频段选择对设备和技术的影响是多方面的,SA才是一个完全独立的5G网络架构

by admin on 2019年11月27日

随着5G商用进程的不断加速,5G新技术的演进,在eMBB、URLLC、mMTC三大场景为我们打开了一个全新的应用空间,5G将会走出通信连接的范畴,通过通信、计算与垂直行业的深度融合,带来一次影响深远的智能化数字经济革命。

随着移动4G用户的迅速上升,套餐优惠,
TDD网络出现较多用户、流量热点区域突出,局部高负荷严重,热点区域内FD/DD负荷不均衡问题突出。

前面四代通信技术变革都是以“人”作为数据传输的核心,到了第五代移动通信网络,“物”的地位大幅提升,“物与物”、“人与物”的沟通打开了一个庞大的通信网络产业链。

作为领先的移动通信设备厂商,大唐在3G时代提出了TD-SCDMA标准,在4G时代作为主要贡献者提出了TD-LTE标准,具备了在技术研究和标准化工作方面深厚的积累和经验。作为移动通信标准化和产业化的中坚力量,大唐在5G研究中启动早,投入大,具备了对5G多个关键特性进行试验验证的能力,在产品开发及未来应用方面也取得了突出的成果。

本文主要介绍了基于目前的网络现状,针对FD/DD均衡策略研究;主要从FD/DD不均衡的差异化对比分析、FD/DD均衡优化提升、流量分流的效果评估。

这让3GPP在制定5G标准时,也提出了独立组网和非独立组网两种网络架构路径,从当前全球国家的选择来看,都走上了从NSA再逐步转换到SA这一进程。中国运营商则在近期更加强调推进SA的力度。

产品开发:多频段研发试验

TDD load balancing research

从名称可以大概看出二者的不同,仅从字义理解,SA才是一个完全独立的5G网络架构,也可以完全支持5G三大特性下的丰富应用场景。NSA这一路径,是5G经历的必然,其“非独立”的说法也显示出与4G的丝缕关联。

5G的频谱规划越来越受到关注,频段选择对设备和技术的影响是多方面的。一是产品形态方面,不同的频段分别适合用于连续广覆盖和热点部署场景,基站类型可区分为宏基站和微基站,需要的天线数、发射功率等都会有差异,产品方案有差异;二是不同频段的器件成熟度,直接影响产品的集成度、成本、功耗等,对设计方案影响大;三是在组网方面,不同频段覆盖能力迥异,可用的带宽也不同,需要通过试验验证不同频段的组网能力;四是在技术方面,大规模天线、帧结构和参数集都与频段相关,在特性和算法上也有差异。

With the rapid rise of mobile 4G users and preferential package, TDD
network has more users, prominent traffic hotspots, severe local high
load, and prominent unbalanced FD and DD load in hot spots.

在近日的一场公开演讲中,中国移动董事长杨杰表示,希望能够进一步加快5G技术成熟。从明年1月1日开始,5G终端必须具备SA模式,这也意味着明年NSA手机不可入网。

针对不同频段,大唐已经开展研发及试验。在3.5GHz频段,大唐采用大规模天线技术,2016年完成128通道256天线的大规模天线测试,实现20流传输,速率超4Gbit/s;2017年参与工信部第二阶段外场试验,完成4G/5G覆盖对比和宏微联合传输,并验证下行覆盖能力与4G
TD-LTE相当。

This paper mainly introduces the research on FD and DD balance
strategies based on the current network status. Mainly from the FD and
DD unbalanced differentiation comparative analysis, FD and DD balanced
optimization and improvement, flow diversion effect evaluation.

一时间,关于“真假5G”的讨论层出不穷。答案当然是不存在真假之说,但对通信产业链来说,NSA到SA的演进之路是怎么出现的,又将如何推进?

