-UTRA-NR Dual Connectivity)的非独立组网架构,基于业务的网络切片能力也同样能够实现。

尽管可以从另外一个维度重新认知NSA组网与SA组网模式的特点,但仍然需要清醒地看到,目前现网大规模实施的NSA组网模式一些需要解决的问题。由于NSA需要通过4G实现锚点提供业务,锚点频率与NR辅节点频率的协同优化需要得到进一步关注,另外由于锚点众多容易导致无线信号杂乱,可能会出现终端显示5G信号,但由于NR辅节点频率覆盖能力受限导致用户感知下降。

无论如何,只有更加全面、更多维度地认知NSA与SA组网模式的特点,才能有针对性地根据5G业务需求进行技术方案选型。技术本质上并没有过多的优劣之分,关键在于是否适配应用需求。

关键词:NSA 信令流程 逻辑信道 UE 融合发展