在4.8GHz频段,大唐在2017年开发4天线小基站用于密集组网测试。目前已完成环境建设,预测试流量密度超过50Tbit/s/km2。在高频段方面,大唐于2016年完成28GHz射频前端的样机开发,2017年完成26GHz频段的样机开发。

关键词:TD-LTE、负荷均衡、高负荷

从NSA到SA

生态布局:积极探索5G应用

Key Words:The td-scdma LTE, Load balancing, High load

从5G的三大特性eMBB、mMTC、URLLC也可以看出,5G与前面几个通信时代的不同。

除了领先的核心技术以外,大唐基于5G低时延、高可靠、高速率、大带宽的特点,就未来通信行业与众多垂直行业深度融合及应用进行了大量的研究探索。

1. 高负荷及FD不均衡现状

相对来说,1-4G演变的核心主要在于网络传输速率的提升,但5G还有了对于连接数量和使用网络延迟度的两大特征要求。这让5G网络的复杂程度与此前都不大相同。

大唐在系统设备、仪器仪表、芯片、安全等方面进行了布局与开发,同时在AR/VR、车联网、物联网、工业控制等业务应用方面开展跨行业合作,打造上下游生态环境。以车联网为例,大唐针对5G车联网已经提早进行了研发,针对V2X应用提出了LTE-V技术解决方案,并推动了国内和国际LTE-V技术的标准化工作。目前,大唐已经完成了原型系统开发和技术验证,并在上海、重庆等地进行了设备部署和示范应用,示范了包括前车碰撞预警、道路湿滑预警、行人预警、交叉路口碰撞预警、车速引导在内的十余个车联网场景。

随着4G网络的日渐成熟,4G用户对LTE网络的需求日益增加,特别是自18年7月移动推出不限量套餐以来,网络负荷问题越来越严重,某区域高负荷小区占比从年初的2%增至6%左右,并且呈上升趋势。高负荷区域内忙时用户上网慢,VOLTE通话质量差已成为主要的网络问题,比较突出的就体现在高校区域。

“5G网络架构于3GPP
TSG-RAN第72次大会中,提出8个选项,分为独立组网和非独立组网两组。其中选项1、2、5、6是独立组网,选项3、4、7、8是非独立组网,非独立组网的选项3、4、7还有不同的子选项。以应5G更多元的峰值速率、时延、容量等领域应用,相较于4G技术前很不一样。”在接受21世纪经济报道记者采访时,集邦咨询(TrendForce)资深研究总监谢雨珊如此说道。

LTE-V采用了优化导频设计、基于SPS的分布式资源调度、高速移动频偏校准、快速AGC等技术,具备低时延、高可靠等特性特点,支持基本100ms业务时延,可根据业务需求配置20ms甚至更低的传输时延,分组可达率在99%以上,在无遮挡直视环境下传输距离可达1公里以上,可有效保障车联网主要安全类业务对时延和可靠性的要求。

一方面部分高负荷区域室外TD-LTE频点F1F2D1D2D3已满配,室内E1E2频点满配,现有的小区已全是高负荷,TD-LTE已无频点可扩容。另一方面农村区域高负荷问题呈上升趋势,但是为了给5G预留部分D频段,目前已不再追加D频段的硬件投资,使部分农村区域无D频段分流,负荷形势十分严峻。

具体来说,不同于此前几代将核心网(Core
Network)与无线接入网整体演进的方式,这次被分成两条路径发展的核心差异也正是在核心网部分。

万物互联时代对各行各业都带来了巨大的机遇和挑战,大唐作为民族通信业的主要厂商之一,将责无旁贷推进5G技术研究和产业化进程,推动中国成为5G时代的引领者,让5G技术成为经济发展与转型升级的助推器。
图片 1

与高负荷占比高相对应的是,在已有的有D频段覆盖的区域,FD不均衡占比形势也十分严峻,区域指标一度超过20%。

NSA是基于4G核心网的基础上,只进行5G无线接入网建设,以实现快速的网络部署;SA则是基于5G核心网的架构进行设计,可以理解为是一套重新搭建的网络制式,包含接入网和核心网以及相关的回传链路。

2. 负荷不均衡的主要原因

不过Gartner研究副总裁刘轶向21世纪经济报道记者进一步解释道,虽然5G在整体架构上有了很大的变化,但网络部署上并没有太大不同。无线接入网主要由基站组成,为用户提供无线接入功能;核心网则主要为用户提供互联网接入服务和相应的管理功能等。但考虑到5G网络部署比较昂贵,同时比较复杂,部署时间也比较长,3GPP标准组织便定义了两种组网方式。

2.1 FD功率不一致

“如果只看基站的话,不管SA还是NSA都是要部署新的5G基站和天线,因为都是运行在新的频谱和架构上,所以实际差别不大。
但NSA不需要再部署新的核心网和回传链路,会节省很多成本和时间。”他进一步解释道。

FD功率功率设置不一致,导致不同小区覆盖差异,功率大,覆盖远的小区吸收用户多,导致FD同覆盖小去不均衡。在处理这类问题中首要是功率拉齐。一般同覆盖情况下要求D比F功率可适当高1-3DB。同时对新扩容共设备小区需功率拉齐。

从NSA到SA的演进有多种形式,目前主要模式SA是Option2,NSA是Option3。刘轶向记者分析道,具体来说,Option2是端到端的5G网络,不同制式网络之间通过核心网相连;Option3使用的是4G核心网络,但分为主站和从站,与核心网进行控制面命令传输的基站为主站。由于传统的4G基站处理数据的能力有限,需要对基站进行硬件升级改造,变成增强型4G基站,该基站为主站,新部署的5G基站作为从站进行使用。当然为了应对不同需求,Option3还有继续细分。

2.2 优先级不当

投资成本差异

小区重选公共参数中的小区重选优先级对用户的驻留影响很大,目前通用的设置值是F频点是5、D频点是6、E频点是7。优先级越高越不容易往低优先级小区重选和切换。同时对异频优先级高于本小区优先级的小区也越容易重选和切换。在日常优化过程中如果D频点的优先级设置过低,也不容易驻留用户造成FD不均衡。

正因为5G的完全部署难度较大,全球大多数运营商都选择了先局部部署NSA,再陆续演进到SA的这一过程。中国的运营商大多倾向于NSA和SA混合组网方式。

2.3 后台测量参数设置不当

从商业逻辑角度也很好理解。eMBB带来的更高传输速率,可以让消费者更快接受5G时代的到来,这恰恰是NSA的核心优势所在。随着SA的陆续部署,再慢慢将运营商的核心商业模式释放到行业级应用中,而这也是行业人士普遍认为的,未来5G网络更大的行业价值所在。

后台参数设置不当主要表现为A1A2A4A5设置不当,主要表现一下几方面:

vivo通信研究院总经理秦飞在近日的一场采访中向21世纪经济报道记者介绍道,NSA是目前迄今为止全球建好的网络。SA网络意味着整个核心网的重新建设,也将有服务化的架构,甚至涉及用户数据库、格式、字段的变化,要想实现SA商用还要搬移大量数据库,需要大量实践。

1、A2未配置或配置不当:A2未配置启动异频测量的切换算法导致小区下用户不启动异频测量,用户不往高或低优先级切换。

“SA网络相对来说测试等方面的进度会相对滞后,因为反映出大量5G新的技术,在未来会支持行业、切片或边缘计算做得更好。”他进一步表示。

2、A4未配置或者配置不当:A4未配置或门限设置不当导致低优先级小区不向高优先级小区切换或者切换困难;之前工程有扩容A4门限默认值设为-71,这就导致向高优先级小区切换困难。

至于SA部署成熟的进程,谢雨珊指出,SA是未来组网方式,从建立到真正成熟会循序渐进,将经历1-2年时间。由于SA架构需自己独立无线网、核心网和回程链路,支持网络切片、边缘计算等,在上行速率、网络时延、连接数量上符合5G规范的性能。厂商需掌握5G标准中3GPP组织冻结的相关标准(切换SA标准研发、5G信号调通到样机研制与生产)、技术来做调整。

3、A5未配置或门限设置不当:与A4相反,A5未配置或门限设置不当会导致用户在高优先级小区切换至低优先级小区切换困难或不切换。之前也发现过新开小区的A5本小区门限和目标小区门限都设为-71的情况,这种也是切换困难。

她同时指出,“目前主流仍是LTE部署,另外,NSA为了满足终端两路信号连接,需要引入双工器这一元器件,将会带来成本增加和性能损失,而SA一步到位。”

切换类测量参数设置不当,也会导致用户在驻留,进而导致小区的只进不出,负荷会越来越高,进而导致负荷的不均衡。

一位运营商人士则告诉21世纪经济报道记者,虽然在5G网络建设早期,NSA不用改变核心网的架构而投资成本相对低,但考虑到后期LTE网络设备升级成本等方面的投入,实际上从长远发展来看,SA架构的总投资会更节省,但SA的前期一次性投入较大,这是考虑到SA网络复杂程度等因素影响。

2.4 邻区未添加或者漏加

下游厂商的挑战

在日常处理高负荷问题中,发现有本站邻区未添加导致的负荷不均衡情况。在工程新开小区中主要发现两种情况:

NSA和SA有约半年的标准冻结时间差,这也影响到下游厂商的准备工作。2017年12月,NSA标准冻结,2018年6月SA的标准完成冻结。

1、新开小区未加异频重选频点导致不能添加邻区:新开小区在添加异频邻区的时候需先添加异频重新选频点才能加邻区。所以工程人员在新开小区的时候需先添加异频重选频点,然后在加邻区。

谢雨珊向记者分析道,NSA的核心网络依靠现有LTE设施,布建复杂度比SA低,因此其终端产品推出的速度会快许多,支持NSA架构5G终端虽成熟,但在设计上更具挑战,在射频器件上成本上也会更高。

2、邻区列表已满:这种情况主要见于大学城区域,大学城站点密集,邻区列表已添加满,导致后来新扩容小区邻区无法添加,这就需要将过远的邻区删除,然后再添加本站邻区,主要见于新扩容D3小区本站邻区的缺失。

基于从NSA到SA的演进过程,目前最先涌现的5G终端——手机,也大多支持NSA模式。当然这也与手机搭载的芯片有关,华为之所以能做到支持NSA和SA双模,是在于华为自主设计的巴龙5000芯片可以通过双模支持,但其他手机厂商搭载的高通X50芯片目前仅支持NSA模式。

2.5 外场天馈不一致

不过中国移动福建公司厦门分公司网络部副总经理刘青青向21世纪经济报道记者强调,不管NSA、SA都是5G标准化组织3GPP制定的标准,没有所谓“真假5G”的概念。

FD不均衡都是建立在同覆盖的关系上才能做到均衡,如果外场覆盖关系不一致,则无法均衡。主要有如下方式:

“NSA是中国移动目前正在部署的网络模式,可以在4G基础上不用换卡、不用换号就可以更快更好体验到5G。SA网络中国移动也正在全力推进标准化落地,相信SA是未来5G的目标,但是在未来4-5年内NSA和SA将是并存状态。大家不用担心买了NSA手机之后,在未来就不能用了,其实NSA在速率感知上跟SA是一样的,我们建议终端用户不用过多担心这个问题。”刘青青续称。

1、方位不一致:不是共天线小区方位角不一致。因为派单是根据平台的同覆盖数据,有同覆盖不准确的情况,如果现场方位差距过大导致同覆盖不一致,则无法均衡。

秦飞则向记者介绍道,实际上,SA网络下的单模,意味着是单个网络的联通,要么4G网络通,要么5G网络通,二者需来回切换。但NSA网络下,是4G和5G网络需要双通,对手机零部件也有双通的网络信号传输要求,这对手机中的元器件通讯要求实际上更高。

2、下倾不一致:如F或D的下倾差距共大,也会导致同覆盖不一致,也无法均衡。现场主要见新扩容D1小区的电子下倾是默认值12度,与扩容前不一致也会导致FD不均衡,而且有可能导致现场覆盖问题引起投诉。所以前台在安装时最好与扩容前一致。

因此对手机厂商的研发来说,NSA的研发难度其实更大。“如果现在把NSA做好了,体验、功耗也能做得更好,切到SA网络的时候反而可以更容易,所以这个阶段我们也在解决很多NSA的难题。目前阶段还在不断跟设备商做大量测试,包括功耗等方面的问题在不停地解决。”

3、扇区接反:按派单同覆盖一般是F1D1,F2D2,F3D3按顺序来同覆盖,但是在实际现场扩容的过程中可能F1与D2或者F1与D3是共覆盖这种扇区接反的情况。

他还强调,今年所有推出的NSA单模5G手机在明后年甚至未来十年内都能正常使用,从体验5G网络和5G应用上看,不会有任何差别。

3. FD不均衡的优化策略

谢雨珊则指出了一个小差异。如前所述,正因为NSA的双通路,会一定程度影响到终端的耗电程度;此外NSA模式的手机要顾及不同频段,双连接终端在射频设计上会变得复杂,且在多个频段上同时传输资料,容易造成交调和谐波干扰,从而影响到终端性能,包括上下行速率和覆盖能力等。

3.1 后台参数类问题的优化

整体来说,如今的终端厂商仍在针对功耗、闪充等技术不断优化,到底支持NSA模式的手机还是SA模式的手机,实际上更取决于消费者对5G手机的使用紧迫性,但并不会带来太大使用感受。

后台核查功率是否一致、优先级是否设置正确、测量参数是否配置正确。对不正确的参数进行修改。

而在新一个通信时代的10年里,更应该期待的是SA真正铺开后,对包括无人驾驶、智慧工厂在内的细分行业带来的想象力。

1、首先是功率拉齐:FD功率是否一致,是否差距过大。DD共设备同覆盖小区是否功率一致。

2、重选参数设置:重选优先级一般设置值F是5、D是6、E是7。高低优先级重选门限控制用户的驻留。

3、测量参数:A2启动异频测量是否添加,切换算法开关是否打开。A4高频率优先级切换是否设置,门限是否设置过高,一般设置为-95至-102,切换算法开关是否打开。A5低频率优先级切换是否设置,切换算法是否打开,门限一般设为-100,-118。

4、邻区是否添加:如未添加需添加邻区,异频领区需先添加异频重选频点,然后添加邻区。邻区列满的需删除远端邻区,然后添加本站或者离得近的重要邻区。

3.2 外场天馈调整

负荷均衡前提条件是外场同覆盖一致,如不一致则需外场天馈调整解决。主要有两类:

1、方位下倾不一致:调整方位下倾,使FD同覆盖。对新建D1小区需确保新天馈与原小区一致,避免使用默认下倾的情况出现。

2、扇区接反:对于出现F1对应D2D3等不同扇区的情况需现场调纤或者后台修改布配解决。但是在新扩容的时候一定要做好扇区对应。由于工参不准确等原因,设计院给出的方位下倾往往有问题,在此建议督导在新扩容D1小区的时候尽量以原扇区为准。

3.3 负荷均衡参数

目前负荷均衡参数主要对基础参数和天馈方位这些基础优化都没有问题的小区实施,尤其对完全同覆盖的均衡效果很好。目前主要支持完全同覆盖和部分同覆盖场景;主要参数就是负荷均衡用户数门限的打开以及邻区同覆盖关系的设置以及A4A5基于负荷均衡参数的设置,通过设置负荷均衡用户门限来均衡用户。

3.4 应用效果

某区域进行FD不均衡整治,自开始实施以来,FD不均衡占比由22.51%提示至15.74%,DD不均衡占比由4.88%提升至0.5%,提升明显,有效的提升了区域内的用户感知。

日期 FD不均衡占比 DD不均衡占比
优化后 15.74% 0.50%
优化前 22.51% 4.88%

4. 总结

目前现网大多的不均衡问题主要分为两类,后台参数设置不合理以及前台天馈不一致导致的问题。通常遇到一个不均衡问题点时,首先就是核查常见的会导致不均衡的问题参数设置是否合理,如参数没有问题,才进行前台天馈核查,通过天馈调整解决。通过对不均衡问题点的整治,特别是高负荷区域不均衡问题点的整治,有效的使现有网络资源得到合理有效的分配,有效的提升了低满意度区域的用户感知。

参考文献:

[1] 王映民、 孙韶辉. TD-LTE-Advanced移动通信系统设计
[M].北京:人民邮电出版社,2012.

[2] 肖清华、 汪丁鼎. TD-LTE网络规划设计与优化
[M].北京:人民邮电出版社,2013.

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